Kas maglevi rongid on tuleviku transport? Kuidas maglev-rong töötab?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Juba üle kahesaja aasta on möödunud hetkest, mil inimkond leiutas esimesed auruvedurid. Siiski on maapealne raudteetransport, mis transpordib reisijaid ja raskeid veoseid elektri ja diislikütuse jõul, endiselt väga levinud.

Tasub öelda, et kõik need aastad on insenerid ja leiutajad aktiivselt töötanud alternatiivsete liikumisviiside loomise nimel. Nende töö tulemuseks olid rongid magnetpatjadel.

Välimuse ajalugu

Magnetpatjadel rongide loomise ideed töötati aktiivselt välja 20. sajandi alguses. Seda projekti ei olnud aga toona võimalik mitmel põhjusel realiseerida. Sellist rongi hakati valmistama alles 1969. Just siis rajati Saksamaa Liitvabariigi territooriumile magnetrööbas, mida mööda pidi läbima uus sõiduk, mida hiljem hakati nimetama maglev-rongiks. See käivitati 1971. aastal. Esimene maglev-rong, mis kandis nime Transrapid-02, möödus mööda magnetrada.

Huvitav fakt on see, et Saksa insenerid valmistasid alternatiivse sõiduki teadlase Hermann Kemperi jäetud dokumentide põhjal, kes sai 1934. aastal magnetlennuki leiutamist kinnitava patendi.

"Transrapid-02" ei saa nimetada väga kiireks. Ta võis liikuda maksimaalselt 90 kilomeetrit tunnis. Selle mahutavus oli samuti väike – ainult neli inimest.

1979. aastal loodi täiustatud maglev-mudel. See rong, nimega "Transrapid-05", võis vedada juba kuuskümmend kaheksa reisijat. Ta liikus mööda Hamburgi linnas asuvat liini, mille pikkus oli 908 meetrit. Selle rongi maksimaalne kiirus oli seitsekümmend viis kilomeetrit tunnis.

Samal 1979. aastal tuli Jaapanis välja veel üks maglevi mudel. Teda kutsuti "ML-500". Jaapani rong magnetpadjal arendas kiirust kuni viissada seitseteist kilomeetrit tunnis.

Konkurentsivõime

Kiirust, mida magnetpadjaga rongid suudavad arendada, võib võrrelda lennukite kiirusega. Sellega seoses võib seda tüüpi transport saada tõsiseks konkurendiks neile lennuliinidele, mis sõidavad kuni tuhande kilomeetri kaugusel. Maglevide laialdast kasutamist takistab asjaolu, et nad ei saa liikuda traditsioonilistel raudteepindadel. Magnetpatjadel sõitvad rongid peavad ehitama spetsiaalseid kiirteid. Ja see nõuab suuri kapitaliinvesteeringuid. Samuti arvatakse, et maglevidele loodud magnetväli võib negatiivselt mõjutadainimkeha, mis mõjutab negatiivselt juhi ja sellise marsruudi läheduses asuvate piirkondade elanike tervist.

Tööpõhimõte

Magnetpatjadega rongid on eriline transpordiliik. Liikumise ajal näib maglev hõljuvat raudteerööbaste kohal ilma seda puudutamata. See on tingitud asjaolust, et sõidukit juhib kunstlikult loodud magnetvälja jõud. Maglevi liikumise ajal ei teki hõõrdumist. Pidurdusjõud on aerodünaamiline takistus.

Kuidas see töötab? Igaüks meist teab magnetite põhiomadusi kuuenda klassi füüsikatundidest. Kui kaks magnetit põhjapoolustega kokku viia, tõrjuvad nad üksteist. Tekib nn magnetpadi. Erinevate pooluste ühendamisel tõmbavad magnetid üksteise külge. See üsna lihtne põhimõte on aluseks maglev-rongi liikumisele, mis sõna otseses mõttes libiseb läbi õhu rööbastest ebaolulisel kaugusel.

