แผนผังของรถไฟลอยแม่เหล็ก ยานพาหนะและอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า การเคลื่อนย้ายแม่เหล็ก การบินรถไฟด่วน การพัฒนาในประเทศและต่างประเทศ

Vitaly Sukhov, Alexey Galin

เราขอนำเสนอโครงการซึ่งมีธีมหลักคือ "ยานพาหนะและอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า" เมื่อมีส่วนร่วมในงานนี้เราตระหนักว่าปัญหาที่น่าสนใจที่สุดสำหรับเราคือการเคลื่อนย้ายด้วยแม่เหล็ก

เมื่อเร็ว ๆ นี้อาร์เธอร์คล๊าร์คนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชื่อดังของอังกฤษได้ทำการทำนายอีกครั้ง “ ... เรากำลังจะสร้างยานอวกาศรูปแบบใหม่ที่จะสามารถออกจากโลกได้โดยเสียค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อยโดยการเอาชนะอุปสรรคแรงโน้มถ่วง” เขากล่าว - จากนั้นขีปนาวุธในปัจจุบันจะเป็นอย่างไร ลูกโป่ง ก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง”. การตัดสินนี้ขึ้นอยู่กับอะไร? ต้องหาคำตอบใน ความคิดที่ทันสมัย การสร้างการขนส่งบนเบาะแม่เหล็ก

ดาวน์โหลด:

ตัวอย่าง:

I-st เปิดการประชุมทางวิทยาศาสตร์และภาคปฏิบัติของนักเรียน

"ของฉัน กิจกรรมโครงการ ในวิทยาลัย"

ทิศทางของโครงการทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ:

วิศวกรรมไฟฟ้า

ธีมโครงการ:

ยานพาหนะและอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า การเคลื่อนย้ายแม่เหล็ก

โครงการจัดทำโดย:

Sukhov Vitaly Vladimirovich นักเรียนกลุ่ม 2 ET

Galin Alexey Leonidovich นักเรียนกลุ่ม 2 ET

ชื่อสถาบัน:

GBOU SPO Electromechanical College No. 55

ผู้จัดการโครงการ:

Utenkova Eaterina Sergeevna

มอสโก 2012

บทนำ

Magnetoplane หรือ Maglev

การติดตั้ง Halbach

ข้อสรุป

รายการอ้างอิง

บทนำ

เมื่อเร็ว ๆ นี้อาร์เธอร์คล๊าร์คนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชื่อดังของอังกฤษได้ทำการทำนายอีกครั้ง “ ... เรากำลังจะสร้างยานอวกาศรูปแบบใหม่ที่จะสามารถออกจากโลกได้โดยเสียค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อยโดยการเอาชนะอุปสรรคแรงโน้มถ่วง” เขากล่าว “ แล้วขีปนาวุธวันนี้จะเป็นลูกโป่งอะไรก่อนสงครามโลกครั้งที่ 1” การตัดสินนี้ขึ้นอยู่กับอะไร? ต้องหาคำตอบในแนวคิดสมัยใหม่ของการเคลื่อนย้ายแม่เหล็ก

Magnetoplane หรือ Maglev

Magnetoplane หรือ Maglev (จากการลอยตัวของแม่เหล็กภาษาอังกฤษ) เป็นรถไฟที่มีระบบกันสะเทือนแม่เหล็กขับเคลื่อนและควบคุมโดยกองกำลังแม่เหล็ก รถไฟดังกล่าวไม่เหมือนกับรถไฟทั่วไปที่จะไม่สัมผัสพื้นผิวรางระหว่างการเคลื่อนที่ เนื่องจากมีช่องว่างระหว่างรถไฟและพื้นผิวที่วิ่งแรงเสียดทานจึงถูกกำจัดและแรงเบรกเพียงอย่างเดียวคือแรงลากตามหลักอากาศพลศาสตร์

ความเร็วที่สามารถทำได้โดย maglev นั้นเทียบได้กับความเร็วของเครื่องบินและทำให้สามารถแข่งขันกับบริการทางอากาศในระยะทางสั้น ๆ (สำหรับการบิน) (ไม่เกิน 1,000 กม.) แม้ว่าแนวคิดเรื่องการขนส่งดังกล่าวจะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ข้อ จำกัด ทางเศรษฐกิจและทางเทคนิคก็ไม่อนุญาตให้เปิดเผยออกมาทั้งหมด: สำหรับการใช้งานสาธารณะเทคโนโลยีนี้ถูกรวมไว้เพียงไม่กี่ครั้ง ปัจจุบัน Maglev ไม่สามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานการขนส่งที่มีอยู่ได้แม้ว่าจะมีโครงการที่มีตำแหน่งขององค์ประกอบของถนนแม่เหล็กระหว่างรางของทางรถไฟธรรมดาหรือใต้เตียงถนนก็ตาม

ความจำเป็นในการใช้รถไฟลอยน้ำแม่เหล็ก (MAGLEV) ได้รับการกล่าวถึงมาหลายปีแล้ว แต่ผลของความพยายามที่จะใช้มันทำให้ท้อใจ ข้อเสียที่สำคัญที่สุดของรถไฟ MAGLEV คือลักษณะเฉพาะของการทำงานของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่ารถจะลอยอยู่เหนือราง แม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ได้รับการระบายความร้อนให้อยู่ในสภาวะตัวนำยวดยิ่งจะใช้พลังงานจำนวนมหาศาล เมื่อใช้ตัวนำยิ่งยวดในผืนผ้าใบต้นทุนในการทำความเย็นจะลบล้างข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจและความเป็นไปได้ในการดำเนินโครงการ

อีกทางเลือกหนึ่งคือคำแนะนำโดยนักฟิสิกส์ Richard Post จาก Lawrence Livermore National Laboratory, California สาระสำคัญอยู่ที่การใช้ไม่ใช่แม่เหล็กไฟฟ้า แต่เป็นแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กถาวรที่ใช้ก่อนหน้านี้อ่อนแอเกินกว่าจะยกรถไฟได้และ Post ใช้วิธีการเร่งความเร็วบางส่วนที่พัฒนาโดย Klaus Halbach นักฟิสิกส์วัยเกษียณจาก Lawrence Berkley National Laboratory Halbach เสนอวิธีการจัดเรียงแม่เหล็กถาวรในลักษณะที่จะรวมเขตข้อมูลทั้งหมดในทิศทางเดียว Inductrack - ตามที่ผู้โพสต์เรียกระบบ - ใช้แท่นขุดเจาะ Halbach ที่ติดตั้งไว้ที่ด้านล่างของรถ ตัวเว็บเป็นการวางสายทองแดงหุ้มฉนวนอย่างเป็นระเบียบ

การติดตั้ง Halbach

การติดตั้ง Halbach จะเน้นสนามแม่เหล็ก ณ จุดหนึ่งโดยลดที่จุดอื่น ติดตั้งไว้ที่ด้านล่างของรถจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเพียงพอในขดลวดของรางใต้รถที่กำลังเคลื่อนที่เพื่อยกรถขึ้นไม่กี่เซนติเมตรและทำให้มันคงที่ [รูปที่ 1] เมื่อรถไฟหยุดเอฟเฟกต์การลอยตัวจะหายไปและรถจะลดระดับลงบนแชสซีเพิ่มเติม

รูปที่. 1 การติดตั้ง Halbach

รูปแสดงเตียงทดสอบ 20 เมตรสำหรับทดสอบรถไฟ MAGLEV Inductrack ซึ่งมีขดลวดอุปนัยรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าประมาณ 1,000 ขดลวดแต่ละอันกว้าง 15 ซม. เบื้องหน้า ทดสอบสายการบินและวงจรไฟฟ้า รางอลูมิเนียมตามรางรองรับรถเข็นจนกว่าจะมีการลอยตัวที่มั่นคง การติดตั้ง Halbach ให้: ด้านล่าง - การลอยที่ด้านข้าง - ความมั่นคง

