Er maglev-tog fremtidens transport? Hvordan fungerer et maglev-tog?

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Der er allerede gået mere end to hundrede år siden det øjeblik, hvor menneskeheden opfandt de første damplokomotiver. Imidlertid er jordbanetransport, der transporterer passagerer og tunge læs ved hjælp af kraften fra elektricitet og diesel, stadig meget almindelig.

Det er værd at sige, at ingeniører og opfindere i alle disse år har arbejdet aktivt på at skabe alternative måder at flytte på. Resultatet af deres arbejde var tog på magnetiske puder.

Udseendehistorie

Selve ideen om at skabe tog på magnetiske puder blev aktivt udviklet i begyndelsen af det tyvende århundrede. Det var dog ikke muligt at realisere dette projekt på det tidspunkt af en række årsager. Fremstillingen af et sådant tog begyndte først i 1969. Det var dengang, der blev lagt et magnetspor på Forbundsrepublikken Tysklands område, langs hvilket et nyt køretøj skulle passere, som senere blev kaldt maglev-toget. Det blev søsat i 1971. Det første maglev-tog, som hed Transrapid-02, kørte langs magnetsporet.

En interessant kendsgerning er, at tyske ingeniører lavede et alternativt køretøj baseret på optegnelserne efterladt af videnskabsmanden Hermann Kemper, som modtog et patent, der bekræftede opfindelsen af det magnetiske fly tilbage i 1934.

"Transrapid-02" kan næppe kaldes særlig hurtigt. Han kunne bevæge sig med en maksimal hastighed på 90 kilometer i timen. Dens kapacitet var også lav - kun fire personer.

I 1979 blev der skabt en mere avanceret maglev-model. Dette tog, kaldet "Transrapid-05", kunne allerede transportere otteogtres passagerer. Han bevægede sig langs linjen beliggende i byen Hamborg, hvis længde var 908 meter. Den maksimale hastighed, som dette tog udviklede, var femoghalvfjerds kilometer i timen.

I samme 1979 blev en anden maglev-model udgivet i Japan. Hun blev kaldt "ML-500". Det japanske tog på en magnetisk pude udviklede en hastighed på op til fem hundrede og sytten kilometer i timen.

Konkurrenceevne

Hastigheden, som magnetiske pudetog kan udvikle, kan sammenlignes med flyvemaskiners hastighed. I denne forbindelse kan denne type transport blive en seriøs konkurrent til de luftruter, der opererer i en afstand på op til tusind kilometer. Den udbredte brug af maglev hæmmes af, at de ikke kan bevæge sig på traditionelle jernbaneoverflader. Tog på magnetiske puder skal bygge særlige motorveje. Og det kræver en stor investering af kapital. Det menes også, at det magnetiske felt, der skabes for maglevs, kan påvirke negativtmenneskekroppen, hvilket vil have en negativ indvirkning på chaufførens og beboernes helbred i regioner, der ligger tæt på en sådan rute.

Arbejdsprincip

Magnetiske pudetog er en speciel form for transport. Under bevægelse synes maglev at svæve over jernbaneskinnerne uden at røre den. Dette skyldes, at køretøjet styres af kraften fra et kunstigt skabt magnetfelt. Under bevægelsen af maglev er der ingen friktion. Bremsekraften er aerodynamisk modstand.

Hvordan virker det? Hver af os kender til magneternes grundlæggende egenskaber fra fysiktimer i sjette klasse. Hvis to magneter bringes sammen med deres nordpoler, vil de frastøde hinanden. Der skabes en såkaldt magnetisk pude. Når man forbinder forskellige poler, vil magneterne blive tiltrukket af hinanden. Dette ret enkle princip ligger til grund for bevægelsen af maglev-toget, som bogstaveligt t alt glider gennem luften i en ubetydelig afstand fra skinnerne.

I øjeblikket er der allerede udviklet to teknologier, ved hjælp af hvilke en magnetisk pude eller ophæng aktiveres. Den tredje er eksperimentel og findes kun på papir.

Elektromagnetisk affjedring

Denne teknologi kaldes EMS. Det er baseret på styrken af det elektromagnetiske felt, som ændrer sig over tid. Det forårsager levitation (stigning i luften) af maglev. Til togets bevægelse i dette tilfælde kræves T-formede skinner, som er lavet afleder (norm alt lavet af metal). På denne måde ligner driften af systemet en konventionel jernbane. Men i toget er der i stedet for hjulpar installeret støtte- og styremagneter. De er placeret parallelt med de ferromagnetiske statorer placeret langs kanten af den T-formede bane.

Den største ulempe ved EMS-teknologi er behovet for at kontrollere afstanden mellem statoren og magneterne. Og det på trods af, at det afhænger af mange faktorer, herunder den elektromagnetiske interaktions ustabile karakter. For at undgå et pludseligt stop af toget er der installeret specielle batterier på det. De er i stand til at genoplade de lineære generatorer, der er indbygget i støttemagneterne, og dermed opretholde levitationsprocessen i lang tid.

EMS-baserede tog bremses af en synkron lineær motor med lav acceleration. Det er repræsenteret af støttende magneter, såvel som vejbanen, som maglev svæver over. Hastigheden og trækkraften af sammensætningen kan styres ved at ændre frekvensen og styrken af den genererede vekselstrøm. For at sætte farten ned skal du bare ændre retningen på de magnetiske bølger.

Elektrodynamisk affjedring

Der er en teknologi, hvor bevægelsen af maglev sker, når to felter interagerer. En af dem er skabt i motorvejslærredet, og den anden er skabt om bord på toget. Denne teknologi kaldes EDS. På grundlag heraf blev et japansk maglevtog JR–Maglev bygget.