Praegu on välja töötatud juba kaks tehnoloogiat, mille abil aktiveeritakse magnetpolster või vedrustus. Kolmas on eksperimentaalne ja eksisteerib ainult paberil.

Elektromagnetiline vedrustus

Seda tehnoloogiat nimetatakse EMS-iks. See põhineb elektromagnetvälja tugevusel, mis ajas muutub. See põhjustab maglevi levitatsiooni (õhkutõusu). Rongi liikumiseks on sel juhul vaja T-kujulisi rööpaid, mis on valmistatudjuht (tavaliselt metallist). Nii sarnaneb süsteemi töö tavaraudteega. Rongis on aga rattapaaride asemel paigaldatud tugi- ja juhtmagnetid. Need on paigutatud paralleelselt ferromagnetiliste staatoritega, mis asuvad piki T-kujulise võrgu serva.

EMS-tehnoloogia peamine puudus on vajadus kontrollida staatori ja magnetite vahelist kaugust. Ja seda hoolimata asjaolust, et see sõltub paljudest teguritest, sealhulgas elektromagnetilise interaktsiooni ebastabiilsest olemusest. Et vältida rongi ootamatut peatumist, on sellele paigaldatud spetsiaalsed akud. Nad suudavad laadida tugimagnetitesse sisseehitatud lineaarseid generaatoreid ja seega säilitada levitatsiooniprotsessi pikka aega.

EMS-põhiseid ronge pidurdab väikese kiirendusega sünkroonne lineaarmootor. Seda esindavad tugimagnetid, aga ka sõidutee, mille kohal maglev hõljub. Kompositsiooni kiirust ja tõukejõudu saab juhtida genereeritava vahelduvvoolu sageduse ja tugevuse muutmisega. Aeglustamiseks muutke lihts alt magnetlainete suunda.

Elektrodünaamiline vedrustus

On olemas tehnoloogia, mille puhul maglevi liikumine toimub kahe välja vastasmõjul. Üks neist on loodud kiirtee lõuendisse ja teine on rongi pardal. Seda tehnoloogiat nimetatakse EDS-iks. Selle baasil ehitati Jaapani maglev-rong JR–Maglev.

Sellel süsteemil on mõned erinevused EMS-ist, kustavalised magnetid, millele elektrivool antakse mähistest ainult siis, kui toide on ühendatud.

EDS-tehnoloogia eeldab pidevat elektrivarustust. See juhtub isegi siis, kui toide on välja lülitatud. Sellise süsteemi mähistesse paigaldatakse krüogeenjahutus, mis säästab märkimisväärses koguses elektrit.

EDS-tehnoloogia eelised ja puudused

Elektrodünaamilisel vedrustusel töötava süsteemi positiivne külg on selle stabiilsus. Isegi magnetite ja lõuendi vahelise kauguse väikest vähendamist või suurendamist reguleerivad tõuke- ja külgetõmbejõud. See võimaldab süsteemil olla muutmata olekus. Selle tehnoloogia abil ei ole vaja paigaldada juhtelektroonikat. Veebi ja magnetite vahelise kauguse reguleerimiseks pole vaja seadmeid.

EDS-tehnoloogial on mõned puudused. Seega saab kompositsiooni leviteerimiseks piisav jõud tekkida ainult suurel kiirusel. Seetõttu on maglevid varustatud ratastega. Nad pakuvad liikumist kiirusega kuni sada kilomeetrit tunnis. Selle tehnoloogia teine puudus on hõõrdejõud, mis tekib madalatel kiirustel tõukuvate magnetite taga- ja eesosas.

Tugeva magnetvälja tõttu reisijatele mõeldud sektsioonis on vaja paigaldada spetsiaalne kaitse. Vastasel juhul ei tohi südamestimulaatoriga inimene reisida. Kaitset on vaja ka magnetkandjate jaoks (krediitkaardid ja kõvaketas).