เมื่อรถไฟถึงความเร็ว 1-2 กม. / ชม. แม่เหล็กจะผลิตกระแสไฟฟ้าเพียงพอที่จะลอยรถไฟในขดลวดอุปนัย แรงขับเคลื่อนของรถไฟถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตั้งไว้เป็นระยะ ๆ ตามราง สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระเพื่อมในลักษณะที่ขับไล่การติดตั้ง Halbach ที่ติดตั้งบนรถไฟแล้วเคลื่อนไปข้างหน้า ตามโพสต์ด้วยตำแหน่งที่ถูกต้องของการติดตั้งของ Halbach รถจะไม่เสียการทรงตัวไม่ว่าในสถานการณ์ใด ๆ จนกว่าจะเกิดแผ่นดินไหว จากความสำเร็จของงานสาธิตขนาด 1/20 ของ Post NASA ได้ลงนามในสัญญา 3 ปีกับทีมงานที่ Livermore เพื่อค้นคว้าเพิ่มเติมเกี่ยวกับแนวคิดในการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สันนิษฐานว่าระบบนี้จะถูกใช้เป็นตัวเร่งที่ใช้ซ้ำได้ซึ่งจะเร่งความเร็วของจรวดให้เร็วขึ้นประมาณ Mach 1 ก่อนที่จะเปิดเครื่องยนต์หลักบนมัน

อย่างไรก็ตามแม้จะมีความยากลำบาก แต่โอกาสในการใช้ยานพาหนะลอยแม่เหล็กยังคงเป็นที่ดึงดูด ดังนั้นรัฐบาลญี่ปุ่นจึงเตรียมที่จะกลับมาทำงานในรูปแบบใหม่ของการขนส่งภาคพื้นดินนั่นคือรถไฟลอยแม่เหล็ก ตามการรับรองของวิศวกรรถยนต์ Maglev สามารถครอบคลุมระยะทางระหว่างศูนย์กลางที่มีประชากรมากที่สุดสองแห่งของญี่ปุ่น - โตเกียวและโอซาก้าได้ในเวลาเพียง 1 ชั่วโมง รถไฟด่วนรถไฟความเร็วสูงในปัจจุบันใช้เวลานานกว่า 2.5 เท่าในการดำเนินการนี้

ความลับของความเร็วของ maglev คือรถยนต์ที่ลอยอยู่กลางอากาศด้วยแรงขับไล่แม่เหล็กไฟฟ้าไม่เคลื่อนที่ไปตามราง แต่อยู่เหนือมัน สิ่งนี้ช่วยขจัดความสูญเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้อย่างสิ้นเชิงเมื่อล้อเสียดสีกับราง หลายปีของการทดสอบที่ดำเนินการในจังหวัดยามานาชิในส่วนการทดสอบระยะทาง 18.4 กิโลเมตรได้ยืนยันถึงความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของระบบขนส่งนี้ รถยนต์ที่เคลื่อนที่ในโหมดอัตโนมัติโดยไม่มีผู้โดยสารได้พัฒนาความเร็ว 550 กม. / ชม. จนถึงขณะนี้บันทึกการเดินทางด้วยรถไฟความเร็วสูงเป็นของฝรั่งเศสซึ่งรถไฟ TGV ในปี 1990 เร่งความเร็วเป็น 515 กม. / ชม. ในระหว่างการทดสอบ

ข้อควรพิจารณาในการใช้งานสำหรับยานพาหนะลอยแม่เหล็ก

ชาวญี่ปุ่นยังกังวลเกี่ยวกับปัญหาเศรษฐกิจและเหนือสิ่งอื่นใดคำถามเกี่ยวกับความสามารถในการทำกำไรของสาย Maglev ความเร็วสูงพิเศษ ปัจจุบันผู้คนประมาณ 24 ล้านคนเดินทางระหว่างโตเกียวและโอซาก้าทุกปี 70% ของผู้โดยสารใช้เส้นทางรถไฟความเร็วสูง จากการคำนวณของนักอนาคตวิทยาการปฏิวัติการพัฒนาเครือข่ายการสื่อสารคอมพิวเตอร์จะนำไปสู่การลดลงของปริมาณผู้โดยสารระหว่างศูนย์กลางที่ใหญ่ที่สุดสองแห่งของประเทศอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ความแออัดของสายการขนส่งอาจได้รับผลกระทบจากจำนวนประชากรที่ใช้งานอยู่ในประเทศลดลง

โครงการของรัสเซียในการเปิดรถไฟลอยน้ำแม่เหล็กจากมอสโกว์ไปยังเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กจะไม่ถูกนำมาใช้ในอนาคตอันใกล้หัวหน้าหน่วยงานของรัฐบาลกลางกล่าวในงานแถลงข่าวที่มอสโกเมื่อปลายเดือนกุมภาพันธ์ 2554 การขนส่งทางรถไฟ มิคาอิลอาคูลอฟ อาจมีปัญหากับโครงการนี้เนื่องจากไม่มีประสบการณ์ในการใช้งานรถไฟลอยน้ำแม่เหล็กในสภาพฤดูหนาว Akulov กล่าวว่าโครงการดังกล่าวเสนอโดยกลุ่มนักพัฒนาชาวรัสเซียที่นำประสบการณ์ของจีนมาใช้ ในเวลาเดียวกัน Akulov ตั้งข้อสังเกตว่าแนวคิดในการสร้างทางหลวงความเร็วสูงมอสโก - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเป็นอีกครั้งในปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการเสนอให้รวมการสร้างทางหลวงความเร็วสูงกับการสร้างทางหลวงคู่ขนาน หัวหน้าหน่วยงานกล่าวเพิ่มเติมว่าโครงสร้างทางธุรกิจที่มีประสิทธิภาพจากเอเชียพร้อมที่จะเข้าร่วมในโครงการนี้โดยไม่ต้องระบุว่าโครงสร้างใดที่เป็นปัญหา

ฝึกเทคโนโลยีระบบกันสะเทือนแม่เหล็ก

ในขณะนี้มี 3 เทคโนโลยีหลักสำหรับการระงับแม่เหล็กของรถไฟ:

1. บนแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (ระบบกันสะเทือนไฟฟ้า EDS)

แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด - โซลินอยด์หรือแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขดลวดของวัสดุตัวนำยิ่งยวด ขดลวดตัวนำยิ่งยวดมีความต้านทานเป็นศูนย์โอห์มมิก หากขดลวดดังกล่าวลัดวงจรแสดงว่าเกิดขึ้น ไฟฟ้า ยังคงมีอยู่เกือบจะไม่มีกำหนด

สนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องที่ไหลเวียนผ่านขดลวดของแม่เหล็กตัวนำยวดยิ่งมีความเสถียรและปราศจากการเต้นเป็นจังหวะซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานหลายอย่างในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การคดเคี้ยวของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดจะสูญเสียคุณสมบัติของการนำยิ่งยวดเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิวิกฤต Tk ของตัวนำยิ่งยวดเมื่อถึง Ik กระแสวิกฤตหรือสนามแม่เหล็กวิกฤต Hk ในขดลวด พิจารณาสิ่งนี้สำหรับขดลวดของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ใช้วัสดุที่มีค่าТк, IкและНкสูง

2. บนแม่เหล็กไฟฟ้า (ระบบกันสะเทือนแม่เหล็กไฟฟ้า EMS)

3. บนแม่เหล็กถาวร เป็นระบบใหม่และประหยัดที่สุด

องค์ประกอบลอยขึ้นเนื่องจากแรงผลักของขั้วเดียวกันของแม่เหล็กและในทางกลับกันแรงดึงดูดของขั้วที่แตกต่างกัน การเคลื่อนไหวดำเนินการโดยมอเตอร์เชิงเส้น

