Suhov Vitalij Vladimirovič, Galin Aleksej Leonidovič

Predstavljamo vam projekat čija je glavna tema “Elektromagnetna vozila i uređaji”. Počevši sa ovim radom, najviše smo to shvatili zanimljivo pitanje za nas je transport magnetnom levitacijom.

Nedavno je poznati engleski pisac naučne fantastike Arthur Clarke napravio još jedno predviđanje. “...Možda smo na ivici stvaranja nove vrste svemirskih letjelica sa kojima će moći napustiti Zemlju minimalni troškovi savladavanjem gravitacione barijere, smatra on. - Tada će sadašnje rakete postati iste kakve su bile Baloni pre Prvog svetskog rata." Na čemu se zasniva ova presuda? Odgovor se mora tražiti u modernim idejama stvaranja magnetskog levitacionog transporta.

Skinuti:

Pregled:

1. otvoreni studentski naučno-praktični skup

“Moje projektne aktivnosti na fakultetu”

Smjer naučnog i praktičnog projekta:

Elektrotehnika

Tema projekta:

Elektromagnetna vozila i uređaji. Transport magnetnom levitacijom

Projekat pripremljen:

Sukhov Vitalij Vladimirovič, učenik grupe 2 ET

Galin Aleksej Leonidovič, učenik grupe 2 ET

Naziv institucije:

GBOU SPO Elektromehanička škola br. 55

Menadžer projekta:

Utenkova Eateryna Sergeevna

Moskva 2012

Uvod

Magnetoplane ili Maglev

Halbach instalacija

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Predstavljamo vam projekat čija je glavna tema “Elektromagnetna vozila i uređaji”. Prihvatajući ovaj posao, shvatili smo da nam je najzanimljivija tema transport magnetne levitacije.

Nedavno je poznati engleski pisac naučne fantastike Arthur Clarke napravio još jedno predviđanje. "...Možda smo na ivici stvaranja novog tipa svemirskog broda koji će moći napustiti Zemlju uz minimalne troškove prevladavanjem gravitacijske barijere", smatra on. “Onda će današnje rakete biti ono što su baloni bili prije Prvog svjetskog rata.” Na čemu se zasniva ova presuda? Odgovor se mora tražiti u modernim idejama stvaranja magnetskog levitacionog transporta.

Magnetoplane ili Maglev

Magnetoplan ili Maglev (od engleskog magnetska levitacija) je voz na magnetnom ovjesu, pokretan i kontroliran magnetskim silama. Takav voz, za razliku od tradicionalnih vozova, ne dodiruje površinu šine tokom kretanja. Budući da postoji razmak između voza i pokretne površine, trenje je eliminirano i jedina sila kočenja je sila aerodinamičkog otpora.

Brzina koju Maglev postiže uporediva je sa brzinom aviona i omogućava mu da se takmiči vazdušne usluge na kratkim (za avijaciju) udaljenosti (do 1000 km). Iako ideja o takvom transportu nije nova, ekonomska i tehnička ograničenja spriječila su da se u potpunosti razvije: tehnologija je samo nekoliko puta implementirana za javnu upotrebu. Maglev trenutno ne može koristiti postojeću saobraćajnu infrastrukturu, iako postoje projekti sa postavljanjem magnetnih kolovoznih elemenata između šina konvencionalne pruge ili ispod autoputa.

Već se raspravlja o potrebi za vozovima s magnetnom levitacijom (MAGLEV). duge godine, međutim, rezultati pokušaja njihove stvarne primjene pokazali su se obeshrabrujućim. Najvažniji nedostatak MAGLEV vozova je posebnost rada elektromagneta, koji osiguravaju levitaciju automobila iznad pruge. Elektromagneti koji nisu ohlađeni do stanja supravodljivosti troše ogromne količine energije. Kada se koriste supravodiči u tkanini, troškovi njihovog hlađenja će negirati sve ekonomske prednosti i izvodljivost projekta.

Alternativu je predložio fizičar Richard Post iz Nacionalne laboratorije Lawrence Livermore, Kalifornija. Njegova suština leži u upotrebi ne elektromagneta, već trajnih magneta. Ranije korišteni trajni magneti bili su preslabi da bi podigli voz, a Post koristi metodu djelomičnog ubrzanja koju je razvio penzionisani fizičar Klaus Halbach iz Nacionalne laboratorije Lawrence Berkley. Halbach je predložio metodu za raspoređivanje trajnih magneta na takav način da se njihova ukupna polja koncentrišu u jednom smjeru. Inductrack, kako je Post nazvao sistem, koristi Halbach jedinice montirane na dnu automobila. Sama tkanina je uredan raspored zavoja izolovanog bakrenog kabla.

Halbach instalacija

Halbachova instalacija koncentriše magnetsko polje u određenoj tački, smanjujući ga u drugim. Kada je montiran na dnu automobila, stvara magnetno polje koje indukuje dovoljne struje u namotajima tkanine ispod automobila u pokretu da podigne automobil za nekoliko centimetara i stabilizuje ga [Slika 1]. Kada se voz zaustavi, efekat levitacije nestaje i vagoni se spuštaju na dodatnu šasiju.

Rice. 1 Halbach instalacija

Na slici je prikazana eksperimentalna staza od 20 metara za ispitivanje MAGLEV Inductrack vozova, koja sadrži oko 1000 pravokutnih induktivnih namotaja, svaki širine 15 cm.U prvom planu je ispitna kolica i električni krug. Aluminijske šine duž platna podupiru kolica dok se ne postigne stabilna levitacija. Halbach instalacije obezbeđuju: ispod dna - levitaciju, sa strane - stabilnost.

