Sukhov Vitaliy Vladimirovich, Galin Alexey Leonidovich

Vă prezentăm un proiect a cărui temă principală este „Vehicule și aparate electromagnetice”. Angajându-ne în această lucrare, ne-am dat seama că cea mai interesantă problemă pentru noi este transportul cu perne magnetice.

Recent, celebrul scriitor englez de ficțiune Arthur Clark, a făcut o altă prezicere. „... S-ar putea să fim pe punctul de a crea un nou tip de nave spațiale care să poată părăsi Pământul cu costuri minime depășind bariera gravitațională”, a spus el. „Atunci, rachetele actuale vor deveni ceea ce erau baloanele înainte de Primul Război Mondial.” Pe ce se bazează o astfel de judecată? Răspunsul trebuie căutat în idei moderne pentru crearea transportului pe o pernă magnetică.

Descarca:

Previzualizare:

I-a conferință științifico-practică deschisă a studenților

„Activitățile proiectului meu de colegiu”

Direcția proiectului științific și practic:

Inginerie Electrică

Tema proiectului:

Vehicule și aparate electromagnetice. Transportul plăcilor magnetice

Proiect pregătit de:

Sukhov Vitaliy Vladimirovich, elev al grupului 2 ET

Galin Alexey Leonidovich, elevul grupului 2 ET

Numele instituției:

Colegiul electromecanic GB55 SPO №55

Manager de proiect:

Utenkova Eaterina Sergeevna

Moscova 2012

Introducere

Magnetoplan sau Maglev

Instalare Halbach

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Vă prezentăm un proiect a cărui temă principală este „Vehicule și aparate electromagnetice”. Angajându-ne în această lucrare, ne-am dat seama că cea mai interesantă problemă pentru noi este transportul cu perne magnetice.

Recent, celebrul scriitor englez de ficțiune Arthur Clark, a făcut o altă prezicere. „... S-ar putea să fim pe punctul de a crea un nou tip de nave spațiale care să poată părăsi Pământul cu costuri minime depășind bariera gravitațională”, a spus el. „Atunci, rachetele actuale vor deveni ceea ce erau baloanele înainte de Primul Război Mondial.” Pe ce se bazează o astfel de judecată? Răspunsul trebuie căutat în idei moderne pentru crearea transportului pe o pernă magnetică.

Magnetoplan sau Maglev

Magnetoplan sau Maglev (din engleză levitație magnetică) este un tren pe o suspensie magnetică, condus și controlat de forțe magnetice. O astfel de compoziție, spre deosebire de trenurile tradiționale, nu atinge suprafața șinei în timpul deplasării. Deoarece există un decalaj între tren și suprafața de mișcare, frecarea este eliminată, iar singura forță de tracțiune este forța de tracțiune aerodinamică.

Viteza realizată de Muggle este comparabilă cu viteza aeronavei și vă permite să concurați cu traficul aerian la distanțe mici (pentru aviație) (până la 1000 km). Deși ideea unui astfel de transport nu este nouă, limitările economice și tehnice nu i-au permis să se desfășoare pe deplin: pentru uz public, tehnologia a fost pusă în aplicare doar de câteva ori. În prezent, Maglev nu poate utiliza infrastructura de transport existentă, deși există proiecte cu amplasarea elementelor drumului magnetic între șinele unei căi ferate convenționale sau sub șină.

Nevoia de trenuri cu perne magnetice (MAGLEV) a fost discutată de mai mulți ani, dar rezultatele încercărilor de a le folosi efectiv au fost descurajatoare. Cel mai important dezavantaj al trenurilor MAGLEV constă în particularitatea funcționării electromagnetilor, care asigură levitația mașinilor pe șină. Electromagnetii care nu sunt răciți până la starea de superconductivitate consumă cantități gigantice de energie. Când se utilizează superconductori în țesătură, costul răcirii acestora va anula toate avantajele economice și posibilitatea proiectului.

O alternativă a fost propusă de fizicianul Richard Post de la Laboratorul Național Lawrence Livermore, California. Esența sa constă în utilizarea magneților permanenți, nu a electromagnetilor. Magneții permanenți utilizați anterior erau prea slabi pentru a ridica trenul, iar Post folosește metoda de accelerare parțială dezvoltată de fizicianul pensionar Klaus Halbach de la Laboratorul Național Lawrence Berkley. Halbach a propus o metodă de aranjare a magneților permanenți, astfel încât să-și concentreze câmpurile totale într-o singură direcție. Inductrack - așa cum a numit Post acest sistem - folosește instalații Halbach montate în partea inferioară a mașinii. Pânza, în sine, este o așezare ordonată a virajelor cablului de cupru izolat.

Instalare Halbach

Instalația Halbach concentrează câmpul magnetic într-un anumit punct, reducându-l la altele. Fiind montat în partea inferioară a mașinii, generează un câmp magnetic care induce suficienți curenți în înfășurările pânzei de sub mașina în mișcare pentru a ridica mașina câțiva centimetri și a o stabiliza [Fig. 1]. Când trenul se oprește, efectul de levitație dispare, mașinile sunt coborâte la șasiu suplimentar.

Fig. 1 Instalare Halbach

Figura prezintă un prototip de 20 de metri MAGLEV tren de încercare pentru trenurile Inductrack, care conține aproximativ 1000 de înfășurări inductive dreptunghiulare, fiecare 15 cm lățime. În prim plan se află un cărucior de încercare și un circuit electric. Șinele de aluminiu de-a lungul pânzei susțin căruciorul până la realizarea unei levitații stabile. Instalațiile Halbach asigură: sub fund - levitație, pe părți - stabilitate.