มอเตอร์เชิงเส้นเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของระบบแม่เหล็กเปิดอยู่และมีขดลวดที่ใช้งานซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ส่วนอีกตัวทำในรูปแบบของไกด์ที่ให้การเคลื่อนที่เชิงเส้นของส่วนที่เคลื่อนที่ของมอเตอร์

มีการออกแบบมากมายสำหรับมอเตอร์เชิงเส้นในตอนนี้ แต่ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ มอเตอร์ที่มีอัตราเร่งต่ำและมอเตอร์ที่มีอัตราเร่งสูง

เครื่องยนต์ที่มีอัตราเร่งต่ำใช้ในการขนส่งสาธารณะ (maglev, monorail, subway) มอเตอร์ที่มีความเร่งสูงมีความยาวค่อนข้างน้อยและโดยปกติจะใช้เพื่อเร่งความเร็วของวัตถุให้เร็วขึ้นแล้วจึงปล่อย มักใช้สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับการชนกันที่ความเร็วสูงเช่นอาวุธหรือปืนกล ยานอวกาศ... มอเตอร์เชิงเส้นยังใช้กันอย่างแพร่หลายในฟีดไดรฟ์สำหรับเครื่องมือกลและหุ่นยนต์ ตั้งอยู่บนรถไฟหรือบนรางหรือทั้งสองอย่าง ปัญหาในการออกแบบที่ร้ายแรงคือน้ำหนักที่มากของแม่เหล็กที่ทรงพลังเพียงพอเนื่องจากต้องใช้สนามแม่เหล็กที่มีความแรงสูงเพื่อรักษาองค์ประกอบขนาดใหญ่ในอากาศ

ตามทฤษฎีบทของ S. Earnshaw (บางครั้งก็เขียนว่า Earnshaw) สนามไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็กถาวรเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เสถียรซึ่งตรงกันข้ามกับสนามของไดแม็กเน็ต

Diamagnets เป็นสารที่ถูกทำให้แม่เหล็กต่อต้านทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอกที่กระทำต่อพวกมัน ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก diamagnets จะไม่มีโมเมนต์แม่เหล็ก และแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด มีระบบป้องกันการสั่นไหว: เซ็นเซอร์จะวัดระยะทางจากรถไฟไปยังรางอย่างต่อเนื่องและตามแรงดันไฟฟ้าของแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป

คุณสามารถพิจารณาหลักการเคลื่อนที่ของยานพาหนะบนเบาะแม่เหล็กในแผนภาพต่อไปนี้

นี่แสดงให้เห็นหลักการเคลื่อนที่ของยานพาหนะไปข้างหน้าภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก การจัดเรียงของแม่เหล็กทำให้สามารถดึงรถไปข้างหน้าไปยังขั้วตรงข้ามได้ซึ่งจะทำให้โครงสร้างทั้งหมดเคลื่อนที่ได้

การติดตั้งแม่เหล็ก Sami ที่ละเอียดที่สุดแสดงอยู่ในแผนภาพโครงสร้างของระบบกันสะเทือนแม่เหล็กและระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของลูกเรือที่ใช้เครื่องจักรอะซิงโครนัสเชิงเส้น

รูปที่. 1. การออกแบบระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กและระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของรถโดยใช้เครื่องจักรแบบอะซิงโครนัสเชิงเส้น
1 - ตัวเหนี่ยวนำการระงับแม่เหล็ก 2 - องค์ประกอบรอง; 3 - ปก; 4.5 - ฟันและคดเคี้ยวของตัวเหนี่ยวนำช่วงล่าง 6.7 - กรงนำไฟฟ้าและวงจรแม่เหล็กองค์ประกอบรอง 8 - ฐาน; 9 แพลตฟอร์ม; 10 - ร่างกายของลูกเรือ 11, 12 - สปริง; 13 - แดมเปอร์; 14 - บาร์เบล; 15 - บานพับทรงกระบอก; 16 - แบริ่งเลื่อน; 17 - วงเล็บ; 18 - หยุด; 19 - บาร์ ฟอน - ความเร็วสนามแม่เหล็ก: Fn - แรงยก การระงับ: Wb - การเหนี่ยวนำของช่องว่างการทำงานของระบบกันสะเทือน

มะเดื่อ 2. การออกแบบมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นฉุด:
1 - ตัวเหนี่ยวนำแรงดึง 2 - องค์ประกอบรอง; 3 - แกนแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำไดรฟ์ 4 - แผ่นแรงดันของตัวเหนี่ยวนำไดรฟ์ 5 - ฟันของตัวเหนี่ยวนำไดรฟ์ 6 - ขดลวดตัวเหนี่ยวนำของไดรฟ์ 7 - ฐาน

ข้อดีและข้อเสียของการเคลื่อนย้ายแม่เหล็ก

ข้อดี

ตามทฤษฎีแล้วความเร็วสูงสุดที่สามารถหาได้จากรถภาคพื้นดินที่ผลิตจำนวนมาก (ไม่ใช่กีฬา)
เสียงเบา.

ข้อเสีย

ต้นทุนสูงในการสร้างและบำรุงรักษาแทร็ก
น้ำหนักแม่เหล็กการใช้ไฟฟ้า
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากระบบกันสะเทือนแม่เหล็กอาจเป็นอันตรายต่อลูกเรือรถไฟและ / หรือผู้อยู่อาศัยในบริเวณใกล้เคียง แม้แต่หม้อแปลงไฟฟ้าแรงดึงที่ใช้กับรางไฟฟ้ากระแสสลับก็เป็นอันตรายต่อผู้ขับขี่ แต่ในกรณีนี้ความแรงของสนามจะสูงกว่ามาก อาจเป็นไปได้ว่าเส้น Maglev จะไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับผู้ที่ใช้เครื่องกระตุ้นหัวใจ
จำเป็นต้องควบคุมช่องว่างระหว่างถนนและรถไฟ (หลายเซนติเมตร) ด้วยความเร็วสูง (หลายร้อยกม. / ชม.) สิ่งนี้ต้องการระบบควบคุมที่รวดเร็วเป็นพิเศษ
จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานการติดตามที่ซับซ้อน

ตัวอย่างเช่นลูกศรสำหรับแม็กเลฟแสดงถึงสองส่วนของถนนที่วิ่งตามกันขึ้นอยู่กับทิศทางของการเลี้ยว ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่เส้น Maglev จะสร้างเครือข่ายแยกส่วนที่มีส้อมและทางแยกมากขึ้นหรือน้อยลง

การพัฒนารูปแบบใหม่ของการขนส่ง

การสร้างรถไฟไร้ล้อความเร็วสูงบนเบาะแม่เหล็กเกิดขึ้นมานานแล้วโดยเฉพาะในสหภาพโซเวียตตั้งแต่ปี 2517 อย่างไรก็ตามจนถึงขณะนี้ปัญหาของการขนส่งที่มีแนวโน้มดีที่สุดในอนาคตยังคงเปิดกว้างและเป็นกิจกรรมที่กว้างขวางสำหรับ

รูปที่. 2 รถไฟจำลองบนแม่เหล็กลอย

รูปที่ 2 แสดงแบบจำลองของรถไฟลอยแม่เหล็กซึ่งนักพัฒนาตัดสินใจที่จะพลิกระบบกลไกทั้งหมดลง รางรถไฟคือชุดคอนกรีตเสริมเหล็กรองรับระยะห่างที่เท่ากันโดยมีช่องเปิดพิเศษ (หน้าต่าง) สำหรับรถไฟ ไม่มีราง ทำไม? ความจริงก็คือว่าโมเดลคว่ำลงและรถไฟเองก็ทำหน้าที่เป็นรางและล้อที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าติดตั้งอยู่ในหน้าต่างของส่วนรองรับความเร็วในการหมุนซึ่งควบคุมจากระยะไกลโดยคนขับรถไฟ ดังนั้นดูเหมือนว่ารถไฟจะบินผ่านอากาศ ระยะห่างระหว่างส่วนรองรับจะถูกเลือกในลักษณะที่ในแต่ละช่วงเวลาของการเคลื่อนที่รถไฟจะมีอย่างน้อยสองหรือสามส่วนและแคร่หนึ่งตัวมีความยาวมากกว่าหนึ่งช่วง สิ่งนี้ไม่เพียงช่วยให้รถไฟหยุดนิ่ง แต่ในขณะเดียวกันหากล้อใดล้อหนึ่งล้มเหลวในการรองรับใด ๆ การเคลื่อนไหวจะดำเนินต่อไป

