Ar maglev traukiniai yra ateities transportas? Kaip veikia maglev traukinys?

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Jau daugiau nei du šimtai metų praėjo nuo to momento, kai žmonija išrado pirmuosius garvežius. Tačiau antžeminis geležinkelių transportas, gabenantis keleivius ir sunkius krovinius naudojant elektros energiją ir dyzelinį kurą, vis dar labai paplitęs.

Verta pasakyti, kad visus šiuos metus inžinieriai ir išradėjai aktyviai dirbo kurdami alternatyvius judėjimo būdus. Jų darbo rezultatas – traukiniai ant magnetinių pagalvėlių.

Išvaizdos istorija

Pati idėja sukurti traukinius ant magnetinių pagalvių buvo aktyviai plėtojama XX amžiaus pradžioje. Tačiau įgyvendinti šio projekto tuomet nepavyko dėl kelių priežasčių. Tokį traukinį pradėta gaminti tik 1969 metais. Tuomet Vokietijos Federacinės Respublikos teritorijoje buvo nutiestas magnetinis bėgis, kuriuo turėjo važiuoti nauja transporto priemonė, vėliau pavadinta maglev traukiniu. Jis buvo paleistas 1971 m. Pirmasis maglev traukinys, pavadintas Transrapid-02, pravažiavo magnetiniu keliu.

Įdomus faktas yra tai, kad vokiečių inžinieriai sukūrė alternatyvią transporto priemonę, remdamiesi mokslininko Hermanno Kemperio įrašais, kurie dar 1934 m. gavo patentą, patvirtinantį magnetinio lėktuvo išradimą.

„Transrapid-02“vargu ar galima pavadinti labai greitu. Jis galėjo judėti didžiausiu 90 kilometrų per valandą greičiu. Jo talpa taip pat buvo maža – tik keturi žmonės.

1979 m. buvo sukurtas pažangesnis maglev modelis. Šis traukinys, pavadintas „Transrapid-05“, jau galėjo vežti šešiasdešimt aštuonis keleivius. Jis judėjo Hamburgo mieste esančia linija, kurios ilgis buvo 908 metrai. Didžiausias šio traukinio greitis buvo septyniasdešimt penki kilometrai per valandą.

Tais pačiais 1979 m. Japonijoje buvo išleistas kitas maglev modelis. Ji buvo vadinama „ML-500“. Japonijos traukinys ant magnetinės pagalvės išvystė iki penkių šimtų septyniolikos kilometrų per valandą greitį.

Konkurencingumas

Greitį, kurį gali išvystyti traukiniai su magnetinėmis pagalvėmis, galima palyginti su lėktuvų greičiu. Šiuo atžvilgiu tokio tipo transportas gali tapti rimtu konkurentu tiems oro maršrutams, kurie veikia iki tūkstančio kilometrų atstumu. Plačiam maglevų naudojimui trukdo tai, kad jos negali judėti tradiciniais geležinkelio paviršiais. Traukiniams ant magnetinių pagalvių reikia nutiesti specialius greitkelius. O tam reikia didelių kapitalo investicijų. Taip pat manoma, kad maglevams sukurtas magnetinis laukas gali neigiamai paveiktižmogaus organizmui, o tai neigiamai paveiks vairuotojo ir šalia tokio maršruto esančių regionų gyventojų sveikatą.

Veikimo principas

Traukiniai su magnetinėmis pagalvėmis yra ypatinga transporto rūšis. Judėjimo metu maglevas tarsi sklando virš geležinkelio bėgių jo neliesdamas. Taip yra dėl to, kad transporto priemonę valdo dirbtinai sukurto magnetinio lauko jėga. Maglevo judėjimo metu nėra trinties. Stabdymo jėga yra aerodinaminis pasipriešinimas.

Kaip tai veikia? Kiekvienas iš mūsų žinome apie pagrindines magnetų savybes iš šeštos klasės fizikos pamokų. Jei du magnetai sujungiami su jų šiauriniais poliais, jie atstums vienas kitą. Sukuriama vadinamoji magnetinė pagalvėlė. Jungiant skirtingus polius, magnetai trauks vienas kitą. Šiuo gana paprastu principu grindžiamas maglev traukinio judėjimas, kuris tiesiogine prasme slysta oru nežymiu atstumu nuo bėgių.