Când trenul atinge o viteză de 1-2 km / h, magneții produc curenți suficienți pentru a levita trenul în înfășurările inductive. Forța care conduce un tren este generată de electromagneti reglați la intervale de-a lungul pistei. Câmpurile electromagnetilor pulsează în așa fel încât instalațiile Halbach montate în tren să se îndepărteze de ele însele și să îl deplaseze înainte. Potrivit Postului, dacă instalațiile Halbach sunt poziționate corect, vagoanele nu își vor pierde echilibrul în niciun caz, chiar până la cutremur. În prezent, bazat pe succesul lucrărilor demonstrative ale Postului pe o scară de 1/20, NASA a semnat un contract pe 3 ani cu echipa sa din Livermore pentru a studia în continuare acest concept pentru lansarea mai eficientă a sateliților pe orbită. Se presupune că acest sistem va fi utilizat ca rapel refolosibil, care ar accelera racheta până la o viteză de aproximativ 1 Mach, înainte de a porni motoarele principale pe ea.

Cu toate acestea, în ciuda tuturor dificultăților, perspectivele de utilizare a vehiculelor cu perne magnetice rămân foarte atractive. Așadar, guvernul japonez se pregătește să reia activitatea la un tip fundamental de transport la sol - trenuri cu perne magnetice. Conform asigurărilor inginerilor, mașinile Maglev sunt capabile să acopere distanța dintre cele mai mari două centre populate ale Japoniei - Tokyo și Osaka - în doar 1 oră. Trenurile expres curente necesită de 2,5 ori mai mult timp pentru aceasta.

Secretul vitezei „Muggle” este că mașinile suspendate în aer prin repulsie electromagnetică nu se mișcă de-a lungul pistei, ci deasupra acesteia. Acest lucru elimină complet pierderile care sunt inevitabile atunci când roțile se freacă de șine. Testele de lungă durată efectuate în Prefectura Yamanashi pe un șantier cu o lungime de 18,4 km au confirmat fiabilitatea și siguranța acestui sistem de transport. Mașinile care se deplasează în regim automat fără încărcarea pasagerului au atins o viteză de 550 km / h. Până în prezent, recordul pentru mișcarea de mare viteză pe șine aparține francezilor, al căror tren TGV în 1990 a accelerat la 515 km / h la testare.

Probleme privind utilizarea vehiculelor cu perne magnetice

De asemenea, japonezii sunt îngrijorați de problemele economice și, în primul rând, de problema rentabilității liniei Maglev. Astăzi, aproximativ 24 de milioane de persoane călătoresc între Tokyo și Osaka în fiecare an, 70% dintre pasageri folosesc linia ferată de mare viteză. Potrivit futurologilor, dezvoltarea revoluționară a unei rețele de comunicații computerizate va duce inevitabil la o scădere a traficului de pasageri între cele mai mari două centre ale țării. Congestionarea liniilor de transport poate fi afectată de scăderea evidențiată a numărului de populații active din țară

Proiectul rus de deschidere a trenurilor cu perne magnetice de la Moscova la Sankt Petersburg nu va fi pus în aplicare în viitorul apropiat, a declarat Mikhail Akulov, șeful Agenției Federale a Transporturilor Feroviare, la o conferință de presă de la Moscova la sfârșitul lunii februarie 2011. Pot fi probleme cu acest proiect, deoarece nu există experiență în exploatarea trenurilor cu perne magnetice în condiții de iarnă, a spus Akulov, afirmând că un astfel de proiect a fost propus de un grup de dezvoltatori ruși care au adoptat experiența Chinei. Cu toate acestea, Akulov a remarcat că ideea creării unei autostrăzi de mare viteză Moscova-Sankt-Petersburg este din nou relevantă astăzi. În special, sa propus combinarea creării unei autostrăzi de mare viteză cu construcția paralelă a unei autostrăzi. Șeful agenției a adăugat că structuri puternice de afaceri din Asia sunt gata să participe la acest proiect, fără a specifica ce structuri în cauză.

Tehnologia suspendării magnetice a trenului

În prezent, există 3 tehnologii principale pentru suspendarea magnetică a trenurilor:

1. Pe magneți supraconductori (suspensie electrodinamică, EDS).

Magnet supraconductor - un solenoid sau electromagnet cu o înfășurare a materialului supraconductor. O înfășurare în stare de superconductivitate are o rezistență ohmă zero. Dacă o astfel de înfășurare este scurtcircuitată, atunci curentul electric indus în ea este stocat aproape arbitrar.

Câmpul magnetic al curentului nedeteriorat care circulă prin înfășurarea magnetului supraconductor este extrem de stabil și lipsit de onduleuri, ceea ce este important pentru o serie de aplicații în cercetarea științifică și tehnologie. Înfășurarea magnetului supraconductor își pierde proprietatea de superconductivitate atunci când temperatura crește peste temperatura critică Tk a superconductorului, când curentul critic Ik sau câmpul magnetic critic Hk ajung la înfășurare. Având în vedere acest lucru, pentru înfășurările magneților supraconductori. aplicați materiale cu valori ridicate de Tk, Ik și Nk.

2. Pe electromagneti (suspensie electromagnetică, EMS).

3. Pe magneți permanenți; este un sistem nou și potențial cel mai economic.

Compoziția levită datorită repulsiei acelorași poli de magneți și, invers, atracției diferiților poli. Mișcarea se realizează cu un motor liniar.