ข้อดีของการใช้รุ่นนี้โดยเฉพาะก็เพียงพอแล้ว ประการแรกนี่คือการประหยัดวัสดุประการที่สองน้ำหนักของรถไฟจะลดลงอย่างมาก (ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์หรือล้อ) ประการที่สามรถรุ่นดังกล่าวเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่งและประการที่สี่เพื่อวางรางในเมืองหรือพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น ด้วยภูมิประเทศที่ไม่เรียบง่ายกว่าโหมดการขนส่งมาตรฐานมาก

แต่ก็ไม่สามารถล้มเหลวที่จะกล่าวถึงข้อบกพร่อง ตัวอย่างเช่นหากหนึ่งในการสนับสนุนเบี่ยงเบนไปอย่างมากภายในขอบเขตของแทร็กจะนำไปสู่หายนะ แม้ว่าภัยพิบัติจะเกิดขึ้นได้ภายในกรอบของทางรถไฟทั่วไป อีกประเด็นหนึ่งที่นำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากในต้นทุนของเทคโนโลยีคือภาระทางกายภาพในการรองรับ ตัวอย่างเช่นหางของรถไฟเพียงแค่ปล่อยให้ช่องเปิดบาง ๆ พูดง่ายๆก็ดูเหมือนว่าจะ "ค้าง" และออกแรงหนักในการรองรับครั้งต่อไปในขณะที่จุดศูนย์ถ่วงของรถไฟก็เปลี่ยนไปซึ่งส่งผลต่อการรองรับทั้งหมดโดยทั่วไป สถานการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อหัวของรถไฟออกจากช่องเปิดและ "ค้าง" จนกว่าจะถึงแนวรับถัดไป มันกลายเป็นการแกว่งชนิดหนึ่ง วิธีที่นักออกแบบตั้งใจจะแก้ปัญหานี้ (ด้วยความช่วยเหลือของปีกหลักความเร็วสูงการลดระยะห่างระหว่างส่วนรองรับ ... ) ยังไม่ชัดเจน แต่มีวิธีแก้ไข และปัญหาที่สามคือการเปลี่ยน เนื่องจากนักพัฒนาตัดสินใจว่าความยาวของรถมากกว่าหนึ่งช่วงจึงมีคำถามเกี่ยวกับการเลี้ยว

รูปที่. 3 Yunitskiy การขนส่งสตริงความเร็วสูง

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาของรัสเซียที่เรียกว่า Yunitskiy High-Speed \u200b\u200bString Transport (UST) อีกทางเลือกหนึ่ง ภายในโครงร่างเสนอให้ใช้ราวกั้นแบบอัดแรงที่ยกขึ้นบนฐานรองรับที่ความสูง 5-25 เมตรตามที่โมดูลการขนส่งสี่ล้อเคลื่อนที่ ต้นทุนที่สำคัญของ STU นั้นต่ำกว่ามาก - 600-800,000 เหรียญต่อกิโลเมตรและด้วยโครงสร้างพื้นฐานและหุ้นกลิ้ง - 900-1200,000 เหรียญต่อกม.

รูปที่. 4 ตัวอย่างการขนส่งโมโนเรล

แต่อนาคตอันใกล้นี้ยังคงมีให้เห็นอยู่เบื้องหลังประสิทธิภาพของโมโนเรลตามปกติ ยิ่งไปกว่านั้นภายใต้กรอบของระบบโมโนเรล เทคโนโลยีใหม่ล่าสุด สำหรับระบบขนส่งอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น บริษัท อเมริกัน Taxi 2000 สร้างระบบโมโนเรลของรถแท็กซี่อัตโนมัติ SkyWeb Express ซึ่งสามารถเดินทางได้ทั้งในเมืองและนอกเมือง คุณไม่จำเป็นต้องมีคนขับในรถแท็กซี่เหล่านี้ (เช่นเดียวกับในหนังสือนิยายวิทยาศาสตร์และภาพยนตร์) คุณระบุจุดหมายปลายทางและรถแท็กซี่ก็พาคุณไปที่นั่นโดยสร้างเส้นทางที่ดีที่สุดโดยอิสระ ทุกอย่างปรากฎที่นี่ - ทั้งความปลอดภัยและความถูกต้อง Taxi 2000 ในขณะนี้เป็นโครงการที่สมจริงและเป็นไปได้มากที่สุด

ข้อสรุป

รถไฟลอยน้ำแม่เหล็กถือเป็นหนึ่งในรูปแบบการขนส่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดในอนาคต รถไฟลอยน้ำแม่เหล็กแตกต่างจากรถไฟธรรมดาและรถไฟรางเดี่ยวเนื่องจากไม่มีล้อโดยสิ้นเชิง - เมื่อเคลื่อนที่รถดูเหมือนจะลอยอยู่เหนือรางกว้างหนึ่งอันเนื่องจากการกระทำของแรงแม่เหล็ก เป็นผลให้ความเร็วของรถไฟดังกล่าวสามารถเข้าถึง 400 กม. / ชม. และในบางกรณีการขนส่งดังกล่าวสามารถแทนที่เครื่องบินได้ ขณะนี้มีเพียงโครงการเดียวของถนนแม่เหล็กหรือที่เรียกว่า Transrapid ที่กำลังดำเนินการในทางปฏิบัติในโลก

การพัฒนาและโครงการหลายโครงการมีอายุ 20-30 ปีแล้ว และงานหลักสำหรับผู้สร้างของพวกเขาคือการดึงดูดนักลงทุน ปัญหาของการขนส่งนั้นค่อนข้างมีความสำคัญเนื่องจากบ่อยครั้งที่เราซื้อสินค้าบางอย่างในราคาแพงเนื่องจากใช้จ่ายไปกับการขนส่งเป็นจำนวนมาก ปัญหาที่สองคือนิเวศวิทยาปัญหาที่สามคือความแออัดของเส้นทางคมนาคมซึ่งเพิ่มขึ้นทุกปีและสำหรับการขนส่งบางประเภทหลายสิบเปอร์เซ็นต์

หวังว่าในอนาคตอันใกล้นี้พวกเราจะสามารถนั่งรถโดยสารด้วยเบาะแม่เหล็กได้ เวลาเคลื่อน ...

รายการอ้างอิง

Drozdova T.E. รากฐานทางทฤษฎีของเทคโนโลยีก้าวหน้า - มอสโก: MGOU, 2001 - 212 หน้า
วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุโครงสร้าง / Tyalina L.N. , Fedorova N.V. เกี่ยวกับการสอน... - Tambov: TSTU, 2006 .-- 457 p.
วิธีการปกป้องน่านน้ำภายในจากมลภาวะและการสูญเสีย / ed. I.K. Gavich - M .: UNITI-DANA, 2545. - 287 น.
วิธีการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม / Zhukov A.I. Mongayt I.L. , Rodziller I.D. - M .: Infra-M, 2548 - 338 น.
พื้นฐานของเทคโนโลยีของอุตสาหกรรมที่สำคัญที่สุด / ed. Sidorova I.A. หนังสือเรียนมหาวิทยาลัย. - ม.: มัธยมศึกษาตอนปลาย, 2546. - 396 น.
ระบบเทคโนโลยีของภาคส่วนที่สำคัญที่สุดของเศรษฐกิจของประเทศ / Dvortsin M.D. , Dmitrienko V.V. , Krutikova L.V. , Mashikhina L.G. เกี่ยวกับการสอน - Khabarovsk: KhPI, 2003 .-- 523 หน้า

เทคโนโลยีอยู่ระหว่างการพัฒนา!