Kada voz dostigne brzinu od 1-2 km/h, magneti proizvode dovoljne struje u induktivnim namotajima za levitaciju voza. Silu koja pokreće vlak stvaraju elektromagneti postavljeni u intervalima duž pruge. Elektromagnetna polja pulsiraju na takav način da odbijaju Halbachove instalacije postavljene na vlak i pomiču ga naprijed. Prema Postu, kada ispravna lokacija Halbach instalacije, automobili neće izgubiti ravnotežu ni pod kojim okolnostima, čak ni prije zemljotresa. Trenutno, na osnovu uspjeha Postovog demonstracionog rada u mjerilu 1/20, NASA je potpisala trogodišnji ugovor sa njegovim timom u Livermoreu za dalje istraživanje ovaj koncept za efikasnije lansiranje satelita u orbitu. Predviđeno je da se ovaj sistem koristi kao višekratno vozilo za bušenje, koje bi ubrzavalo raketu do brzine od oko 1 maha prije nego što bi uključio glavne motore.

Međutim, uprkos svim poteškoćama, izgledi za korištenje magnetskog levitacionog transporta i dalje su vrlo primamljivi. Tako se japanska vlada priprema za nastavak rada na fundamentalno novoj vrsti kopnenog transporta - vozovima s magnetnom levitacijom. Prema rečima inženjera, automobili Maglev su u stanju da pređu razdaljinu između dva najveća naseljena centra Japana - Tokija i Osake - za samo sat vremena. Trenutni brzi vozovi zahtijevaju 2,5 puta više vremena za ovo.

Tajna Maglev brzine je u tome što se automobili, visi u zraku silom elektromagnetnog odbijanja, kreću ne duž staze, već iznad nje. Ovo u potpunosti eliminira gubitke koji su neizbježni kada se kotači trljaju o šine. Dugotrajna ispitivanja provedena u prefekturi Yamanashi na probnoj dionici dužine 18,4 km potvrdila su pouzdanost i sigurnost ovog transportni sistem. Automobili su, krećući se automatski, bez tereta putnika, dostizali brzinu od 550 km/h. Do sada rekord za brza željeznička putovanja pripada Francuzima, čiji je TGV voz ubrzao do 515 km/h tokom testiranja 1990. godine.

Problemi upravljanja vozilima na magnetnu levitaciju

Japance brinu i ekonomski problemi, a prvenstveno pitanje isplativosti superbrze linije Maglev. Danas oko 24 miliona ljudi putuje između Tokija i Osake svake godine, a 70% putnika koristi brzu željezničku liniju. Prema futurolozima, revolucionarni razvoj računarske komunikacione mreže neminovno će dovesti do smanjenja putničkog prometa između dva najveća centra zemlje. Na zagušenost saobraćajnih linija može uticati i sve veći pad broja aktivnog stanovništva zemlje

Ruski projekat otvaranja kretanja vozova sa magnetnom levitacijom od Moskve do Sankt Peterburga neće biti realizovan u bliskoj budućnosti, rekao je čelnik kompanije na konferenciji za novinare u Moskvi krajem februara 2011. Federalna agencijaželjeznički transport Mikhail Akulov. Može biti problema sa ovim projektom, jer nema iskustva u radu vozova sa magnetnom levitacijom u zimskim uslovima, rekao je Akulov, navodeći da je takav projekat predložila grupa ruskih programera koji su usvojili iskustvo Kine. Istovremeno, Akulov je napomenuo da je ideja stvaranja brza linija Moskva - Sankt Peterburg je danas ponovo aktuelan. Konkretno, predloženo je kombiniranje stvaranja brzog autoputa s paralelnom izgradnjom autoputa. Šef agencije je dodao da su moćne poslovne strukture iz Azije spremne da učestvuju u ovom projektu, ne precizirajući o kojim strukturama je reč.

Tehnologije levitacije magnetnih vlakova

On ovog trenutka Postoje 3 glavne tehnologije za magnetno ovjesanje vozova:

1. O supravodljivim magnetima (elektrodinamička suspenzija, EDS).

Superprovodljivi magnet je solenoid ili elektromagnet sa namotom od supravodljivog materijala. Namotaj u supravodljivom stanju ima nulti omski otpor. Ako je takav namotaj kratko spojen, tada se električna struja inducirana u njemu održava gotovo neograničeno.

Magnetno polje kontinuirane struje koja cirkulira kroz namotaj supravodljivog magneta je izuzetno stabilno i bez talasanja, što je važno za brojne primjene u naučnim istraživanjima i tehnologiji. Namotaj supravodljivog magneta gubi svojstvo supravodljivosti kada temperatura poraste iznad kritične temperature Tk supraprovodnika, kada se u namotu dostigne kritična struja Ik ili kritično magnetsko polje Hk. Uzimajući ovo u obzir, za namotaje supravodljivih magneta. Koriste se materijali sa visokim vrijednostima Tk, Ik i Hk.

2. Na elektromagnetima (elektromagnetna suspenzija, EMS).

3. Uključeno trajni magneti; ovo je nov i potencijalno najisplativiji sistem.

Kompozicija levitira zbog odbijanja identičnih polova magneta i, obrnuto, privlačenja različitih polova. Pokret se izvodi linearni motor.

Linearni motor je elektromotor kod kojeg je jedan od elemenata magnetskog sistema otvoren i ima raspoređeni namotaj koji stvara pokretno magnetsko polje, a drugi je izrađen u obliku vodilice koja osigurava linearno kretanje pokretnog dijela. motora.

Danas je razvijeno mnogo dizajna linearnih motora, ali se svi mogu podijeliti u dvije kategorije - motori s malim ubrzanjem i motori sa visokim ubrzanjem.

Motori niskog ubrzanja koriste se u javnom prijevozu (maglev, monorail, metro). Potisci sa velikim ubrzanjem su prilično male dužine i obično se koriste za ubrzanje objekta do velike brzine, a zatim ga otpuštanje. Često se koriste za istraživanje udara hiperbrzine, kao što su oružje ili lanseri. svemirski brodovi. Linearni motori se takođe široko koriste u pogonima za napajanje mašina za rezanje metala i u robotici. nalazi se ili u vozu, ili na pruzi, ili oboje. Glavni problem dizajna je velika težina moćni magneti, budući da je za održavanje masivne kompozicije u zraku potrebno jako magnetsko polje.