Un motor liniar este un motor electric, în care unul dintre elementele sistemului magnetic este deschis și are o înfășurare extinsă care creează un câmp magnetic călător, iar celălalt este realizat sub forma unui ghid care asigură mișcarea liniară a părții în mișcare a motorului.

O mulțime de proiecte de motoare liniare au fost dezvoltate acum, dar toate pot fi împărțite în două categorii - motoare cu accelerație mică și motoare cu accelerație mare.

Motoarele cu accelerație mică sunt utilizate în transportul public (maglev, monorail, metrou). Motoarele cu accelerație mare au o lungime foarte mică și sunt de obicei folosite pentru a accelera un obiect până la viteză mare și apoi pentru a-l elibera. Ele sunt adesea folosite pentru cercetarea coliziunilor cu viteză mare, precum lansatoarele de arme sau nave spațiale. Motoarele liniare sunt de asemenea utilizate pe scară largă în motoarele de alimentare ale mașinilor de tăiat metale și în robotică. amplasat fie în tren, fie pe drum, fie atât acolo cât și acolo. O problemă serioasă de design este greutatea mare a magneților suficient de puternici, deoarece este necesar un câmp magnetic puternic pentru a menține o compoziție masivă în aer.

Prin teorema Earnshaw (uneori scrisă de Earnshaw), câmpurile statice create doar de electromagneti și de magneții permanenți singuri sunt instabili, spre deosebire de câmpurile diamagnetice.

Diamagnete - substanțe care sunt magnetizate spre direcția câmpului magnetic extern care acționează asupra lor. În absența unui câmp magnetic extern, diamagnetele nu au un moment magnetic. și magneți supraconductori. Există sisteme de stabilizare: senzorii măsoară constant distanța de la tren la șină și, în consecință, se modifică tensiunea pe electromagneti.

Puteți lua în considerare principiul mișcării vehiculelor pe o placă magnetică în diagrama următoare.

Principiul transportului înainte este arătat aici sub influența schimbării câmpurilor magnetice. Locația magneților permite mașinii, ca și cum s-ar întinde înainte, spre polul opus, mutând astfel întreaga structură.

Cea mai detaliată instalație magnetică Sami este prezentată în diagramaproiectarea suspensiei magnetice și a acționării electrice a echipajului bazate pe mașini asincrone liniare

Fig. 1. Proiectarea suspensiei magnetice și a acționării electrice a echipajului bazate pe mașini asincrone liniare:
1 - suspensie magnetică inductoră; 2 - element secundar; 3 - capac; 4,5 - dinții și înfășurarea inductorului de suspensie; 6.7 - celula conductoare și circuitul magnetic al elementului secundar; 8 - bază; 9-platformă; 10 - corp de echipaj; 11, 12 - arcuri; 13-amortizor; 14 - tijă; 15 - o balama cilindrica; 16 - suport culisant; 17 - bracket; 18 - accent; 19 - tijă Von - viteza câmpului magnetic: Fn - forța de ridicare a suspensiei: Wb - inducerea liberului de lucru al suspensiei

Fig. 2. Proiectarea liniară a motorului de inducție cu tracțiune:
1 - inductor de tracțiune; 2 - element secundar; 3 - circuit magnetic al inductorului de antrenare; 4 - plăci de presiune ale inductorului de antrenare; 5 - dinții inductorului de antrenare; 6 - acționare inductor bobinaj bobină; 7 - bază.

Avantajele și dezavantajele transportului cu perne magnetice

avantaje

• Teoretic, cea mai mare viteză care poate fi obținută la transportul terestru serial (non-sportiv).
• Zgomot redus.

dezavantaje

• Costul ridicat pentru crearea și menținerea unui ecartament.
• Greutatea magneților, consumul de energie.
• Câmpul electromagnetic generat de suspensia magnetică poate fi dăunător echipajelor și / sau locuitorilor din jur. Chiar și transformatoarele de tracțiune utilizate pe căile ferate electrificate cu curent alternativ sunt dăunătoare pentru șoferi, dar în acest caz, rezistența câmpului este mai mare. Este posibil, de asemenea, că linia de protecție nu va fi disponibilă persoanelor care folosesc stimulatoare cardiace.
• Se va solicita viteza mare (sute de km / h) pentru a controla diferența dintre drum și tren (câțiva centimetri). Acest lucru necesită sisteme de control ultra-rapide.
• Infrastructura de călătorie complexă este necesară.

De exemplu, săgeata pentru Muggle este două secțiuni ale drumului care se înlocuiesc reciproc în funcție de sensul de rotație. Prin urmare, este puțin probabil ca liniile Maglev să formeze rețele mai mult sau mai puțin ramificate cu furci și intersecții.

Dezvoltarea de noi moduri de transport

Lucrările la crearea trenurilor de perne magnetice cu o viteză mare, fără zgură, sunt în curs de mult timp, în special în Uniunea Sovietică din 1974. Cu toate acestea, până în prezent, problema celui mai promițător transport viitor rămâne deschisă și reprezintă un domeniu larg de activitate pentru.