รถไฟลอยน้ำแม่เหล็ก - รถไฟเหาะ, แมกนีโตเลนหรือแมกเลฟ - คือรถไฟที่ยึดไว้เหนือพื้นถนนขับเคลื่อนและควบคุมโดยแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

รายละเอียด:

รถไฟที่ลอยตัวด้วยแม่เหล็ก - รถไฟที่บินได้แมกนีโตเพลนหรือแมกเลฟ (มาจากการลอยตัวของแม่เหล็กในภาษาอังกฤษ - "การลอยตัวของแม่เหล็ก") คือรถไฟที่อยู่เหนือพื้นถนนขับเคลื่อนและควบคุมโดยแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

ไม่เหมือนรถไฟรางทั่วไป maglev ไม่สัมผัสพื้นผิวระหว่างการเคลื่อนไหว ทางรถไฟ... ดังนั้นความเร็วของการขนส่งนี้สามารถเทียบได้กับความเร็ว อากาศยาน... ในวันนี้ ความเร็วสูงสุด รถไฟดังกล่าว - 581 กม. / ชม. (ญี่ปุ่น)

ในทางปฏิบัติระบบแม่เหล็กลอยตัวได้ถูกนำมาใช้สองระบบ: ระบบกันสะเทือนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMS) และระบบกันสะเทือนแบบไฟฟ้า (EDS) ระบบอื่น ๆ : ระบบแม่เหล็กถาวรมีอยู่ในทางทฤษฎีเท่านั้นและระบบ RusMaglev อยู่ระหว่างการพัฒนา

รถไฟแขวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMS):

ระบบกันสะเทือนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMS) ช่วยให้รถไฟลอยได้โดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแรงแปรผันตามเวลา ระบบเป็นเส้นทางที่สร้างขึ้นจาก ตัวนำ และระบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่ติดตั้งบนรถไฟ

ข้อดีของระบบนี้:

- สนามแม่เหล็กภายในและภายนอกรถน้อยกว่าระบบ EDS

– เทคโนโลยีที่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและราคาไม่แพง

- ความเร็วสูง (500 กม. / ชม.)

– ไม่จำเป็นต้องมีระบบกันสะเทือนเพิ่มเติม

ข้อเสียของระบบนี้:

– ความไม่เสถียร: จำเป็นต้องมีการตรวจสอบและแก้ไขความผันผวนของสนามแม่เหล็กของแทร็กและองค์ประกอบอย่างต่อเนื่อง

– การปรับให้เข้ากับค่าความคลาดเคลื่อนโดยวิธีภายนอกอาจส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ไม่ต้องการ

Electrodynamic Suspension Train (EDS):

Electrodynamic Suspension System (EDS) สร้างการลอยตัวด้วยสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันในรางรถไฟและสนามที่สร้างโดยแม่เหล็กบนรถไฟ

ข้อดีของระบบนี้:

- การพัฒนาความเร็วสูงพิเศษ (603 กม. / ชม.) และความสามารถในการทนต่องานหนัก

ข้อเสียของระบบนี้:

– ไม่สามารถลอยตัวด้วยความเร็วต่ำจำเป็นต้องใช้ความเร็วสูงเพื่อให้มีแรงผลักดันเพียงพออย่างน้อยที่สุดที่จะรับน้ำหนักรถไฟ (ดังนั้นรถไฟดังกล่าวจึงใช้ล้อ)

– การแผ่รังสีแม่เหล็กแรงสูงเป็นอันตรายและไม่ปลอดภัยสำหรับผู้โดยสารที่มีสุขภาพไม่ดีและเครื่องกระตุ้นหัวใจสำหรับผู้ให้บริการข้อมูลแม่เหล็ก

Inductrack แม่เหล็กถาวรรถไฟระบบลอยแม่เหล็ก:

ปัจจุบันระบบแม่เหล็กถาวร Inductrack ซึ่งเป็นระบบ EDS ประเภทหนึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการนำไปใช้งาน

ข้อดีของระบบนี้:

- อาจเป็นระบบที่ประหยัดที่สุด

– พลังงานต่ำเพื่อเปิดใช้งานแม่เหล็ก

- สนามแม่เหล็กถูกแปลไว้ด้านล่างรถ

– สนามการลอยตัวถูกสร้างขึ้นแล้วด้วยความเร็ว 5 กม. / ชม.

- ในกรณีที่ไฟฟ้าดับรถจะหยุดอย่างปลอดภัย

– แม่เหล็กถาวรจำนวนมากสามารถมีประสิทธิภาพมากกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

ข้อเสียของระบบนี้:

– ต้องใช้ล้อหรือส่วนรางพิเศษเพื่อรองรับรถไฟเมื่อหยุด

ระบบ RusMaglev:

RusMaglev levitation เป็นการพัฒนาของรัสเซีย การลอยตัวถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวร (นีโอดิเมียม - เหล็ก - โบรอน) บนรถไฟ รางทำจากอลูมิเนียม ระบบไม่จำเป็นต้องจ่ายไฟฟ้าอย่างแน่นอน

ข้อดีของระบบนี้:

- ประหยัดกว่าทางหลวงความเร็วสูง

– ไม่ต้องใช้ไฟฟ้า

- ความเร็วสูง - มากกว่า 400 กม. / ชม.

– รถไฟลอยด้วยความเร็วเป็นศูนย์

- การขนส่งสินค้าถูกกว่าการขนส่งสินค้าทางรถไฟที่มีอยู่ 2 เท่า

หมายเหตุ: ©รูปภาพ https://www.pexels.com

ซูมงานนำเสนอ:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. วัตถุประสงค์

รถไฟลอยแม่เหล็ก หรือ maglev (จากการลอยตัวของแม่เหล็กในภาษาอังกฤษคือ "maglev" - magnetoplane) เป็นรถไฟบนระบบกันสะเทือนแม่เหล็กขับเคลื่อนและควบคุมโดยกองกำลังแม่เหล็กซึ่งออกแบบมาเพื่อขนส่งคน (รูปที่ 1) ปฏิบัติต่อเทคนิคการขนส่งผู้โดยสาร ไม่เหมือนรถไฟทั่วไปคือไม่สัมผัสพื้นผิวรางระหว่างการเคลื่อนที่

2. ชิ้นส่วนหลัก (อุปกรณ์) และวัตถุประสงค์

มีโซลูชันทางเทคโนโลยีมากมายในการพัฒนารูปแบบนี้ (ดูข้อ 6) พิจารณาหลักการทำงานของเบาะแม่เหล็กของรถไฟ "Transrapid" บนแม่เหล็กไฟฟ้า ( ระบบกันสะเทือนแม่เหล็กไฟฟ้า EMS) (รูปที่ 2)

แม่เหล็กไฟฟ้าควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ (1) ติดอยู่กับ "กระโปรง" โลหะของรถแต่ละคัน พวกมันโต้ตอบกับแม่เหล็กที่ด้านล่างของรางพิเศษ (2) ทำให้รถไฟลอยอยู่เหนือราง แม่เหล็กอื่น ๆ ให้การจัดตำแหน่งด้านข้าง วางขดลวด (3) ตามรางซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กที่ขับเคลื่อนรถไฟ (มอเตอร์เชิงเส้น)

3. หลักการทำงาน

หลักการทำงานของรถไฟบนระบบกันสะเทือนแม่เหล็กเป็นไปตามปรากฏการณ์ทางกายภาพและกฎหมายดังต่อไปนี้:

ปรากฏการณ์และกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดย M. Faraday

กฎ Lenz

กฎหมาย Bio-Savart-Laplace

ในปีพ. ศ. 2374 Michael Faraday นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ค้นพบ กฎหมายการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า, ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายในวงจรนำไฟฟ้าจะกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในวงจรนี้แม้ว่าจะไม่มีแหล่งพลังงานในวงจรก็ตาม... คำถามเกี่ยวกับทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำซึ่งฟาราเดย์เปิดทิ้งไว้ได้รับการตัดสินใจโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Emiliy Khristianovich Lenz ในไม่ช้า

พิจารณาวงจรนำกระแสไฟฟ้าแบบวงกลมปิดโดยไม่ต้องเชื่อมต่อแบตเตอรี่หรือแหล่งพลังงานอื่นซึ่งแม่เหล็กจะถูกนำมาใช้กับขั้วเหนือ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านวงจรและตามกฎของฟาราเดย์กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏในวงจร ในทางกลับกันกระแสนี้ตามกฎของไบโอซาวาร์ตจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กซึ่งคุณสมบัติไม่ต่างจากคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กธรรมดาที่มีขั้วเหนือและใต้ Lenz เพิ่งค้นพบว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะถูกนำไปในลักษณะที่ขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสจะมุ่งไปที่ขั้วเหนือของแม่เหล็กที่ใส่เข้าไป เนื่องจากแรงผลักซึ่งกันและกันกระทำระหว่างขั้วเหนือทั้งสองของแม่เหล็กกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เหนี่ยวนำในวงจรจะไหลไปในทิศทางที่ตรงกันซึ่งจะต่อต้านการนำแม่เหล็กเข้าสู่วงจร และนี่เป็นเพียงกรณีพิเศษและในการกำหนดสูตรทั่วไปกฎของ Lenz ระบุว่ากระแสเหนี่ยวนำจะถูกนำไปใช้เสมอเพื่อต่อต้านสาเหตุที่แท้จริงที่ทำให้เกิด

กฎของ Lenz ใช้กับรถไฟลอยแม่เหล็กในปัจจุบัน ใต้ส่วนล่างของแคร่ของรถไฟดังกล่าวติดตั้งแม่เหล็กทรงพลังไว้ห่างจากแผ่นเหล็กไม่กี่เซนติเมตร (รูปที่ 3) เมื่อรถไฟเคลื่อนที่ฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านรูปร่างของแทร็กจะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและกระแสเหนี่ยวนำที่รุนแรงจะเกิดขึ้นในนั้นสร้างสนามแม่เหล็กอันทรงพลังที่ขับไล่การระงับแม่เหล็กของรถไฟ (คล้ายกับแรงผลักระหว่างรูปร่างและแม่เหล็กในการทดลองข้างต้น) พลังนี้ยิ่งใหญ่มากจนเมื่อได้รับความเร็วขึ้นรถไฟก็แตกออกจากรางไปหลายเซนติเมตรและในความเป็นจริงมันบินผ่านอากาศ

องค์ประกอบลอยขึ้นเนื่องจากแรงผลักของขั้วเดียวกันของแม่เหล็กและในทางกลับกันแรงดึงดูดของขั้วที่แตกต่างกัน ผู้สร้างรถไฟ Transrapid (รูปที่ 1) ใช้โครงร่างการระงับแม่เหล็กที่ไม่คาดคิด พวกเขาไม่ใช้การขับไล่เสาที่มีชื่อเดียวกัน แต่เป็นแรงดึงดูดของขั้วตรงข้าม การแขวนสิ่งของบนแม่เหล็กเป็นเรื่องง่าย (ระบบนี้มีความเสถียร) แต่ภายใต้แม่เหล็กแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย แต่ถ้าคุณใช้แม่เหล็กไฟฟ้าควบคุมสถานการณ์ก็เปลี่ยนไป ระบบควบคุมจะรักษาขนาดของช่องว่างระหว่างแม่เหล็กให้คงที่ไม่กี่มิลลิเมตร (รูปที่ 3) เมื่อช่องว่างเพิ่มขึ้นระบบจะเพิ่มกระแสในแม่เหล็กที่บรรทุกและทำให้รถ "ดึงขึ้น" เมื่อลดลงจะลดแอมแปร์และช่องว่างจะเพิ่มขึ้น โครงการนี้มีข้อดีสองประการ องค์ประกอบแม่เหล็กติดตามได้รับการปกป้องจากอิทธิพลของสภาพอากาศและสนามของพวกมันจะอ่อนแอลงอย่างมากเนื่องจากช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างแทร็กกับรถไฟ มันต้องการกระแสที่มีความแรงน้อยกว่ามาก ดังนั้นรถไฟรุ่นนี้จึงประหยัดกว่ามาก

การเคลื่อนตัวของรถไฟไปข้างหน้าดำเนินไป มอเตอร์เชิงเส้น... มอเตอร์ดังกล่าวมีโรเตอร์และสเตเตอร์ที่ยืดออกเป็นเส้น ๆ (ในมอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปจะม้วนเป็นวงแหวน) ขดลวดสเตเตอร์จะเปิดสลับกันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ สเตเตอร์ที่ติดตั้งอยู่บนหัวรถจักรถูกดึงเข้ามาในช่องนี้และเคลื่อนขบวนทั้งหมด (รูปที่ 4, 5) ... องค์ประกอบสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการเปลี่ยนขั้วบนแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าสลับกันที่ความถี่ 4000 ครั้งต่อวินาที ช่องว่างระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ไม่ควรเกินห้ามิลลิเมตรเพื่อให้ได้การทำงานที่เชื่อถือได้ นี่เป็นเรื่องยากที่จะประสบความสำเร็จเนื่องจากการโยกตัวของรถในขณะขับขี่โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเข้าโค้งโดยธรรมชาติแล้วในถนนโมโนเรลทุกประเภทยกเว้นถนนที่มีระบบกันสะเทือนด้านข้าง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานในการติดตามที่เหมาะสม

ความเสถียรของระบบได้รับการรับรองโดยการควบคุมกระแสไฟฟ้าในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ: เซ็นเซอร์จะวัดระยะทางจากรถไฟไปยังรางอย่างต่อเนื่องและด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้าของแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเปลี่ยนไป (รูปที่ 3) ระบบควบคุมที่รวดเร็วเป็นพิเศษจะควบคุมระยะห่างระหว่างถนนและรถไฟ

และ

รูปที่. 4. หลักการเคลื่อนที่ของรถไฟบนระบบกันสะเทือนแม่เหล็ก (เทคโนโลยี EMS)

แรงเบรคอย่างเดียวคือแรงลาก

ดังนั้นแผนภาพการเคลื่อนที่ของรถไฟบนระบบกันสะเทือนแม่เหล็ก: แม่เหล็กไฟฟ้าของแบริ่งถูกติดตั้งไว้ใต้รถและติดตั้งขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นบนราง เมื่อพวกเขาโต้ตอบแรงที่เกิดขึ้นจะยกรถขึ้นเหนือถนนและดึงไปข้างหน้า ทิศทางของกระแสในขดลวดมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาสลับสนามแม่เหล็กขณะที่รถไฟเคลื่อนที่

แม่เหล็กพาหะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ออนบอร์ด (รูปที่ 4) ซึ่งจะชาร์จใหม่ในแต่ละสถานี กระแสไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้นซึ่งเร่งความเร็วของรถไฟให้อยู่ในระดับเครื่องบินจะให้เฉพาะในส่วนที่รถไฟกำลังเดินทางเท่านั้น (รูปที่ 6 ก) สนามแม่เหล็กที่แรงเพียงพอขององค์ประกอบจะทำให้เกิดกระแสในขดลวดแทร็กและสิ่งเหล่านี้จะสร้างสนามแม่เหล็ก

รูปที่. 6. หลักการเคลื่อนที่ของรถไฟบนการลอยตัวของแม่เหล็ก

ในกรณีที่รถไฟเร่งความเร็วหรือขึ้นเนินพลังงานจะถูกส่งไปด้วยกำลังมากขึ้น หากคุณจำเป็นต้องเบรกหรือไปในทิศทางตรงกันข้ามสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนเวกเตอร์

ดูคลิปวิดีโอ“ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า», « การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า» « การทดลองของฟาราเดย์».