Dette system har nogle forskelle fra EMS, hvoralmindelige magneter, hvortil der kun tilføres elektrisk strøm fra spolerne, når der er strøm på.

EDS-teknologi indebærer en konstant forsyning af elektricitet. Dette sker, selvom strømforsyningen er slukket. Kryogen køling er installeret i spolerne i et sådant system, hvilket sparer betydelige mængder elektricitet.

Fordele og ulemper ved EDS-teknologi

Den positive side af et system, der kører på en elektrodynamisk affjedring, er dets stabilitet. Selv en lille reduktion eller forøgelse af afstanden mellem magneterne og lærredet reguleres af frastødnings- og tiltrækningskræfterne. Dette gør det muligt for systemet at være i en uændret tilstand. Med denne teknologi er der ingen grund til at installere styreelektronik. Der er ikke behov for enheder til at justere afstanden mellem nettet og magneterne.

EDS-teknologi har nogle ulemper. Den kraft, der er tilstrækkelig til at levitere sammensætningen, kan således kun opstå ved høj hastighed. Derfor er maglevs udstyret med hjul. De giver deres bevægelser med hastigheder op til hundrede kilometer i timen. En anden ulempe ved denne teknologi er den friktionskraft, der genereres på bagsiden og forsiden af de frastødende magneter ved lave hastigheder.

På grund af det stærke magnetfelt i sektionen beregnet til passagerer, er det nødvendigt at installere en særlig beskyttelse. Ellers må en person med pacemaker ikke rejse. Beskyttelse er også nødvendig for magnetiske lagermedier (kreditkort og HDD).

Udvikletteknologi

Det tredje system, som i øjeblikket kun eksisterer på papir, er brugen af permanente magneter i EDS-varianten, som ikke kræver energi for at blive aktiveret. Indtil for nylig troede man, at dette var umuligt. Forskerne mente, at permanente magneter ikke havde en sådan kraft, der kunne få toget til at svæve. Dette problem blev dog undgået. For at løse det blev magneterne placeret i Halbach-arrayet. Et sådant arrangement fører til skabelsen af et magnetfelt ikke under arrayet, men over det. Dette er med til at opretholde togets svævning selv ved en hastighed på omkring fem kilometer i timen.

Dette projekt er endnu ikke blevet gennemført i praksis. Dette skyldes de høje omkostninger ved arrays lavet af permanente magneter.

Dignity of maglevs

Den mest attraktive side af maglev-tog er udsigten til at opnå høje hastigheder, der vil gøre det muligt for maglev at konkurrere selv med jetfly i fremtiden. Denne form for transport er ret økonomisk i forhold til elforbrug. Omkostningerne til dens drift er også lave. Dette bliver muligt på grund af fraværet af friktion. Den lave støj fra maglevs er også behagelig, hvilket vil have en positiv indvirkning på miljøsituationen.

Flaws

Ulempen ved maglevs er, at det kræver for meget at lave dem. Udgifterne til sporvedligeholdelse er også høje. Derudover kræver den overvejede transportform et komplekst system af spor og ultra-præcisenheder, der styrer afstanden mellem lærredet og magneterne.

Projektimplementering i Berlin

I Tysklands hovedstad i 1980'erne fandt åbningen af det første maglev-system, kaldet M-Bahn sted, sted. Længden af lærredet var 1,6 km. Et maglevtog kørte mellem tre metrostationer i weekenden. Rejser for passagerer var gratis. Efter Berlinmurens fald blev byens befolkning næsten fordoblet. Det krævede oprettelse af transportnetværk med mulighed for at give høj passagertrafik. Derfor blev det magnetiske lærred demonteret i 1991, og konstruktionen af metroen begyndte i stedet.

Birmingham

I denne tyske by var en lavhastigheds-maglev forbundet fra 1984 til 1995. lufthavn og banegård. Længden af den magnetiske bane var kun 600 m.

Vejen fungerede i ti år og blev lukket på grund af adskillige klager fra passagerer over den eksisterende ulejlighed. Efterfølgende erstattede monorailen maglev i denne sektion.

Shanghai

Den første magnetiske vej i Berlin blev bygget af det tyske firma Transrapid. Projektets fiasko afskrækkede ikke udviklerne. De fortsatte deres forskning og modtog en ordre fra den kinesiske regering, som besluttede at bygge en maglev-bane i landet. Denne højhastighedsrute (op til 450 km/t) forbandt Shanghai og Pudong Lufthavn. Den 30 km lange vej blev åbnet i 2002. Fremtidige planer omfatter dens forlængelse til 175 km.

Japan

Dette land var vært for en udstilling i 2005Expo-2005. Ved åbningen blev et magnetspor på 9 km taget i drift. Der er ni stationer på linjen. Maglev betjener området ved siden af udstillingsstedet.

Maglevs betragtes som fremtidens transport. Allerede i 2025 er det planen at åbne en ny motorvej i et land som Japan. Maglev-toget vil fragte passagerer fra Tokyo til et af distrikterne på den centrale del af øen. Dens hastighed bliver 500 km/t. Omkring 45 milliarder dollars vil være nødvendige for at implementere projektet.

Rusland

Oprettelsen af et højhastighedstog er også planlagt af de russiske jernbaner. I 2030 vil maglev i Rusland forbinde Moskva og Vladivostok. Passagerer vil overvinde stien på 9300 km på 20 timer. Maglev-togets hastighed vil nå op til fem hundrede kilometer i timen.