Fig. 2 Model de tren magnetic

Figura 2 prezintă un model al unui tren de pernă magnetică, în care dezvoltatorii au decis să întoarcă întregul sistem mecanic cu susul în jos. O cale ferată este un set de suporturi din beton armat așezate la distanțe egale regulate cu deschideri speciale (ferestre) pentru trenuri. Nu există șine. De ce? Cert este că modelul este răsturnat, iar trenul însuși servește ca șină, iar roțile cu motoare electrice sunt instalate în geamurile suporturilor, a căror viteză de rotație este controlată de la distanță de către șoferul trenului. Astfel, trenul, așa cum era, zboară prin aer. Distanțele dintre suporturi sunt selectate astfel încât în \u200b\u200bfiecare moment al mișcării lor trenul să fie în cel puțin două sau trei dintre ele, iar o mașină să aibă o lungime mai mare decât o distanță. Acest lucru permite nu doar menținerea trenului în greutate, dar, în același timp, dacă una dintre roți eșuează în orice suport, mișcarea va continua.

Avantajele utilizării acestui model particular sunt suficiente. În primul rând, economisește materiale, în al doilea rând, greutatea trenului este semnificativ redusă (nu sunt necesare motoare sau roți), în al treilea rând, un astfel de model este extrem de ecologic și, în al patrulea rând, să așezi un astfel de traseu într-un oraș sau localitate dens populat terenul neuniform este mult mai ușor decât modurile de transport standard.

Dar este imposibil să nu spunem despre neajunsurile. De exemplu, dacă unul dintre turnuri se abate de la traseu, acest lucru va duce la dezastru. Deși, catastrofele sunt posibile în cadrul căilor ferate convenționale. O altă problemă care duce la o creștere semnificativă a costului tehnologiei este încărcarea fizică pe suport. De exemplu, coada unui tren care tocmai a lăsat o anumită deschidere, în cuvinte simple, ca și cum „atârnă” și pune o sarcină mare pe următorul suport, în timp ce centrul de greutate al trenului în sine este deplasat, ceea ce afectează toate suporturile, în general. Aproximativ aceeași situație apare atunci când capul trenului părăsește deschiderea și, de asemenea, „se blochează” până ajunge la următorul suport. Se dovedește un fel de leagăn. Modul în care proiectanții intenționează să rezolve această problemă (cu ajutorul unei aripi de rulment, viteză mare, reducând distanța dintre suporturi ...) nu este încă clar. Dar există soluții. Iar a treia problemă este rândul. Întrucât dezvoltatorii au decis că lungimea mașinii este mai mare decât un interval, se pune problema virajelor

Fig. 3 unități de transport cu șiruri de mare viteză

Ca o alternativă la aceasta, există o dezvoltare pur rusă, denumită Unitky High Speed \u200b\u200bHigh String Transport (STU). În cadrul său, se propune utilizarea șinelor pretensionate ridicate pe suporturi la o înălțime de 5-25 metri, de-a lungul căreia se deplasează module de transport pe patru roți. Costul UTS este mult mai mic - 600-800 mii dolari pe kilometru, iar cu infrastructură și material rulant - 900-1200 mii dolari pe km.

Fig. 4 Exemplu de monorail

Dar viitorul apropiat se vede încă în performanțele obișnuite ale monorailului. Mai mult, în cadrul sistemelor monorail, cele mai noi tehnologii pentru automatizarea transportului sunt acum reduse. De exemplu, corporația americană Taxi 2000 creează un sistem monorail de taxi automat SkyWeb Express, care poate călători atât în \u200b\u200boraș, cât și nu numai. Un șofer în astfel de taxiuri nu este necesar (la fel ca în cărțile și filmele de ficțiune). Indicați destinația, iar taxiul vă duce acolo de unul singur, construind traseul optim. Totul se dovedește aici - atât siguranță, cât și acuratețe. Taxi 2000 este în prezent cel mai realist și fezabil proiect

Concluzie

Trenurile cu perna magnetică sunt considerate unul dintre cele mai promițătoare moduri de transport ale viitorului. Trenurile căptușite cu magnet se deosebesc de trenurile obișnuite și monorele prin absența completă a roților - atunci când se deplasează, mașinile par să treacă peste o șină largă datorită acțiunii forțelor magnetice. Drept urmare, viteza unui astfel de tren poate atinge 400 km / h, iar în unele cazuri, un astfel de transport poate înlocui un avion. În prezent, un singur proiect de drum magnetic, numit și Transrapid, este implementat în lume.

Multe dezvoltări și proiecte au deja 20-30 de ani. Iar sarcina principală pentru creatorii lor este să atragă investitori. Problema de transport în sine este destul de semnificativă, deoarece de multe ori cumpărăm unele produse atât de scumpe, pentru că s-au cheltuit mulți bani pentru transportul lor. A doua problemă este mediul înconjurător, a treia este traficul greu, care crește de la an la an, iar pentru unele moduri de transport cu zeci de procente.

Să sperăm că, în viitorul apropiat, noi înșine vom putea merge pe vehicule cu o pernă magnetică. Timpul se mișcă ...

Bibliografie

1. Drozdova T.E. Bazele teoretice ale tehnologiilor avansate. - Moscova: MGOU, 2001 .-- 212 p.
2. Știința materialelor și tehnologia materialelor structurale / Tyalina L.N., Fedorova N.V. Tutorial. - Tambov: TSTU, 2006 .-- 457 p.
3. Metode de protecție a apelor interioare împotriva poluării și epuizării / ed. Gavich I.K. - M.: UNITY-DANA, 2002 .-- 287 p.
4. Metode pentru tratarea apelor uzate industriale / Zhukov A.I. Mongait I.L., Rodziller I.D. - M .: Infra-M, 2005 .-- 338 p.
5. Fundamentele tehnologiei marilor industrii / ed. Sidorova I.A. Manuale universitare. - M.: Școala Superioară, 2003 .-- 396 p.
6. Sistemul tehnologiilor celor mai importante sectoare ale economiei naționale / Dvortsin M.D., Dmitrienko V.V., Krutikova L.V., Mashikhina L.G. Tutorial. - Khabarovsk: KhPI, 2003 .-- 523 p.