Prema Earnshawovom teoremu (S. Earnshaw, ponekad se piše Earnshaw), statička polja koja stvaraju samo elektromagneti i trajni magneti su nestabilna, za razliku od polja dijamagnetnih materijala.

Dijamagneti su tvari koje su magnetizirane prema smjeru vanjskog magnetskog polja koje djeluje na njih. U nedostatku vanjskog magnetskog polja, dijamagnetski materijali nemaju magnetni moment. i supravodljivi magneti. Postoje stabilizacijski sistemi: senzori stalno mjere udaljenost od voza do pruge i napon na elektromagnetima se mijenja u skladu s tim.

Na sljedećem dijagramu možete razmotriti princip kretanja vozila s magnetnom levitacijom.

Ovo pokazuje princip kretanja vozila unapred pod uticajem promenljivih magnetnih polja. Raspored magneta omogućava da se kočija povuče naprijed prema suprotnom polu, čime se pomiče cijela konstrukcija.

Sami magnetna instalacija je detaljnije prikazana na dijagramuprojekti magnetnog ovjesa i elektromotornog pogona posade na bazi linearnih asinhronih strojeva

Rice. 1. Projekt magnetnog ovjesa i elektro pogona vagona na bazi linearnih asinhronih mašina:
1 - induktor magnetne suspenzije; 2 - sekundarni element; 3 - poklopac; 4.5 - zupci i namotaj induktora ovjesa; 6,7 - provodni kavez i magnetno kolo sekundarnog elementa; 8 - baza; 9-platforma; 10 - tijelo posade 11, 12 - opruge; 13 - amortizer; 14 - šipka; 15 - cilindrična šarka; 16 - klizni nosač; 17 - nosač; 18 - stop; 19 - šipka. Von - brzina magnetnog polja: Fn - sila podizanja ovjesa: Wb - indukcija radnog zazora ovjesa

Fig.2. Dizajn vučnog linearnog asinhronog motora:
1 - induktor pogona vuče; 2 - sekundarni element; 3 - magnetni krug pogonskog induktora; 4 - potisne ploče pogonski induktor; 5 - zupci pogonskog induktora; 6 - namotaji pogonskog induktora; 7 - baza.

Prednosti i nedostaci transporta magnetnom levitacijom

Prednosti

• Teoretski, najveća brzina koja se može postići na standardnom (ne-sportskom) automobilu. kopneni transport.
• Niska buka.

Nedostaci

• Visoki troškovi izrade i održavanja staza.
• Težina magneta, potrošnja električne energije.
• Elektromagnetno polje koje stvara maglev može biti štetno za posadu vlaka i/ili stanovnike u blizini. Čak se i vučni transformatori koriste na elektrificiranim naizmjenična strujaželjeznice su štetne za vozače, ali je u ovom slučaju jačina polja za red veličine veća. Također je moguće da Maglev linije neće biti dostupne osobama koje koriste pejsmejkere.
• Bit će potrebno kontrolirati razmak između ceste i voza (nekoliko centimetara) pri velikim brzinama (stotine km/h). Za to su potrebni ultra brzi kontrolni sistemi.
• Zahtijeva složenu željezničku infrastrukturu.

Na primjer, strelica za Maglev predstavlja dvije dionice puta koje se izmjenjuju ovisno o smjeru skretanja. Stoga je malo vjerovatno da će maglev linije formirati više ili manje razgranate mreže s račvama i raskrsnicama.

Razvoj novih vidova transporta

Rad na stvaranju brzih vlakova s ​​magnetskom levitacijom bez točkova traje već duže vrijeme, posebno u Sovjetskom Savezu od 1974. godine. Međutim, problem najperspektivnijeg transporta budućnosti i dalje ostaje otvoren i široko je polje djelovanja.

Rice. 2 Model voza s magnetskom levitacijom

Na slici 2 prikazan je model voza s magnetnom levitacijom, gdje su programeri odlučili okrenuti cjelinu mehanički sistem naopačke. Željeznička trasa je skup linija raspoređenih na određenim jednakim udaljenostima. armiranobetonskih nosača sa posebnim otvorima (prozorima) za vozove. Nema šina. Zašto? Činjenica je da je model okrenut naopako, a sam vlak služi kao tračnica, a u potporne prozore ugrađeni su kotači s elektromotorima, čijom brzinom rotacije daljinski upravlja strojovođa. Tako se čini da voz leti kroz vazduh. Udaljenosti između nosača su odabrani tako da se u svakom trenutku svog kretanja voz nalazi u najmanje dva ili tri od njih, a jedan vagon ima dužinu veću od jednog raspona. Ovo omogućava ne samo da se voz zadrži suspendovan, već će se u isto vrijeme, ako jedan od kotača zakaže bilo kakav oslonac, kretanje nastaviti.

Ima dovoljno prednosti korištenja ovog konkretnog modela. Prvo, štedi se na materijalima, drugo, težina vlaka je značajno smanjena (nisu potrebni motori ili kotači), treće, takav model je izuzetno ekološki prihvatljiv, i četvrto, moguće je položiti takvu rutu u gusto naseljeni grad ili područje rukovanje neravnim terenom je mnogo lakše nego standardnim načinima transporta.

Ali ne možemo a da ne spomenemo nedostatke. Na primjer, ako jedan od oslonaca značajno odstupi duž rute, to će dovesti do katastrofe. Mada, katastrofe su moguće i u okviru konvencionalnih železnica. Još jedno pitanje koje dovodi do snažnog povećanja cijene tehnologije je fizičke vežbe na nosačima. Na primjer, rep voza koji je upravo napustio određeni otvor, ako kažemo jednostavnim riječima, takoreći, "visi" i stavlja veliko opterećenje na sljedeći nosač, dok se težište samog vlaka pomiče, što utječe na sve nosače u cjelini. Otprilike ista situacija nastaje kada glava voza napusti otvor i „visi“ na isti način dok ne dođe do sljedećeg oslonca. Ispada da je to neka vrsta zamaha. Kako projektanti namjeravaju riješiti ovaj problem (uz pomoć nosivog krila, enormne brzine, smanjenje razmaka između oslonaca...) još uvijek nije jasno. Ali postoje rješenja. I treći problem su zaokreti. Budući da su programeri odlučili da je dužina automobila više od jednog raspona, postavlja se pitanje zavoja

Rice. 3 Unitsky High-Speed ​​String Transport

Kao alternativa ovome, postoji čisto ruski razvoj pod nazivom Yunitsky High-Speed ​​String Transport (UST). U okviru tog okvira predlaže se korištenje prednapregnutih šina podignutih na nosačima do visine od 5-25 metara, po kojima se kreću transportni moduli na četiri točka. Ispostavilo se da je trošak UST mnogo niži - 600-800 hiljada dolara po kilometru, a sa infrastrukturom i voznim parkom - 900-1200 hiljada dolara po kilometru.