รูปที่. 6. b เฟรมจากคลิปวิดีโอ "กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า" "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า" "การทดลองของฟาราเดย์"

แม้ว่าความจริงจะผ่านไปกว่าสองร้อยปีแล้วนับตั้งแต่มีการสร้างหัวรถจักรไอน้ำเครื่องแรก แต่มนุษยชาติก็ยังไม่พร้อมที่จะละทิ้งการใช้น้ำมันดีเซลไอน้ำและไฟฟ้าโดยสิ้นเชิงเป็นพลังขับเคลื่อนที่สามารถเคลื่อนย้ายสิ่งของที่มีน้ำหนักมากและผู้โดยสารได้

อย่างไรก็ตามอย่างที่คุณเข้าใจเองตลอดเวลาที่วิศวกรนักประดิษฐ์ไม่ได้อยู่ในการใช้งานโดยสิ้นเชิงและผลของการทำงานในความคิดของพวกเขาคือการตีพิมพ์วิธีการขนส่งทางเลือกบนเตียงรถไฟ

ประวัติความเป็นมาของการเกิดรถไฟบนเบาะแม่เหล็กไฟฟ้า

ความคิดที่จะทำให้รถไฟเคลื่อนที่ด้วยแม่เหล็กลอยน้ำนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ เป็นครั้งแรกที่นักประดิษฐ์เริ่มคิดเกี่ยวกับการสร้างหุ้นกลิ้งดังกล่าวเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 อย่างไรก็ตามด้วยเหตุผลหลายประการการดำเนินโครงการนี้จึงไม่สามารถดำเนินการได้เป็นเวลานาน

ภายในปี 1969 ในดินแดนของสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนีในตอนนั้นพวกเขาเริ่มผลิตรถไฟที่คล้ายกันซึ่งต่อมาเรียกว่า maglev และวางรางแม่เหล็ก การเปิดตัว maglev ครั้งแรกภายใต้ชื่อ "Transrapid-02" เกิดขึ้นในสองปีต่อมา

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือเมื่อสร้าง maglev วิศวกรชาวเยอรมันต้องอาศัยบันทึกของนักวิทยาศาสตร์ Hermann Kemper ซึ่งได้รับสิทธิบัตรในการสร้างแมกนีโตเพลนในปีพ. ศ. 2477 Maglev "Tranrapid-02" รุ่นแรกไม่สามารถเรียกได้ว่ามีความเร็วสูงเนื่องจากพัฒนาได้ถึง 90 กม. / ชม. เท่านั้น ความจุก็ต่ำมากมีเพียงสี่คน

รุ่นต่อมาของ Maglev ซึ่งสร้างขึ้นในปี 1979 "Transrapid-05" รองรับผู้โดยสารได้มากถึง 68 คนแล้วและเคลื่อนตัวไปตามแนวโดยสารของเมืองฮัมบูร์กซึ่งมีความยาว 908 ม. ด้วยความเร็ว 75 กม. / ชม.

Transrapid-05

ในทางคู่ขนานในอีกด้านหนึ่งของทวีปในญี่ปุ่นในปีพ. ศ. 2522 ได้เปิดตัว Maglev รุ่น ML-500 ซึ่งสามารถทำความเร็วได้สูงถึง 517 กม. / ชม.

Maglev คืออะไรและทำงานอย่างไร?

Maglev (หรือเพียงแค่รถไฟลอยแม่เหล็ก) เป็นรูปแบบของการขนส่งที่ควบคุมและขับเคลื่อนโดยแรงของสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้แม็กเลฟไม่ได้สัมผัสรางรถไฟ แต่จะ "ลอย" อยู่เหนือรางแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยเทียม ในกรณีนี้จะไม่รวมแรงเสียดทานมีเพียงความต้านทานอากาศพลศาสตร์เท่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นแรงเบรก

ในเส้นทางระยะสั้นในอนาคต maglev อาจกลายเป็นการแข่งขันที่รุนแรง การขนส่งทางอากาศ เนื่องจากความสามารถในการพัฒนาความเร็วในการเคลื่อนที่ที่สูงมาก วันนี้การเปิดตัว maglevs อย่างแพร่หลายส่วนใหญ่ถูกขัดขวางโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาไม่สามารถใช้กับพื้นผิวทางรถไฟสายหลักแบบดั้งเดิมได้ Maglev สามารถเดินทางบนทางหลวงแม่เหล็กที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษเท่านั้นซึ่งต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก

เป็นที่เชื่อกันว่าการเคลื่อนย้ายแม่เหล็กอาจส่งผลเสียต่อร่างกายของผู้ขับขี่และผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ใกล้เคียงกับรางแม่เหล็ก

ข้อดีของ Maglev

ข้อดีของ Maglev รวมถึงโอกาสมากมายในการบรรลุเป้าหมาย ความเร็วสูงสามารถแข่งขันได้ด้วย เครื่องบินเจ็ท... นอกจากนี้ Maglev ยังค่อนข้างประหยัดในแง่ของการใช้ไฟฟ้าการขนส่ง นอกจากนี้ในทางปฏิบัติไม่มีแรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนซึ่งสามารถลดระดับต้นทุนการดำเนินงานได้อย่างมาก

ผู้โดยสารกลุ่มแรกจากใจกลางกรุงโตเกียวไปยังท่าเรือที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งในญี่ปุ่น - เมืองนาโกย่า โดยจะให้บริการบนเส้นทาง 338 กิโลเมตรระหว่างสถานีชินากาวะและนาโกย่า ความเร็วเฉลี่ยของรถไฟขบวนแรกของซีรีส์ L0 คือ 507 กม. / ชม. ในระหว่างการทดสอบล่าสุดหนึ่งในนั้นได้เร่งความเร็วไปแล้วถึง 500 กม. / ชม. โดยไม่กระทบต่อความสะดวกสบายและความเงียบสงบของผู้โดยสาร - ดูวิดีโอ

http://youtu.be/KCF3tw-HFdE

วันนี้ผู้โดยสารเดินทางเส้นทางนี้ด้วยเส้นทางรถไฟปกติบนรถไฟฟ้าความเร็วสูงของชินคันเซ็นซีรีส์ในเก้าสิบสามนาที เนื่องจากรูปร่างลักษณะและความเร็วเฉลี่ย 218 กม. / ชม. รถไฟจึงถูกเรียกว่า "รถไฟหัวกระสุน"

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

Maglev ของญี่ปุ่น (ย่อมาจาก "การลอยตัวของแม่เหล็ก") ซึ่งเริ่มเคลื่อนไหวอย่างสม่ำเสมอในปี 2570 จะสามารถเดินทางไปตามเส้นทางเดียวกันได้ภายในสี่สิบนาที โดยรวมแล้วแต่ละขบวนจะมีตั้งแต่สิบสี่ถึงสิบหกคัน เพื่อการกระจายน้ำหนักที่เหมาะสมรถขบวนสุดท้ายจะมีที่นั่งสำหรับผู้โดยสารยี่สิบสี่คนและรถยนต์อื่น ๆ ทั้งหมดสำหรับหกสิบแปด