Tehnologia este în curs de dezvoltare!

Un tren de pernă magnetică - un tren zburător, un magnetoplan sau un maglev - este un tren ținut deasupra căii, condus și controlat de forța unui câmp electromagnetic sau magnetic.

  Descriere:

Un tren de pernă magnetică - un tren zburător, magnetoplan sau maglev (din engleză levitație magnetică - „levitație magnetică”) - este un tren ținut deasupra căii, condus și controlat de forța unui câmp electromagnetic electromagnetic.

Spre deosebire de trenurile feroviare tradiționale, cârligul nu atinge suprafața în timpul deplasării șină. Prin urmare, viteza unui transport dat poate fi comparabilă cu viteza avioane. Până în prezent, viteza maximă a unui astfel de tren este de 581 km / h (Japonia).

În practică, sunt implementate două sisteme de levitație magnetică: pe o suspensie electromagnetică (EMS) și pe o suspensie electrodinamică (EDS). Alte sisteme: magneții permanenți există încă în teorie, iar sistemul RusMaglev este în curs de dezvoltare.

  Tren de suspendare electromagnetică (EMS):

Suspensia electromagnetică (EMS) permite trenului să leviteze folosind un câmp electromagnetic cu o forță care variază în timp. Sistemul este o cale făcută conductor   și un sistem de electromagneti montat pe tren.

Avantajele acestui sistem:

- câmpurile magnetice din interiorul și din afara vehiculului sunt mai mici decât cele ale sistemului EDS;

–   tehnologie rentabilă, comercializabilă și accesibilă,

- viteze mari (500 km / h),

–   nu este nevoie de sisteme suplimentare de suspensie.

Dezavantajele acestui sistem sunt:

–   instabilitate: este necesară monitorizarea constantă și corectarea fluctuației câmpului magnetic al căilor și al compoziției,

–   Procesul de nivelare a toleranței prin mijloace externe poate duce la vibrații nedorite.

  Trenul de suspensie electrodinamic (EDS):

Un sistem de suspensie electrodinamic (EDS) creează levitația printr-un câmp magnetic în schimbare pe șinele și câmpul creat de magneții la bordul trenului.

Avantajele acestui sistem:

- dezvoltarea vitezei ultra-mari (603 km / h) și capacitatea de a rezista la sarcini mari.

Dezavantajele acestui sistem sunt:

–   incapacitatea de a levita la viteze mici, nevoia de viteză mare, astfel încât să existe o forță repulsivă suficientă pentru a menține trenurile în greutate (prin urmare, astfel de trenuri folosesc roți),

–   radiațiile magnetice puternice sunt dăunătoare și nesigure pentru pasagerii cu sănătate precară și cu stimulatoare cardiace, pentru purtătorii de date magnetice.

  Sisteme de levitație magnetică cu tren permanent cu magneți Inductrack:

În prezent relevant pentru implementare este sistemul cu magnet permanent Inductrack, care este o variantă a sistemului EDS.

Avantajele acestui sistem:

- posibil cel mai economic sistem

–   putere mică pentru activarea magneților,

- câmpul magnetic este situat sub mașină,

–   câmpul de levitație este deja generat cu o viteză de 5 km / h,

- în caz de avarie, mașinile se opresc în siguranță;

–   mulți magneți permanenți pot fi mai eficienți decât electromagnetii.

Dezavantajele acestui sistem sunt:

–   roți sau un segment special al pistei este necesar pentru a sprijini trenul atunci când acesta se oprește.

  Sistemul RusMaglev:

Levitarea RusMaglev este o dezvoltare rusă. Levitarea este creată de magneți permanenți (neodim-fier-bor) la bordul trenului. Piesele sunt din aluminiu. Sistemul nu necesită absolut nici o furnizare de energie electrică.

Avantajele acestui sistem:

- mai economic decât autostrada de mare viteză;

–   nu este necesară energie electrică

- viteze mari - peste 400 km / h,

–   trenul levit cu viteză zero,

- transportul mărfurilor este de 2 ori mai ieftin decât transportul mărfurilor pe căile ferate existente.

Notă: © Foto https://www.pexels.com

Zoom-Prezentarea:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Scopul

Tren de perne magnetice   sau maglev   (din engleză. levitație magnetică, adică „maglev” - magnetoplan) este un tren de suspensie magnetic, condus și controlat de forțe magnetice, conceput pentru a transporta oameni (Fig. 1). Relatați cu tehnica transportului de pasageri. Spre deosebire de trenurile tradiționale, în timpul deplasării nu atinge suprafața șinei.

2. Piesele principale (dispozitivul) și scopul acestora

Există diverse soluții tehnologice în dezvoltarea acestui proiect (a se vedea clauza 6). Luați în considerare principiul de funcționare a pernei magnetice a trenului Transrapid pe electromagneti ( suspensie electromagnetică, EMS) (Fig. 2).

Electromagnetii cu control electronic (1) sunt atașați la fusta metalică a fiecărei mașini. Acestea interacționează cu magneții de pe partea inferioară a unei șine speciale (2), în urma căreia trenul atârnă peste șină. Alți magneți asigură alinierea laterală. De-a lungul traseului este așezată o înfășurare (3), care creează un câmp magnetic care conduce trenul (motor liniar).