Rice. 4 Primjer monošinskog transporta

Ali bliska budućnost se i dalje vidi kao redovna monošinska emisija. Štaviše, u okviru monošinskih sistema, najnovije tehnologije za automatizaciju transporta sada se povlače. Na primjer, američka korporacija Taxi 2000 stvara monorail sistem automatskih taksija SkyWeb Express, koji mogu putovati i unutar grada i izvan njega. U takvim taksijima vozač nije potreban (kao u naučnofantastičnim knjigama i filmovima). Vi naznačite svoje odredište, a taksi vas sam odveze tamo, samostalno izgrađujući optimalnu rutu. Ovdje sve funkcionira - i sigurnost i preciznost. Taxi 2000 je trenutno najrealniji i najizvodljiviji projekat

Zaključak

Vozovi sa magnetnom levitacijom smatraju se jednom od najperspektivnijih vrsta transporta budućnosti. Vozovi s magnetskom levitacijom razlikuju se od običnih vlakova i monošina po potpunom odsustvu kotača - pri kretanju, automobili kao da lebde iznad jedne široke tračnice zbog djelovanja magnetnih sila. Kao rezultat toga, brzina takvog voza može doseći 400 km/h, au nekim slučajevima takav transport može zamijeniti avion. Trenutno se u svijetu u praksi realizuje samo jedan projekat magnetne ceste, koji se naziva i Transrapid.

Mnogi razvoji i projekti stari su već 20-30 godina. A glavni zadatak njihovih kreatora je privući investitore. Sam problem transporta je prilično značajan, jer često neke proizvode kupujemo tako skupe jer se dosta troši na njihov transport. Drugi problem je životna sredina, treći je velika zakrčenost transportnih pravaca, koja se povećava iz godine u godinu, a za neke vrste transporta i desetine posto.

Nadajmo se da ćemo u bliskoj budućnosti i sami moći da se vozimo u vozilu sa magnetnom levitacijom. Vrijeme se kreće...

Bibliografija

1. Drozdova T.E. Teorijska osnova progresivne tehnologije. - Moskva: MGOU, 2001. - 212 str.
2. Nauka o materijalima i tehnologija konstrukcijskih materijala / Tyalina L.N., Fedorova N.V. Tutorial. - Tambov: TSTU, 2006. - 457 str.
3. Metode zaštite kopnenih voda od zagađenja i iscrpljivanja / ur. Gavich I.K. - M.: UNITY-DANA, 2002. - 287 str.
4. Metode industrijskog čišćenja Otpadne vode/ Žukov A.I. Mongait I.L., Rodziller I.D. - M.: Infra-M, 2005. - 338 str.
5. Osnove tehnologija za najvažnije industrije / ur. Sidorova I.A. Udžbenik za univerzitete. - M.: Viša škola, 2003. - 396 str.
6. Sistem tehnologija najvažnijih industrija Nacionalna ekonomija/ Dvortsin M.D., Dmitrienko V.V., Krutikova L.V., Mashikhina L.G. Tutorial. - Habarovsk: KhPI, 2003. - 523 str.

Prošlo je više od dvije stotine godina od trenutka kada je čovječanstvo izumilo prve parne lokomotive. Međutim, željeznički kopneni transport, prevoz putnika na struju i dizel gorivo, i dalje je vrlo čest.

Vrijedi reći da su svih ovih godina inženjeri izumitelji aktivno radili na stvaranju alternativnim načinima pokret. Rezultat njihovog rada bili su vozovi s magnetskom levitacijom.

Istorija izgleda

Sama ideja o stvaranju vozova s ​​magnetnom levitacijom aktivno se razvijala početkom dvadesetog stoljeća. Međutim, u to vrijeme nije bilo moguće realizovati ovaj projekat iz više razloga. Proizvodnja takvog voza počela je tek 1969. Tada je na teritoriji SR Njemačke počela polagana magnetna trasa kojom je trebalo proći novo vozilo, koje je kasnije nazvano Maglev voz. Pušten je u promet 1971. Prvi maglev voz, nazvan Transrapid-02, prošao je magnetnom rutom.

Zanimljiva je činjenica da su njemački inženjeri proizveli alternativno vozilo na osnovu bilješki koje je ostavio naučnik Hermann Kemper, koji je 1934. godine dobio patent koji potvrđuje izum magnetne ravni.

Transrapid-02 se teško može nazvati vrlo brzim. Mogao je da se kreće sa njim maksimalna brzina brzinom od 90 kilometara na sat. Kapacitet mu je takođe bio nizak - samo četiri osobe.

Godine 1979. stvoren je napredniji model magleva. koji nosi naziv "Transrapid-05", mogao je već prevesti šezdeset osam putnika. Kretao se duž linije koja se nalazi u gradu Hamburgu, čija je dužina bila 908 metara. koju je ovaj voz razvio bila je jednaka sedamdeset pet kilometara na sat.

Takođe 1979. godine u Japanu je objavljen još jedan model magleva. Zvao se "ML-500". na magnetnoj levitaciji dostizao je brzinu i do petsto sedamnaest kilometara na sat.