แนวคิดในการระงับการขนส่งในสนามแม่เหล็กนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ Maglevs ทดลองปรากฏตัวในเบอร์ลิน Emsland และเบอร์มิงแฮมในช่วงกลางทศวรรษที่แปดสิบของศตวรรษที่แล้ว อย่างไรก็ตามในระหว่างการใช้งานแม้ในความเร็วต่ำปัญหาที่คาดไม่ถึงมากมายก็เกิดขึ้น ไม่สามารถแก้ปัญหาได้เนื่องจากการพัฒนาทางเทคนิคในระดับทั่วไป Maglevs มีความน่าเชื่อถือต่ำและความสะดวกสบายในระดับต่ำ ต่อมา เวลาที่แตกต่างกัน โครงการที่เกี่ยวข้องถูกปิด ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาสายความเร็วสูงสำหรับรถไฟทั่วไป

ทางด่วนชินคันเซ็นและรถไฟฟ้าที่มีชื่อเดียวกันให้บริการชาวญี่ปุ่นมาเกือบครึ่งศตวรรษแล้ว ปีหน้าเป็นปีครบรอบ 50 ปีของการเปิดให้บริการรถไฟสาย Tokaido Shinkansen ปัจจุบันถือได้ว่าเป็นเมืองที่พลุกพล่านที่สุดในโลกและสิ่งใหม่ ๆ ที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาเครือข่ายทางรถไฟต่อไป

วันนี้มีสองทางเลือกหลักในการเพิ่มปริมาณงานทางรถไฟ ได้แก่ การปรับปรุงลักษณะของรถไฟฟ้า ประเภทที่มีอยู่ หรือการแปลทีละน้อย รถไฟ เป็น "แม่เหล็กลอย" จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ตัวเลือกแรกดูเหมือนมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า

ตัวอย่างเช่นในฝรั่งเศส Alstom Transport พยายามแก้ไขปัญหาที่คล้ายกันมานานและประสบความสำเร็จบางส่วน รถไฟฟ้าที่สร้างขึ้นภายใต้กรอบของโครงการ Vitesse 150 ทำโดยไม่มีเบาะแม่เหล็ก แต่อาจแข่งขันกับพวกเขาได้ดี

"Computerra" ไปแล้วก่อนหน้านี้ว่าในฤดูใบไม้ผลิของปีนี้รถไฟทดลองขบวนหนึ่งเร่งความเร็วขึ้นเป็น 574.8 กม. / ชม. เพื่อความเป็นธรรมควรสังเกตว่ารถไฟ TGV POS ได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยเพื่อสร้างสถิติ เมื่อเทียบกับตัวเลือกที่ใช้งานจริงแล้วกำลังของมันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเหลือเพียงสามคัน (ไม่นับรถยนต์) และปิดช่องว่างระหว่างพวกมันเพื่ออากาศพลศาสตร์ที่ดีขึ้น

ตอนนี้รถไฟดังกล่าว (แม้ว่าจะด้วยความเร็วที่ช้ากว่ามาก) วิ่งเป็นประจำบนสาย LGV Est europeenne ซึ่งเชื่อมต่อกับเขตเทศบาลเมือง Bodrecourt และ Ver-sur-Marne ของฝรั่งเศส

รถไฟ TGV รุ่นที่สี่วิ่งระหว่างฝรั่งเศสเยอรมนีและสวิตเซอร์แลนด์ การออกแบบพื้นฐานของพวกเขาใกล้เคียงกับแบบดั้งเดิม - รถยนต์ติดตั้งอยู่บนโบกี้ติดล้อและหมุนบนราง อย่างไรก็ตามพวกเขาสามารถปลดปล่อยศักยภาพของพวกเขาได้เฉพาะในสาย LGV เฉพาะการก่อสร้างและการบำรุงรักษาซึ่งเทียบได้กับค่าใช้จ่ายในการว่าจ้างสายลอยแม่เหล็ก บนรางธรรมดาช่างเครื่องต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึงสองร้อยกิโลเมตรต่อชั่วโมง

ในระยะยาวมันเป็นรถไฟลอยแม่เหล็กที่ดูน่าสนใจที่สุด เมื่อเคลื่อนที่ผ่านทางหลวงในสนามแม่เหล็กพวกเขาแทบจะไม่พบแรงเสียดทาน การสูญเสียพลังงานระหว่างการเคลื่อนไหวส่วนใหญ่เกิดจากการลากตามหลักอากาศพลศาสตร์

เพื่อย่อให้เล็กที่สุดรถไฟจะได้รับรูปร่างที่ยาวมาก ด้วยความยาวรวมของแคร่ส่วนหัวยี่สิบแปดเมตรประมาณสิบห้าตัวจึงเป็นส่วนท้ายของช่องใส่ธนู

ขนาดของช่องว่างระหว่างรถไฟลอยแม่เหล็กและรางรถไฟมีความผันผวนหลายเซนติเมตร การไหลของอากาศที่ตกกระทบทำให้เกิดการยกเพิ่มเติม

เมื่อเทียบกับรถไฟฟ้าทั่วไปที่มีแรงเสียดทานของล้อแม็กเลฟสามารถเคลื่อนย้ายมวลเดียวกันในระยะทางเดียวกันได้เร็วขึ้นโดยใช้พลังงานประมาณครึ่งหนึ่ง ดังนั้นแม้จะมีค่าใช้จ่ายในการว่าจ้างสูง แต่รถไฟลอยแม่เหล็กก็ช่วยรัฐและผู้โดยสารได้

การขาดแรงเสียดทานของ Maglev บนผืนผ้าใบมีข้อดีอีกอย่างที่สำคัญคือระดับเสียงและการสั่นสะเทือนต่ำ ตอนนี้รถไฟฟ้าความเร็วสูงทั้งหมดได้รับการติดตั้งระบบกันสะเทือนแบบนิวเมติกที่มีประสิทธิภาพซึ่งจะชดเชยการวิ่งของชุดล้อเมื่อผ่านข้อต่อราง

จากการคำนวณเบื้องต้นเมื่อเวลาผ่านไป Maglev จะสามารถเร่งความเร็วได้อย่างน้อยหนึ่งพันกิโลเมตรต่อชั่วโมงซึ่งจะเปลี่ยนลำดับความสำคัญอย่างสมบูรณ์เมื่อเลือกวิธีการเดินทาง เมื่อคำนึงถึงที่ตั้งของสถานีรถไฟและการไม่มีข้อ จำกัด ที่สำคัญในการขนส่งกระเป๋าส่วนแบ่งการเดินทางทางอากาศของผู้โดยสารจะลดลงอย่างรวดเร็วในอนาคต

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าหนึ่งในทิศทางหลักในการพัฒนาการขนส่งด้วยแม่เหล็กคือเส้นทางระหว่างเมืองใหญ่และสนามบิน นี่คือวิดีโอที่ถ่ายจากหน้าต่าง Shanghai maglev ที่มุ่งหน้าไปยังสนามบินด้วยความเร็วสูงถึง 430 กม. / ชม.

ตามแผนการพัฒนาเครือข่ายรถไฟของญี่ปุ่นสายความเร็วสูงที่คล้ายกันจะเชื่อมต่อโตเกียวกับโอซาก้าภายในปี 2588 มีแนวโน้มที่ดีสำหรับรถไฟ Maglev L0 ของญี่ปุ่นในตลาดต่างประเทศ

ในประเทศจีนเครือข่ายรถไฟความเร็วสูงเริ่มสร้างขึ้นในปี 2550 และปัจจุบันได้ก้าวสู่สถานะที่ใหญ่ที่สุดในโลกแล้ว ตอนนี้รถไฟประเภทคลาสสิกวิ่งไปด้วยความเร็วสูงถึง 300 กม. / ชม. การพัฒนาแบบคู่ขนานของรถไฟลอยแม่เหล็กจะช่วยเพิ่มขีดความสามารถของเครือข่ายการขนส่งให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงไปสู่ระดับที่สูงขึ้นจะเป็นไปอย่างราบรื่นและสร้างพื้นที่ส่วนหัวที่ดีสำหรับการเติบโตในอนาคต