中低速磁浮列車的發展與應用

朱莉莉

(同濟大學，中國 上海 201800)

1 磁浮列車概況

2002年12月，世界上第一條高速磁浮商業運營線在上海建成，其通車意味著磁懸浮技術正式從工程應用階段開始進入商業運營階段。高速磁浮技術車輛最高速度可以達到500km/h，造價相對較高，對于短站距，高密度要求的城市軌道交通來說并不適宜。

通過國內相關研究機構（如上海磁浮研究中心、上海電氣集團）十余年的研究和努力，作為磁浮技術的一種，建設成本低，環保性能好的中低磁浮列車取得了階段性研究成果。國內制造、研究以及運營單位組建了“產學研用”聯合體，對車體、線路軌道以及相關零部件展開了全面試驗研究工作,并建設了多條試驗線路及各種車型[1]。

中低速磁浮列車作為一種現代化軌道交通工具，有其自身獨特性能。首先，它采用的是非接觸式的電磁牽引驅動系統、電磁導向系統和電磁懸浮系統。其次，其爬坡能力強、速度快、能耗低、運行過程中產生的噪聲小、舒適性及安全性高、無需消耗燃油、對環境造成污染少，而且因其軌道采用的是高架方式，占用地相對較少。磁懸浮列車運行過程中，沒有與軌道發生直接接觸，從而地克服了傳統列車車輪與軌道之間的摩擦損耗、避免了輪軌系統高維護成本、車輪磨損和機械噪聲等問題，是理想的地面交通工具。

2 中低速磁浮列車的優缺點

介于目前常導電磁懸浮技術還沒有經過試驗線的實際運行測試，尚未達到實際運用水平，我國和很多個國家都在開展對常導電磁懸浮型磁浮列車的技術線路的研究。以下就基于常導電磁懸浮系統的中低速磁懸浮列車進行介紹。

通常，磁浮列車是由三個系統組成的，即導向系統、牽引系統和懸浮系統。因為懸浮系統原理的不同，磁懸浮技術又分為常導電磁斥力懸浮型、常導電磁吸引懸浮型和超導斥力懸浮型。

磁浮系統主要具備如下優點：

（1）磁懸浮系統中省去了傳動機構和車輪支撐，使得軌道和車輪之間沒有直接的接觸，降低了噪聲、摩擦和震動等問題。并且乘坐舒適，運行平穩，較為環保、無污染。隨著系統運營時間的累積，這種優勢將更為明顯。

（2）磁浮系統的運營和維護較傳統的輪軌系統具備一定優勢，系統不需要對輪軌相關機構進行修理和保養，降低了這方面的人工和設備成本。

（3）系統轉彎半徑小，爬坡性能強，能夠更好的適應環境和路況的實際情況，降低了線路規劃的難度，節約占地面積，提高軌道交通工具的社會效益。

（4）系統高架線路形式的采用，可以大大降低了土建施工過程中的成本。

然而，磁浮系統也具有一定的局限性，主要體現在如下幾個方面：

（1）磁浮系統的導向、懸浮和驅動功能都是由電磁力完成的，這就需要確保電磁力的線圈和電源系統的可靠性。和其他的系統相比，一方面增加了耗電量，另一方面，增加了設備制造的難度。

（2）常導磁浮技術的懸浮高度普遍在8到10毫米之間，這對線路的路基沉降、機械式岔道結構的設計和軌道路線的平整度提出了較高的要求。

（3）磁浮列車的長度較短，一般在十五米左右，載客量有限，一般每節車輛定員在一百人左右，無法承擔大運量和超大運量的運營任務。

3 中低速磁浮列車的發展及其應用進程

德國是最早對磁浮列車進行研究的國家，德國工程師赫爾曼·肯佩爾在1922年的時候就提出了電磁懸浮的原理，并在1934年時對磁懸浮列車申請了專利[2]。1953年，赫爾曼·肯佩爾完成了《電子懸浮導向的電力驅動鐵路機車車輛》的科學報告，到了二十世紀七十年代以后，在世界各工業化國家經濟實力不斷提升的大背景下，為了適應國家經濟的發展需求，必須相應提高交通運輸能力。因此，英國、法國、加拿大、美國、日本和德國等多個發達國家陸陸續續開展磁懸浮列車工程化應用方面的研究，也取得非常大的進展和突破。