3. Principiul acțiunii

La baza principiului funcționării trenului pe o suspensie magnetică se află următoarele fenomene și legi fizice:

fenomenul și legea inducției electromagnetice M. Faraday

regula Lenz

legea Bio Savara Laplace

În 1831, fizicianul englez Michael Faraday a descoperit legea inducției electromagneticeconform căruia o schimbare a fluxului magnetic în circuitul conducător excită un curent electric în acest circuit chiar dacă nu există o sursă de alimentare în circuit. Întrebarea direcției curentului de inducție, lăsată de Faraday, a fost curând decisă de fizicianul rus Emiliy Khristianovici Lenz.

Luați în considerare un circuit conductor conductor închis fără o baterie conectată sau o altă sursă de alimentare în care un magnet este introdus în polul nord. Aceasta va crește fluxul magnetic care trece prin circuit și, în conformitate cu legea lui Faraday, va apărea un curent indus în circuit. La rândul său, acest curent, conform legii Bio-Savart, va genera un câmp magnetic ale cărui proprietăți nu sunt diferite de proprietățile câmpului unui magnet convențional cu poli nord și sud. Lenz a reușit doar să afle că curentul indus va fi direcționat astfel încât polul nord al câmpului magnetic generat de curent să fie orientat spre polul nord al magnetului retractabil. Deoarece există forțe de respingere reciprocă între cei doi poli nordici ai magneților, curentul de inducție indus în circuit va curge în acea direcție, ceea ce va contracara introducerea magnetului în circuit. Și acesta este doar un caz special, iar într-o formulare generalizată, regula Lenz afirmă că curentul de inducție este întotdeauna orientat astfel încât să contracareze cauza rădăcină care a provocat-o.

Regula lui Lenz este folosită astăzi într-un tren cu magnet. Sub partea inferioară a vagonului unui astfel de tren, sunt montați magneți puternici, situați la câțiva centimetri de tabla de oțel (Fig. 3). Când un tren se mișcă, fluxul magnetic care trece prin conturul pânzei se schimbă constant și apar curenți puternici de inducție în el, creând un câmp magnetic puternic care respinge suspensia magnetică a trenului (similar cu modul în care forțele repulsive apar între contur și magnetul din experimentul de mai sus). Această forță este atât de mare încât, obținând o anumită viteză, trenul se desprinde literalmente de tren cu câțiva centimetri și, de fapt, zboară prin aer.

Compoziția levită datorită repulsiei acelorași poli de magneți și, invers, atracției diferiților poli. Creatorii trenului Transrapid (Fig. 1) au aplicat o schemă de suspensie magnetică neașteptată. Nu au folosit repulsia polilor cu același nume, ci atracția contrariului. Agățarea unei sarcini peste un magnet nu este dificilă (acest sistem este stabil), iar sub un magnet este practic imposibil. Dar dacă luați un electromagnet controlat, situația se schimbă. Sistemul de control menține distanța dintre magneți constantă la câțiva milimetri (Fig. 3). Odată cu creșterea decalajului, sistemul crește rezistența curentă a magneților de susținere și astfel „trage” mașina; la scădere, scade puterea curentă, iar decalajul crește. Circuitul prezintă două avantaje majore. Elementele magnetice ale pistelor sunt protejate de intemperii, iar câmpul lor este mult mai slab datorită micului decalaj dintre cale și compoziție; necesită curenți cu o rezistență mult mai mică. Prin urmare, un tren al acestui design este mult mai economic.

Trenul merge înainte motor liniar. Un astfel de motor are un rotor și un stator, întinse în benzi (într-un motor electric convențional sunt pliate în inele). Înfășurările statorului sunt activate pe rând, creând un câmp magnetic rulant. Un stator montat pe o locomotivă este atras în acest câmp și deplasează întregul tren (Fig. 4, 5). . Un element cheie al tehnologiei este schimbarea polilor pe electromagneti prin alimentarea și scoaterea alternativă a curentului cu o frecvență de 4000 de ori pe secundă. Distanța dintre stator și rotor pentru o funcționare fiabilă nu trebuie să depășească cinci milimetri. Acest lucru este dificil de realizat datorită caracteristicilor tuturor tipurilor de monorale, cu excepția drumurilor cu suspensie laterală, construirea de mașini în timpul deplasării, în special la viraje. Prin urmare, este nevoie de o infrastructură ideală de călătorie.

Stabilitatea sistemului este asigurată printr-un control automat al curentului în înfășurările de magnetizare: senzorii măsoară constant distanța de la tren la șină și, în consecință, tensiunea de pe electromagneti se schimbă (Fig. 3). Sisteme de control super rapide pentru a controla diferența dintre drum și tren.

și
Fig. 4. Principiul mișcării trenului pe o suspensie magnetică (tehnologie EMS)

Singura forță de frânare este forța de tracțiune aerodinamică.

Deci, schema de mișcare a trenului pe o suspensie magnetică: electromagnetii portanți sunt instalați sub mașină, iar pe șină există bobine ale unui motor electric liniar. Când interacționează, apare o forță care ridică mașina deasupra drumului și o trage în față. Direcția curentului în înfășurări este în continuă schimbare, schimbând câmpurile magnetice pe măsură ce trenul se mișcă.