Konkurentnost

Brzina koju vozovi sa magnetnom levitacijom mogu da dostignu može se uporediti s tim u vezi, ovaj vid transporta može postati ozbiljan konkurent onim avio-kompanijama koje saobraćaju na udaljenosti do hiljadu kilometara. Široku upotrebu magleva otežava činjenica da se ne mogu kretati po tradicionalnim željezničkim površinama. Vozovi sa magnetnom levitacijom zahtijevaju izgradnju posebnih autoputeva. A to zahtijeva velika ulaganja kapitala. Također se vjeruje da ono što je stvoreno za maglev vozila može negativno utjecati na ljudsko tijelo, što će negativno utjecati na zdravlje vozača i stanovnika regija koje se nalaze u blizini takve rute.

Princip rada

Magnetna levitacija je posebna vrsta transporta. Dok se kreće, čini se da maglev lebdi iznad željezničke pruge ne dodirujući ga. To se događa jer vozilo pokreće sila umjetno stvorenog magnetnog polja. Nema trenja kada se maglev kreće. Sila kočenja u ovom slučaju je aerodinamički otpor.

Kako to radi? Svako od nas zna o osnovnim svojstvima magneta iz časova fizike u šestom razredu. Ako se dva magneta približe jedan drugom svojim sjevernim polovima, oni će se odbijati. Stvara se takozvani magnetni jastuk. Kada su različiti polovi povezani, magneti će se međusobno privlačiti. Ovaj prilično jednostavan princip leži u osnovi kretanja maglev vlaka, koji doslovno klizi kroz zrak na maloj udaljenosti od šina.

Trenutno su već razvijene dvije tehnologije uz pomoć kojih se aktivira magnetni jastuk ili suspenzija. Treći je eksperimentalni i postoji samo na papiru.

Elektromagnetna suspenzija

Ova tehnologija se zove EMS. Zasnovan je na jačini elektromagnetnog polja, koje se mijenja tokom vremena. Izaziva levitaciju (dizanje u zrak) magleva. Za kretanje voza u ovom slučaju potrebne su šine u obliku slova T, koje su izrađene od provodnika (obično metalnog). Na ovaj način, rad sistema je sličan konvencionalnoj željeznici. Međutim, voz ima magnete za potporu i vođenje umjesto točkova. Postavljeni su paralelno sa feromagnetnim statorima koji se nalaze duž ivice lima u obliku slova T.

Glavni nedostatak EMS tehnologije je potreba za kontrolom udaljenosti između statora i magneta. I to uprkos činjenici da zavisi od mnogo faktora, uključujući i prevrtljivu prirodu.Da bi se izbeglo naglo zaustavljanje voza, na njega se ugrađuju posebne baterije. Oni su u stanju da dopune magnete za podršku ugrađene u njih i na taj način održavaju proces levitacije dugo vremena.

Kočenje vlakova bazirano na EMS tehnologiji vrši se sinkronim linearnim motorom niskog ubrzanja. Predstavljaju ga potporni magneti, kao i površina puta preko koje lebdi maglev. Brzina i potisak voza mogu se podesiti promjenom frekvencije i jačine generirane naizmjenične struje. Za usporavanje, dovoljno je promijeniti smjer magnetskih valova.

Elektrodinamička suspenzija

Postoji tehnologija u kojoj se kretanje magleva događa interakcijom dvaju polja. Jedan od njih nastaje na autoputu, a drugi u vozu. Ova tehnologija se zove EDS. Izgrađen na njegovoj osnovi Japanski voz na magnetnoj levitaciji JR-Maglev.

Ovaj sistem ima neke razlike od EMS-a, gdje se koriste konvencionalni magneti, na koje se električna struja dovodi iz kalemova samo kada se primjenjuje struja.

EDS tehnologija podrazumijeva stalnu opskrbu električnom energijom. Ovo se dešava čak i ako je napajanje isključeno. Zavojnice takvog sistema opremljene su kriogenim hlađenjem, što omogućava uštedu značajnih količina električne energije.

Prednosti i nedostaci EDS tehnologije

Pozitivna strana sistema koji radi na elektrodinamičkom ovjesu je njegova stabilnost. Čak i neznatno smanjenje ili povećanje udaljenosti između magneta i platna regulirano je silama odbijanja i privlačenja. Ovo omogućava sistemu da ostane u nepromijenjenom stanju. Sa ovom tehnologijom, nema potrebe za instaliranjem elektronike za upravljanje. Nema potrebe za uređajima za podešavanje udaljenosti između oštrice i magneta.

EDS tehnologija ima neke nedostatke. Dakle, sila dovoljna da levitira kompoziciju može nastati samo pri velika brzina. Zbog toga su maglevovi opremljeni točkovima. Osiguravaju svoje kretanje brzinom do stotinu kilometara na sat. Još jedan nedostatak ove tehnologije je sila trenja koja se javlja na stražnjoj i prednjoj strani odbojnih magneta pri malim brzinama.

Zbog jakog magnetnog polja u putničkom dijelu mora biti postavljena posebna zaštita. U suprotnom, osobama sa elektronskim pejsmejkerom je zabranjeno putovanje. Zaštita je također potrebna za magnetne medije za pohranu (kreditne kartice i HDD).

Tehnologija u razvoju

Treći sistem, koji trenutno postoji samo na papiru, je upotreba trajnih magneta u EDS verziji, koji ne zahtevaju energiju da bi se aktivirali. Nedavno se mislilo da je to nemoguće. Istraživači su vjerovali da trajni magneti nemaju snagu da izazovu levitaciju voza. Međutim, ovaj problem je izbjegnut. Da bi se riješio ovaj problem, magneti su postavljeni u "Halbachov niz". Ovakav raspored dovodi do stvaranja magnetnog polja ne ispod niza, već iznad njega. Ovo pomaže u održavanju levitacije voza čak i pri brzini od oko pet kilometara na sat.

Ovaj projekat još nije dobio praktičnu implementaciju. Ovo je objašnjeno visoka cijena nizovi napravljeni od permanentnih magneta.