當前，我國經濟高速發展，城市化進程也在不斷加快。在這種壞境下，北京首先規劃出一條中低速磁浮示范性運營路線，隨后，部分經濟較發達的城市也紛紛開始致力于規劃中低速磁懸浮列車的發展和應用，促進了對城市軌道的交通運營模式的進一步優化。

常導電磁吸引懸浮列車有兩個應用的方向：一個是中低速城市軌道交通運輸系統，其代表是日本伊騰忠商社的HSST系統。HSST采用的是短定子型直線感應電機驅動方式，具備8毫米的懸浮高度和100公里時速。八十年代末，日本在名古屋修建了1.5公里的大江試驗線，對HSST-100列車進行了系統試驗，經過全面試驗和鑒定，1991年獲得了日本運輸省的運營許可。2001年4月，日本又開始在名古屋建設總長和9.2公里的運營線路，并于2005年3月愛知世博會期間正式進行商業運營。

另一種應用方向是城際高速軌道交通運輸系統，它主要采用的是長定子型直線同步電機的驅動方式，一般為10毫米左右的懸浮高度，約430公里時速，其代表線路為已經建成并運營10年的上海龍陽路至浦東國際機場示范運營線[3]。

4 我國磁浮列車發展及應用分析

4.1 現狀

我國自上世紀80年代初開始中低速磁浮交通技術研究，90年代末，北京控股磁懸浮技術發展有限公司、國防科學技術大學等進入工程化研發階段，先后建設了長沙204米中試試驗線和唐山1547米工程化試驗線，先后研制了4代中低速磁浮列車，已擁有90余項發明專利和實用新型專利。7萬余公里的試驗運行證明，我國已掌握了中低速磁浮交通的核心技術和系統集成技術，達到世界先進水平，能夠確保中低速磁浮交通工程的可靠應用。

4.2 適應范圍

隨著社會經濟、技術的進步以及人們對居住環境的日益關注，人們對城市軌道交通系統的要求也越來越高，中低速磁懸浮技術正是適應這種要求而誕生的新一代環保型軌道交通運輸系統。

中低速磁懸浮系統是輕量化的城市軌道交通運輸系統，最高速度可達150公里每小時，具有安全、舒適、環保、便捷、易于修建、維護方便等多方面的特點，既適用于中心城市客流不大的快速延伸線，諸如機場、城市郊區、產業區、大型娛樂場所等聯系的專用快速線路，也適用于建筑物集中、線路規劃困難的大中城市市中心的交通輔助線路。

4.3 研究方向

對于城市內部中低速磁浮運輸線路應著重研究提高行車密度，保證系統的可靠性；而對于郊區中低速磁浮快線，應著重研究適當加長車輛長度來提高車輛載客量，以及隨之而來的系統控制等更加復雜的問題。

由于目前中低速磁浮缺乏實際線路的建設和運營數據，對于系統節約與增加部分支出的比率、車輛的全壽命周期成本，需要進一步收集相關數據，并進行驗算。

5 結語

目前我國經濟正處于騰飛階段,全國上下都在為在2020年全面實現小康而積極努力,交通運輸是其中一個重要方面，因此，對其也提出了更新的要求。近年來我國研發了數種中低速磁浮列車，都具備自主知識產權。中低速磁浮列車有著其他交通工具沒有的優勢，可以適應小半徑、大坡度的線路。較低的生命周期成本、較快的速度、安靜、環保。所以它是一種理想的未來城市軌道交通系統。

［1］葉云岳，等.直線電機技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

［2］吳俊泉.線性電機車輛的技術特性與應用前景[J].城市公共交通，2011（03）.