Magneții purtători sunt alimentați de baterii de bord (Fig. 4), care sunt reîncărcate la fiecare stație. Curentul motorului electric liniar, care accelerează trenul până la viteza avionului, este furnizat numai în zona în care călătorește trenul (Fig. 6 a). Un câmp magnetic suficient de puternic al compoziției va induce curent în înfășurările de cale, iar acestea, la rândul lor, vor crea un câmp magnetic.

Fig. 6. a Principiul mișcării trenului pe o placă magnetică

Acolo, unde trenul crește viteza sau urcă în sus, energia este furnizată cu mai multă putere. Dacă trebuie să frânați sau să conduceți în direcția opusă, câmpul magnetic schimbă vectorul.

Consultați videoclipurile „ Legea inducției electromagnetice», « Inducție electromagnetică» « Experiența Faraday».

Fig. 6. b Imagini din fragmente video „Legea inducției electromagnetice”, „Inducția electromagnetică” „Experimente Faraday”.

În ciuda faptului că au trecut mai mult de două sute de ani de la crearea primelor locomotive cu aburi, omenirea nu este încă pregătită să renunțe complet la utilizarea combustibilului diesel, a aburului și a energiei electrice ca forță motrice capabilă să miște sarcini grele și pasageri.

Cu toate acestea, după cum înțelegeți voi înșivă, în tot acest timp, inginerii inventatori nu au rămas complet inactivi, iar rezultatul muncii gândurilor lor a fost publicarea unor metode alternative de transport de-a lungul căii ferate.

Istoricul trenurilor de perne electromagnetice

Însăși ideea de a face un tren să călătorească pe o placă magnetică nu este atât de nouă. Pentru prima dată, inventatorii au început să se gândească la crearea unui astfel de material rulant la începutul secolului XX, cu toate acestea, din mai multe motive, implementarea acestui proiect nu a fost posibilă de mult timp.

Abia în 1969, pe teritoriul Republicii Federale Germania de atunci, a început să fabrice un astfel de tren, numit ulterior trenul Muggle, și să pună la cale pista magnetică. Lansarea primului muggle numit Transrapid-02 s-a făcut doi ani mai târziu.

Un fapt interesant este faptul că, în fabricarea Muggle, inginerii germani s-au bazat pe înregistrările făcute de omul de știință german Kemper, care a primit un brevet pentru crearea unui magnetoplan în 1934. Primul Muggle „Tranrapid-02” nu poate fi numit de mare viteză, deoarece s-a dezvoltat cu o viteză de doar 90 km / h. Capacitatea sa era, de asemenea, foarte scăzută: doar patru persoane.

Modelul Muggle ulterior, creat în 1979, Transrapid-05 a găzduit deja până la 68 de pasageri și s-a mutat de-a lungul liniei de pasageri a orașului Hamburg, cu o lungime de 908 m, cu o viteză de 75 km / h.

Transrapid-05

În același timp, pe celălalt capăt al continentului, în Japonia, în același 1979, a fost lansat ML-500 Muggle, capabil de viteze de până la 517 km / h.

Ce este un muggle și care este principiul activității sale?

Maglev (sau pur și simplu un tren pe o placă magnetică) este un tip de transport controlat și condus de forța unui câmp magnetic. În acest caz, Muggle nu atinge calea ferată, ci „levitează” peste ea, deținută de un câmp magnetic creat artificial. În acest caz, frecarea este exclusă, doar tracțiunea aerodinamică acționează ca forță de frânare.

În direcțiile pe distanțe scurte, în viitor, un cârlig poate concura serios cu transportul aerian datorită capacității sale de a dezvolta o viteză foarte mare de mișcare. Astăzi, introducerea pe scară largă a cămărușilor este în mare măsură împiedicată de faptul că acestea nu pot fi utilizate pe căile ferate tradiționale de cale ferată. Maglev se poate deplasa doar pe o linie magnetică special construită, care necesită o investiție foarte mare.

De asemenea, se crede că transportul magnetic este capabil să afecteze negativ corpul șoferilor și a rezidenților din regiuni apropiate rutelor magnetice.

Beneficiile Muggle

Avantajele Muggles includ marea perspectivă de a realiza viteze mari care pot concura chiar și cu avioane cu jet. În plus, muggle este destul de economic din punct de vedere al consumului de energie, al transportului. În plus, practic nu există fricțiuni ale pieselor, ceea ce poate reduce semnificativ nivelul costurilor de exploatare.

Primii pasageri din centrul Tokyo la unul dintre cele mai mari porturi ale Japoniei sunt Nagoya. Va circula pe o linie de 338 de kilometri între stațiile Shinagawa și Nagoya. Viteza medie a primelor trenuri din seria L0 va fi de 507 km / h. În timpul testelor recente, unul dintre ele a accelerat deja până la 500 km / h, fără a compromite confortul și liniștea sufletească a pasagerilor - vizionați videoclipul.

http://youtu.be/KCF3tw-HFdE

Astăzi, pasagerii parcurg această rută pe o linie regulată pe trenurile electrice de mare viteză din seria Shinkansen în nouăzeci și trei de minute. Datorită formei sale caracteristice și vitezei medii de 218 km / h, acest tren a fost denumit „trenul glonț”.

Shinagawa-Nagoya Expressway (imagine: maps.google.com)

Muggle japonez (scurt pentru „levitație magnetică”), a cărui mișcare regulată va începe în 2027, poate merge la fel în patruzeci de minute. În total, fiecare tren va avea între paisprezece și șaisprezece autocare. Pentru distribuirea optimă a masei în ultima căruță, se vor asigura locuri pentru douăzeci și patru de pasageri, iar în toate celelalte mașini - pentru șaizeci și opt.