Prednosti magleva

Najatraktivniji aspekt vozova sa magnetnom levitacijom je mogućnost da oni postignu velike brzine, što će omogućiti da se maglevi u budućnosti takmiče čak i sa mlaznim avionima. Ovaj tip transport je prilično ekonomičan u smislu potrošnje električne energije. Troškovi njegovog rada su također niski. To postaje moguće zbog odsustva trenja. Niska buka magleva je takođe prijatna, što će se pozitivno odraziti na ekološku situaciju.

Nedostaci

Loša strana magleva je ta što je količina potrebna za njihovo stvaranje prevelika. Troškovi održavanja staze su također visoki. Pored toga, vrsta transporta koja se razmatra zahteva složen sistem gusenica i ultra-preciznih instrumenata koji kontrolišu rastojanje između površine puta i magneta.

u Berlinu

U glavnom gradu Njemačke 1980. godine otvoren je prvi sistem tipa maglev pod nazivom M-Bahn. Dužina puta je bila 1,6 km. Vlak sa magnetnom levitacijom vikendom je vozio između tri metro stanice. Putovanje za putnike je bilo besplatno. Nakon toga se stanovništvo grada gotovo udvostručilo. Trebalo je stvaranje transportne mreže sa mogućnošću pružanja velikog prometa putnika. Zato je 1991. godine magnetna traka demontirana, a na njenom mestu je počela izgradnja metroa.

Birmingham

U ovom njemačkom gradu, niskobrzi Maglev povezan je od 1984. do 1995. godine. aerodrom i železnička stanica. Dužina magnetske staze bila je samo 600 m.

Šangaj

Prvu magnetnu prugu u Berlinu izgradila je njemačka kompanija Transrapid. Neuspjeh projekta nije odvratio programere. Nastavili su istraživanje i dobili su nalog od kineske vlade, koja je odlučila da izgradi maglev stazu u zemlji. Šangaj i aerodrom Pudong povezani su ovom brzinom (do 450 km/h) rutom.
Put dugačak 30 km otvoren je 2002. godine. U budućim planovima je proširenje na 175 km.

Japan

Ova zemlja je bila domaćin izložbe Expo-2005 2005. godine. Za njegovo otvaranje puštena je u rad 9 km duga magnetna staza. Na liniji je devet stanica. Maglev opslužuje područje u blizini izložbenog prostora.

Maglev se smatra transportom budućnosti. Već 2025. godine planirano je otvaranje novog superautoputa u zemlji poput Japana. Voz sa magnetnom levitacijom prevoziće putnike iz Tokija do jednog od područja u centralnom delu ostrva. Njegova brzina će biti 500 km/h. Za projekat će biti potrebno oko četrdeset pet milijardi dolara.

Rusija

Ruske željeznice također planiraju da naprave brzi voz. Do 2030. godine Maglev u Rusiji će povezati Moskvu i Vladivostok. Putnici će put od 9.300 km preći za 20 sati. Brzina voza sa magnetnom levitacijom dostizat će i do petsto kilometara na sat.

Unatoč činjenici da je prošlo više od dvije stotine godina od stvaranja prvih parnih lokomotiva, čovječanstvo još uvijek nije spremno da u potpunosti odustane od upotrebe dizel goriva, snage pare i električne energije kao pokretačke snage sposobne za kretanje. teški teret i putnicima.

Međutim, kao što i sami razumijete, cijelo to vrijeme inženjeri i izumitelji nisu bili potpuno neaktivni, a rezultat rada njihovih misli bilo je oslobađanje alternativnih metoda prijevoza duž željezničke pruge.

Istorija elektromagnetnih levitacionih vozova

Sama ideja da se napravi voz koji se kreće magnetskom levitacijom nije tako nova. Po prvi put su pronalazači počeli razmišljati o stvaranju takvog voznog parka na samom početku 20. stoljeća, ali iz niza razloga implementacija ovog projekta nije mogla biti provedena dugo vremena.

Tek 1969. godine na teritoriji tadašnje Savezne Republike Njemačke počeli su proizvoditi sličan voz, kasnije nazvan Maglev, i polagati magnetnu rutu. Lansiranje prvog magleva, nazvanog Transrapid-02, održano je dvije godine kasnije.

Zanimljiva je činjenica da su se njemački inženjeri u proizvodnji magleva bazirali na bilješkama naučnika Hermanna Kempera, koji je još 1934. godine dobio patent za stvaranje magnetne ravni. Prvi maglev “Tranrapid-02” ne može se nazvati velikom brzinom, jer je dostigao brzinu od samo 90 km/h. Njegov kapacitet je takođe bio veoma nizak: samo četiri osobe.

Naredni model Maglev, kreiran 1979. godine, Transrapid-05, mogao je da primi do 68 putnika i kretao se duž putničke linije u Hamburgu, koja je imala dužinu od 908 m, brzinom od 75 km/h.

TransRapid-05

U isto vrijeme, na drugom kraju kontinenta, u Japanu, iste 1979. godine, lansiran je maglev model “ML-500” koji je mogao postići brzinu do 517 km/h.

Šta je Maglev i koji je princip njegovog rada?

Maglev (ili jednostavno magnetna levitacija) je vrsta transporta koji se kontrolira i pokreće silom magnetskog polja. U ovom slučaju, maglev ne dodiruje željezničku prugu, već "levitira" iznad nje, koju drži umjetno stvoren magnetsko polje. U tom slučaju se eliminira trenje; samo aerodinamički otpor djeluje kao sila kočenja.

Na kratkim rutama u budućnosti, maglev bi mogao postati ozbiljan konkurent vazdušni transport zbog svoje sposobnosti da razvije veoma veliku brzinu kretanja. Danas je široko rasprostranjeno uvođenje magleva u velikoj mjeri otežano činjenicom da se ne mogu koristiti na tradicionalnim željezničkim površinama magistralnih pruga. Maglev se može kretati samo posebno izgrađenim magnetnim autoputem, što zahtijeva vrlo velika kapitalna ulaganja.

Također se vjeruje da magnetni transport može negativno utjecati na tijelo vozača i stanovnika regija u blizini magnetnih ruta.