Šiuo metu jau sukurtos dvi technologijos, kurių pagalba aktyvuojama magnetinė pagalvė arba pakaba. Trečiasis yra eksperimentinis ir egzistuoja tik popieriuje.

Elektromagnetinė pakaba

Ši technologija vadinama EMS. Jis pagrįstas elektromagnetinio lauko stiprumu, kuris laikui bėgant kinta. Tai sukelia maglevo levitaciją (pakilimą ore). Traukinio judėjimui šiuo atveju reikalingi T formos bėgiai, kurie yra pagaminti išlaidininkas (dažniausiai pagamintas iš metalo). Tokiu būdu sistemos veikimas panašus į įprasto geležinkelio. Tačiau traukinyje vietoj ratų porų sumontuoti atraminiai ir kreipiamieji magnetai. Jie yra lygiagrečiai feromagnetiniams statoriams, esantiems palei T formos juostos kraštą.

Pagrindinis EMS technologijos trūkumas yra būtinybė kontroliuoti atstumą tarp statoriaus ir magnetų. Ir tai nepaisant to, kad tai priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant nestabilų elektromagnetinės sąveikos pobūdį. Siekiant išvengti staigaus traukinio sustojimo, jame sumontuotos specialios baterijos. Jie gali įkrauti linijinius generatorius, įmontuotus į atraminius magnetus, ir taip ilgą laiką išlaikyti levitacijos procesą.

EMS pagrindu veikiantys traukiniai stabdomi mažo pagreičio sinchroniniu tiesiniu varikliu. Jį vaizduoja atraminiai magnetai, taip pat važiuojamoji dalis, virš kurios sklando maglevas. Kompozicijos greitį ir trauką galima valdyti keičiant generuojamos kintamosios srovės dažnį ir stiprumą. Norėdami sulėtinti greitį, tiesiog pakeiskite magnetinių bangų kryptį.

Elektrodinaminė pakaba

Yra technologija, pagal kurią maglevo judėjimas vyksta, kai sąveikauja du laukai. Vienas iš jų sukurtas greitkelio drobėje, o antrasis – traukinyje. Ši technologija vadinama EDS. Jo pagrindu buvo pastatytas japonų maglev traukinys JR–Maglev.

Ši sistema turi tam tikrų skirtumų nuo EMSpaprasti magnetai, į kuriuos elektros srovė tiekiama iš ritių tik tada, kai įjungiama maitinimas.

EDS technologija reiškia nuolatinį elektros energijos tiekimą. Taip atsitinka net išjungus maitinimą. Kriogeninis aušinimas yra sumontuotas tokios sistemos gyvatėse, todėl sutaupoma daug elektros energijos.

EDS technologijos pranašumai ir trūkumai

Teigiama sistemos, veikiančios su elektrodinamine pakaba, pusė yra jos stabilumas. Net šiek tiek sumažinus ar padidinus atstumą tarp magnetų ir drobės, reguliuoja atstūmimo ir traukos jėgos. Tai leidžia sistemai būti nepakitusioje būsenoje. Naudojant šią technologiją nereikia diegti valdymo elektronikos. Nereikia įrenginių, kad būtų galima reguliuoti atstumą tarp juostos ir magnetų.

EDS technologija turi tam tikrų trūkumų. Taigi jėga, kurios pakanka kompozicijai levituoti, gali atsirasti tik dideliu greičiu. Štai kodėl maglevuose yra ratai. Jie užtikrina judėjimą iki šimto kilometrų per valandą greičiu. Kitas šios technologijos trūkumas yra trinties jėga, sukuriama mažu greičiu atstumiančių magnetų gale ir priekyje.

Dėl stipraus magnetinio lauko keleiviams skirtoje atkarpoje būtina įrengti specialią apsaugą. Priešingu atveju žmogui su širdies stimuliatoriumi keliauti neleidžiama. Apsauga taip pat reikalinga magnetinėms laikmenoms (kreditinėms kortelėms ir HDD).