Însăși ideea de a suspenda transportul într-un câmp magnetic este departe de a fi nouă. Muggle experimentale au apărut la Berlin, Emsland și Birmingham înapoi la mijlocul anilor optzeci ai secolului trecut. Cu toate acestea, în timpul funcționării, chiar și la viteze mici, au apărut multe probleme neprevăzute. Nu a fost posibil să le rezolve atunci din cauza nivelului general de dezvoltare tehnică. Maglevs au o fiabilitate redusă și un nivel scăzut de confort. După diferite perioade, proiectele respective au fost închise. Majoritatea specialiștilor s-au concentrat pe dezvoltarea liniilor de mare viteză pentru trenurile convenționale.

Autostrăzile Shinkansen și trenurile electrice din aceeași serie au servit japonezii de aproape o jumătate de secol. Anul viitor se împlinesc 50 de ani de la deschiderea liniei Tokaido-Shinkansen. Astăzi este considerată cea mai aglomerată din lume, iar pentru dezvoltarea ulterioară a rețelei feroviare este deja necesar ceva fundamental nou.

Astăzi, există două opțiuni principale pentru creșterea capacității căilor ferate: îmbunătățirea caracteristicilor trenurilor existente sau transferul treptat al trenurilor la „levitație magnetică”. Până de curând, prima opțiune părea mai puțin costisitoare.

În Franța, de exemplu, Alstom Transport încearcă să rezolve o problemă similară de mult timp și parțial. Trenurile electrice create în cadrul proiectului Vitesse 150 nu au o pernă magnetică, dar pot concura cu ele.

„Computerra” deja mai devreme, că în primăvara acestui an, unul dintre astfel de trenuri experimentale a accelerat la 574,8 km / h. În echitate, trebuie menționat că, pentru a stabili un record, trenul TGV POS a fost profund modernizat. În comparație cu opțiunile reale utilizate, puterea sa a fost dublată, au rămas doar trei mașini (fără a le număra pe cele motorii), iar golurile dintre ele au fost închise pentru o aerodinamică mai bună.

Acum, astfel de trenuri (deși cu o viteză mult mai mică) circulă regulat de-a lungul liniei europenene LGV Est, care leagă municipalitățile franceze Bodrecourt și Ver-sur-Marne.

Trenurile TGV de a patra generație circulă, de asemenea, între Franța, Germania și Elveția. Designul lor de bază este apropiat de cel tradițional - mașinile sunt montate pe cărucioare cu roți și rulează pe șine. Cu toate acestea, ele își pot atinge potențialul doar pe linii LGV specializate, a căror construcție și întreținere este comparabilă în costuri cu punerea în funcțiune a autostrăzilor pe perne magnetice. Pe traseele obișnuite, șoferii trebuie să se deplaseze cu viteze de până la două sute de kilometri pe oră.

Pe termen lung, trenurile cu perne magnetice arată cel mai atractiv. Deplasându-se pe autostradă într-un câmp magnetic, practic nu apar fricțiuni. Pierderea de energie în timpul mișcării lor se datorează în principal tragerii aerodinamice.

Pentru a minimiza trenul, se dă o formă puternic alungită. Cu o lungime totală a căruciorului de douăzeci și opt de metri, aproximativ cincisprezece dintre ei formează o manta de nas.

Decalajul dintre trenul de pe o pernă magnetică și pânza autostrăzii fluctuează în regiunea de câțiva centimetri. Fluxul de aer care intră creează forță de ridicare suplimentară.

Comparativ cu un tren electric obișnuit care se confruntă cu frecare, o cană poate muta o sarcină din aceeași masă mai repede cu aceeași distanță, cheltuind aproximativ jumătate din cantitatea de energie. Astfel, în ciuda costurilor mari de punere în funcțiune, trenurile pe perne magnetice pot salva statul și pasagerii.

Lipsa de frecare între Muggles pe pânză are un alt plus important - un nivel scăzut de zgomot și vibrații. Suspensiile pneumatice puternice sunt acum instalate pe toate trenurile electrice de mare viteză, compensând rulajul perechilor de roți la trecerea peste rosturile șinei.

Conform calculelor preliminare, Muggles va putea accelera până la cel puțin o mie de kilometri pe oră, ceea ce va schimba complet prioritățile atunci când alegeți o metodă de călătorie. Având în vedere amplasarea stațiilor feroviare și absența unor restricții semnificative la bagaje, cota zborurilor de pasageri va scădea brusc.

Este interesant de menționat că una dintre principalele direcții de dezvoltare a transportului cu perne magnetice a fost ruta dintre marile orașe și aeroporturi. Iată un videoclip filmat de la fereastra unui Shanghai Muggle urmând aeroportul cu o viteză de până la 430 km / h.

Conform planului de dezvoltare a rețelei feroviare japoneze, o linie similară de mare viteză va conecta Tokyo cu Osaka până în 2045. Există perspective bune pentru trenurile maglev L0 japoneze pe piața externă.

În China, o rețea feroviară de mare viteză a început să fie construită în 2007 și astăzi a ajuns deja la statutul de cea mai mare din lume. Acum trenurile de tip clasic care circulă pe el dezvoltă viteze de până la 300 km / h. Dezvoltarea paralelă a autostrăzilor pentru trenurile cu perne magnetice va crește capacitatea rețelei de transport, va asigura o tranziție lină la un nivel mai ridicat și va crea o ofertă bună pentru creșterea viitoare.