Prednosti Maglevsa

Prednosti magleva uključuju veliku perspektivu postizanja velikih brzina koje čak mogu konkurirati mlaznim avionima. Osim toga, maglev je prilično ekonomičan transport u smislu potrošnje energije. Osim toga, praktično nema trenja između dijelova, što može značajno smanjiti operativne troškove.

Bez sumnje Shanghai Maglev- jedna od atrakcija Šangaja, ali i cijele Kine. Ova prva komercijalna magnetna željeznica na svijetu puštena je u rad u januaru 2004. godine.

Sada se ova linija od 30 kilometara povezuje sa metro stanicom Long Yang Lu u oblasti Šangaja.Ovu udaljenost voz sa magnetnom levitacijom prelazi za manje od 8 minuta.Poređenja radi, ako prođete, biće potrebno 40 minuta.

Takvim vozom se morate voziti najmanje dva puta - jednom gledajući indikator brzine kada dostigne maksimum, a drugi put diveći se pogledu sa prozora :)

Shanghai Maglev je napravljen po njemačkoj tehnologiji. Aktivni razvoj u ovoj oblasti odvija se uglavnom u Japanu i Njemačkoj.

Magnetna podloga. Kako radi?

Riječ Maglev je skraćenica za magnetna levitacija(magnetig levitation, engleski), odnosno voz kao da levitira iznad površine puta pod uticajem snažnog elektromagnetnog polja.

Kontrolisano elektronski elektromagneti (1). Takođe, magneti se nalaze na dnu specijalne šine (2). Kada magneti stupe u interakciju, voz lebdi jedan centimetar iznad šine. Postoje i magneti odgovorni za bočno poravnanje (3). Namotaj, položen duž pruge, stvara magnetno polje koje pokreće voz.

Voz putuje bez mašinovođe. Upravljanje se vrši iz kontrolnog centra pomoću računara. Struja se iz kontrolnog centra napaja samo dionica kojom se trenutno kreće voz. Da bi usporilo, magnetsko polje mijenja svoj vektor.

Prednosti i nedostaci

"Ako neko od vas odluči da izgradi toranj, zar prvo neće sjesti i izbrojati sve troškove da vidi ima li dovoljno novca da ga završi?" (Luka 14, poglavlje 28 stih)

Ove riječi sadrže jedan od razloga zašto se takvi vozovi nisu gradili svuda.

Izgradnja i održavanje specijalnog merača je skupo. Na primjer, izgradnja Šangajskog magleva bila je dodatno zakomplikovana močvarama. Svaki nosač kolosijeka položen je na posebnu betonsku podlogu koja se oslanja na kamenu podlogu. Na nekim mjestima ovaj jastuk doseže i 85 metara debljine! Kao rezultat toga, ovih 30 km magnetnog puta koštalo je 10 milijardi juana.

Osim toga, ovim putem više nije moguće pustiti druga vozila. To ga razlikuje od pruga izgrađenih za brze vozove - njima se i dalje mogu kretati redovni.

Sada o prijatnim stvarima. Glavna prednost Magleva je, naravno, brzina. U kratkom vremenu nakon starta, voz ubrzava do 430 km na sat.

Relativno niska potrošnja električne energije - nekoliko puta manja od one u automobilu ili avionu. Shodno tome, manja je šteta po životnu sredinu.

Budući da je trenje dijelova znatno smanjeno, operativni troškovi takvog voza su niži.

Testovi su pokazali da je magnetsko polje u vozu čak i slabije nego u konvencionalnim vozovima. To znači da snažni magneti nisu opasni za putnike, uključujući i one sa elektronskim pejsmejkerom.

U slučaju nestanka struje, voz je opremljen baterijama koje aktiviraju posebne kočnice. Oni stvaraju magnetno polje sa reverznim vektorom, a brzina voza se smanjuje na 10 km na sat i na kraju se voz zaustavlja i pada na šine.

Budućnost Šangajskog Magleva

Sada je dužina maglev staze 30 km. Poznato je o planovima za proširenje linije do još jednog aerodroma u Šangaju - do Hongqiaoa, koji se nalazi zapadno od. A onda produžite put prema jugozapadu do Hangzhoua. Kao rezultat toga, dužina rute bi bila 175 km. Ali za sada je projekat zamrznut do 2014. godine. Od 2010. Šangaj i Hangdžou su povezani brzom železnicom. Vrijeme će pokazati hoće li se planovi za proširenje Magleva realizirati.

On je također magnetna levitacija, on je također maglev od engleskog magnetna levitacija ("magnetna levitacija") - ovo je voz s magnetnom levitacijom, pogonjen i vođen silom elektromagnetno polje. Takav voz, za razliku od tradicionalnih vozova, ne dodiruje površinu šine tokom kretanja. Budući da postoji razmak između voza i vozne površine, trenje je eliminirano i jedina sila kočenja je aerodinamički otpor. Maglev se odnosi na monošinski transport.

Monorail:

Brzi kopneni transport (HSLT) je željeznički transport kojim se vozovi upravljaju brzinama većim od 200 km/h (120 mph). Iako su početkom 20. vijeka vozovi koji su se kretali brzinama iznad 150-160 km/h nazivali brzim.
Danas VSNT vozovi putuju posebno određenim željezničkim prugama - brzim prugom (HSL), ili na magnetnoj levitaciji, duž koje se kreće maglev prikazan iznad.

Prvi redovni saobraćaj brzih vozova počeo je 1964. godine u Japanu. U Francuskoj su 1981. godine počeli saobraćati VSNT vozovi, a ubrzo i većina zapadna evropa, uključujući Veliku Britaniju, ujedinjena je u jedinstvenu mrežu brzih željeznica. Moderni brzi vozovi u pogonu postižu brzine od oko 350-400 km/h, a na testovima mogu ubrzati i do 560-580 km/h, kao što je JR-Maglev MLX01, koji je postavio rekord brzine od 581 km/h. h tokom testiranja 2003. h.
U Rusiji redovnom upotrebom brzi vozovi, na zajedničkim prugama sa redovnim vozovima, počeli su 2009. godine. I tek do 2017. godine završava se izgradnja prve ruske specijalizovane brze železničke linije Moskva - Sankt Peterburg.