Sukurtatechnologija

Trečioji sistema, kuri šiuo metu egzistuoja tik popieriuje, yra nuolatinių magnetų naudojimas EDS variante, kuriems įjungti nereikia energijos. Dar visai neseniai buvo manoma, kad tai neįmanoma. Tyrėjai manė, kad nuolatiniai magnetai neturi tokios jėgos, kuri galėtų sukelti traukinio levitaciją. Tačiau šios problemos buvo išvengta. Norėdami tai išspręsti, magnetai buvo patalpinti į Halbacho masyvą. Dėl tokio išdėstymo magnetinis laukas sukuriamas ne po masyve, o virš jo. Tai padeda išlaikyti traukinio levitaciją net važiuojant maždaug penkių kilometrų per valandą greičiu.

Šis projektas dar nebuvo praktiškai įgyvendintas. Taip yra dėl didelių matricų, pagamintų iš nuolatinių magnetų, kainos.

Maglevų orumas

Patraukliausia maglev traukinių pusė yra galimybė pasiekti didelį greitį, kuris leis maglevams ateityje konkuruoti net su reaktyviniais lėktuvais. Šis transportas yra gana ekonomiškas elektros energijos suvartojimo požiūriu. Jo eksploatavimo išlaidos taip pat nedidelės. Tai tampa įmanoma dėl to, kad nėra trinties. Taip pat džiugina mažas maglevų triukšmas, kuris turės teigiamos įtakos aplinkos situacijai.

Defektai

Maglevų trūkumas yra tas, kad jiems pagaminti reikia per daug. Išlaidos bėgių kelio priežiūrai taip pat didelės. Be to, šiai transporto rūšiai reikalinga sudėtinga ir itin tiksli bėgių sistemaįrenginiai, valdantys atstumą tarp drobės ir magnetų.

Projekto įgyvendinimas Berlyne

Devintajame dešimtmetyje Vokietijos sostinėje buvo atidaryta pirmoji maglev sistema, vadinama M-Bahn. Drobės ilgis buvo 1,6 km. Savaitgaliais tarp trijų metro stočių kursavo maglev traukinys. Kelionės keleiviams buvo nemokamos. Griuvus Berlyno sienai, miesto gyventojų skaičius išaugo beveik dvigubai. Tam reikėjo sukurti transporto tinklus, galinčius užtikrinti didelį keleivių srautą. Štai kodėl 1991 m. magnetinė drobė buvo išardyta, o jos vietoje pradėtas statyti metro.

Birmingemas

Šiame Vokietijos mieste 1984–1995 m. buvo prijungtas mažo greičio maglev. oro uostas ir geležinkelio stotis. Magnetinio kelio ilgis buvo tik 600 m.

Kelias dirbo dešimt metų ir buvo uždarytas dėl daugybės keleivių skundų dėl esamų nepatogumų. Vėliau vienabėgis bėgis pakeitė maglevą šioje atkarpoje.

Šanchajus

Pirmąjį magnetinį kelią Berlyne nutiesė Vokietijos įmonė Transrapid. Projekto nesėkmė kūrėjų neatbaidė. Jie tęsė savo tyrimus ir gavo Kinijos vyriausybės užsakymą, kuris nusprendė šalyje nutiesti maglevo trasą. Šis didelio greičio (iki 450 km/h) maršrutas sujungė Šanchajų ir Pudongo oro uostą.30 km ilgio kelias buvo atidarytas 2002 m. Ateities planuose numatytas jo pratęsimas iki 175 km.

Japonija

Šioje šalyje 2005 m. buvo surengta parodaExpo-2005. Iki jo atidarymo buvo pradėta eksploatuoti 9 km ilgio magnetinė trasa. Linijoje yra devynios stotys. „Maglev“aptarnauja teritoriją, esančią šalia parodos vietos.

Maglevai laikomi ateities transportu. Jau 2025 metais tokioje šalyje kaip Japonija planuojama atidaryti naują supergreitą. Maglev traukinys keleivius veš iš Tokijo į vieną iš centrinės salos dalies rajonų. Jo greitis sieks 500 km/val. Projektui įgyvendinti reikės apie keturiasdešimt penkių milijardų dolerių.

Rusija

Sukurti greitąjį traukinį taip pat planuoja Rusijos geležinkeliai. Iki 2030 metų maglevas Rusijoje sujungs Maskvą ir Vladivostoką. Keleiviai 9300 km kelią įveiks per 20 valandų. Maglev traukinio greitis sieks iki penkių šimtų kilometrų per valandą.