Arendataksetehnoloogia

Kolmas süsteem, mis praegu eksisteerib ainult paberil, on püsimagnetite kasutamine EDS-i variandis, mille aktiveerimine ei vaja energiat. Kuni viimase ajani usuti, et see on võimatu. Teadlased uskusid, et püsimagnetitel ei ole sellist jõudu, mis võiks rongi levitatsiooni põhjustada. Seda probleemi suudeti aga vältida. Selle lahendamiseks paigutati magnetid Halbachi massiivi. Selline paigutus viib magnetvälja loomiseni mitte massiivi all, vaid selle kohal. See aitab säilitada rongi levitatsiooni isegi kiirusel umbes viis kilomeetrit tunnis.

See projekt ei ole veel praktiliselt rakendatud. Selle põhjuseks on püsimagnetitest valmistatud massiivide kõrge hind.

Maglevide väärikus

Maglev-rongide kõige atraktiivsem külg on võimalus saavutada suuri kiirusi, mis võimaldavad tulevikus konkureerida isegi reaktiivlennukitega. Seda tüüpi transport on elektritarbimise poolest üsna ökonoomne. Selle käitamise kulud on samuti madalad. See saab võimalikuks hõõrdumise puudumise tõttu. Rõõmu teeb ka maglevide madal müra, mis avaldab positiivset mõju keskkonnaolukorrale.

Puudused

Maglevide negatiivne külg on see, et nende valmistamiseks kulub liiga palju. Ka rajahoolduse kulud on suured. Lisaks eeldab vaadeldav transpordiliik keerulist rööbastee süsteemi ja ülitäpsetseadmed, mis reguleerivad lõuendi ja magnetite vahelist kaugust.

Projekti rakendamine Berliinis

Saksamaa pealinnas avati 1980. aastatel esimene maglev-süsteem nimega M-Bahn. Lõuendi pikkus oli 1,6 km. Nädalavahetustel sõitis kolme metroojaama vahel maglev-rong. Reisijatele oli sõit tasuta. Pärast Berliini müüri langemist kasvas linna elanikkond peaaegu kahekordseks. See eeldas transpordivõrkude loomist, mis suudaksid pakkuda suurt reisijateliiklust. Seetõttu võeti 1991. aastal magnetlõuend lahti ja selle asemele alustati metroo ehitamist.

Birmingham

Selles Saksamaa linnas oli aastatel 1984–1995 ühendatud väikese kiirusega maglev. lennujaam ja raudteejaam. Magnettee pikkus oli vaid 600 m.

Tee töötas kümme aastat ja suleti reisijate arvukate kaebuste tõttu olemasolevate ebamugavuste kohta. Seejärel asendas monorelss sellel lõigul maglevi.

Shanghai

Berliini esimese magnettee ehitas Saksa ettevõte Transrapid. Projekti ebaõnnestumine arendajaid ei heidutanud. Nad jätkasid uurimistööd ja said Hiina valitsuselt korralduse, mis otsustas rajada riiki maglev-raja. See kiire (kuni 450 km/h) marsruut ühendas Shanghai ja Pudongi lennujaama.30 km pikkune tee avati 2002. aastal. Tulevikuplaanid hõlmavad selle pikendamist 175 km-ni.

Jaapan

Selles riigis korraldati 2005. aastal näitusExpo-2005. Selle avamisega võeti kasutusele 9 km pikkune magnetrada. Liinil on üheksa jaama. Maglev teenindab näitusepaigaga külgnevat ala.

Magleveid peetakse tulevikutranspordiks. Juba 2025. aastal plaanitakse Jaapani-suguses riigis avada uus superkiirtee. Maglev-rong viib reisijad Tokyost ühte saare keskosa rajooni. Selle kiirus saab olema 500 km/h. Projekti elluviimiseks kulub umbes nelikümmend viis miljardit dollarit.

Venemaa

Kiirrongi loomist plaanib ka Venemaa Raudtee. Aastaks 2030 ühendab maglev Venemaal Moskva ja Vladivostoki. Reisijad läbivad 9300 km pikkuse tee 20 tunniga. Maglev-rongi kiirus ulatub kuni viiesaja kilomeetrini tunnis.