Osim putnika, brzi vozovi prevoze i teret, na primjer: francuska služba La Poste ima flotu specijalnih TGV električnih vozova za prevoz pošte i paketa.

Brzina „magnetnih“ vozova, odnosno maglev vozova, uporediva je sa brzinom aviona i omogućava im da se takmiče sa vazdušnim transportom na rutama kratkih i srednjih relacija (do 1000 km). Iako sama ideja o ovakvom transportu nije nova, ekonomska i tehnička ograničenja nisu mu omogućila da se u potpunosti razvije.

Trenutno postoje 3 glavne tehnologije za magnetno ovjesanje vozova:

1. O supravodljivim magnetima (elektrodinamička suspenzija, EDS);
2. O elektromagnetima (elektromagnetna suspenzija, EMS);
3. Na trajnim magnetima; ovo je nov i potencijalno najisplativiji sistem.

Kompozicija levitira zbog odbijanja identičnih magnetnih polova i, obrnuto, privlačenja suprotnih polova. Kretanje se vrši pomoću linearnog motora koji se nalazi ili na vozu, na pruzi ili oboje. Glavni izazov dizajna je velika težina dovoljno snažnih magneta, jer je za održavanje masivne kompozicije u zraku potrebno jako magnetsko polje.

Prednosti Maglev-a:

• teoretski najveća brzina koja se može postići u javnom (nesportskom) kopnenom saobraćaju;
• veliki izgledi za postizanje mnogo puta većih brzina od onih koje se koriste u mlaznoj avijaciji;
• niska buka.

Nedostaci Maglev-a:

• visoka cijena izgradnje i održavanja kolosijeka - cijena izgradnje jednog kilometra maglev staze je uporediva s kopanjem kilometra metro tunela na zatvoren način;
• stvoreno elektromagnetno polje može biti štetno za posadu u vlaku i okolne stanovnike. Čak su i vučni transformatori koji se koriste na AC elektrificiranim željeznicama štetni za vozače. Ali u ovom slučaju, jačina polja je za red veličine veća. Također je moguće da Maglev linije neće biti dostupne ljudima koji koriste pejsmejkere;
• željezničke pruge standardne širine, obnovljena za brzi saobraćaj, i dalje dostupna redovnim putničkim i prigradskim vozovima. Brza Maglev ruta nije pogodna ni za šta drugo; dodatne staze će biti potrebne za uslugu pri malim brzinama.

Najaktivniji razvoj magleva provode Njemačka i Japan.

*Pomoć: Šta je Shinkansen?
Shinkansen je naziv mreže brzih željeznica u Japanu, dizajnirane za prijevoz putnika između njih glavni gradovi zemljama. Vlasništvo Japanskih željeznica. Prva linija između Osake i Tokija otvorena je 1964. godine, Tokaido Shinkansen. Ova linija je najprometnija željeznička linija za velike brzine na svijetu. Dnevno preveze oko 375.000 putnika.

"Vlak metak" je jedan od naziva za Shinkansen vozove. Vozovi mogu imati do 16 vagona. Svaka kočija doseže dužinu od 25 metara, s izuzetkom kočija za glavu, koja su obično nešto duža. ukupna dužina udaljenost voza je oko 400 metara. Stanice za takve vozove su takođe veoma dugačke i posebno prilagođene za ove vozove.

U Japanu, maglev se često naziva "riniaka" (japanski: リニアカー), izvedeno od engleskog "linearni automobil" zbog linearnog motora koji se koristi na brodu.

JR-Maglev koristi elektrodinamičku suspenziju sa supravodljivim magnetima (EDS), instalirane i na vozu i na pruzi. Za razliku od njemačkog Transrapid sistema, JR-Maglev ne koristi monošinski dizajn: vozovi voze u kanalu između magneta. Ovaj dizajn omogućava veće brzine, osigurava veću sigurnost putnika u slučaju evakuacije i jednostavnost rada.

Za razliku od elektromagnetnog ovjesa (EMS), vozovi koji koriste EDS tehnologiju zahtijevaju dodatne kotače kada se kreću malim brzinama (do 150 km/h). Kada se postigne određena brzina, točkovi se odvajaju od tla i voz „leti” na udaljenosti od nekoliko centimetara od površine. U slučaju nesreće, točkovi takođe omogućavaju da se voz lakše zaustavi.

Za kočenje u normalnom načinu rada koriste se elektrodinamičke kočnice. Za hitne slučajeve, voz je opremljen aerodinamičkim i disk kočnicama na okretnim postoljima.

Vozite se u maglevu sa maksimalnom brzinom od 501 km/h. U opisu se navodi da je video snimljen 2005. godine:

Nekoliko vozova sa u različitim oblicima nosni konus: od uobičajenog zašiljenog do skoro ravnog, dugačak 14 metara, dizajniran da se riješi glasnog praska koji prati voz koji velikom brzinom ulazi u tunel. Maglev voz može biti potpuno kompjuterski kontrolisan. Vozač prati rad računara i dobija sliku staze putem video kamere (vozačeva kabina nema prozore za gledanje unapred).

Tehnologija JR-Maglev skuplja je od sličnog razvoja Transrapida, implementiranog u Kini (linija do aerodroma u Šangaju), jer zahtijeva velike troškove za opremanje rute supravodljivim magnetima i postavljanje tunela u planinama eksplozivnom metodom. Ukupna cijena projekta mogla bi biti 82,5 milijardi dolara. Da je linija postavljena duž obalnog autoputa Tokaido, koštala bi manje, ali bi zahtijevala izgradnju velika količina kratkim tunelima. Unatoč činjenici da je sam vlak za magnetnu levitaciju nečujan, svaki ulazak u tunel velikom brzinom prouzročit će prasak koji je po jačini usporediv s eksplozijom, pa je postavljanje linije u gusto naseljenim područjima nemoguće.