Vai maglev vilcieni ir nākotnes transports? Kā darbojas maglev vilciens?

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Jau vairāk nekā divi simti gadu ir pagājuši kopš brīža, kad cilvēce izgudroja pirmās tvaika lokomotīves. Tomēr sauszemes dzelzceļa transports, kas pārvadā pasažierus un smagas kravas, izmantojot elektroenerģiju un dīzeļdegvielu, joprojām ir ļoti izplatīts.

Ir vērts teikt, ka visus šos gadus inženieri un izgudrotāji ir aktīvi strādājuši, lai radītu alternatīvus pārvietošanās veidus. Viņu darba rezultāts bija vilcieni uz magnētiskiem spilveniem.

Izskata vēsture

Pati ideja par vilcienu izveidi uz magnētiskiem spilveniem tika aktīvi attīstīta divdesmitā gadsimta sākumā. Taču realizēt šo projektu tolaik nebija iespējams vairāku iemeslu dēļ. Šādu vilcienu sāka ražot tikai 1969. gadā. Toreiz Vācijas Federatīvās Republikas teritorijā tika ieklāts magnētiskais sliežu ceļš, pa kuru bija jāpabrauc jaunam transportlīdzeklim, ko vēlāk nosauca par maglev vilcienu. Tas tika palaists 1971. gadā. Pirmais maglev vilciens, ko sauca Transrapid-02, brauca pa magnētisko sliežu ceļu.

Interesants fakts ir tas, ka vācu inženieri izgatavoja alternatīvu transportlīdzekli, pamatojoties uz zinātnieka Hermaņa Kempera atstātajiem ierakstiem, kurš 1934. gadā saņēma patentu, kas apstiprina magnētiskās plaknes izgudrojumu.

"Transrapid-02" diez vai var saukt par ļoti ātru. Viņš varēja pārvietoties ar maksimālo ātrumu 90 kilometri stundā. Arī tā ietilpība bija zema - tikai četri cilvēki.

1979. gadā tika izveidots modernāks maglev modelis. Šis vilciens ar nosaukumu "Transrapid-05" varēja pārvadāt jau sešdesmit astoņus pasažierus. Viņš pārvietojās pa līniju, kas atrodas Hamburgas pilsētā, kuras garums bija 908 metri. Maksimālais ātrums, ko šis vilciens attīstīja, bija septiņdesmit pieci kilometri stundā.

Tajā pašā 1979. gadā Japānā tika izlaists cits maglev modelis. Viņu sauca par "ML-500". Japāņu vilciens uz magnētiskā spilvena attīstīja ātrumu līdz piecsimt septiņpadsmit kilometriem stundā.

Konkurētspēja

Ātrumu, ko var attīstīt magnētiskā spilvena vilcieni, var salīdzināt ar lidmašīnu ātrumu. Šajā sakarā šāda veida transports var kļūt par nopietnu konkurentu tiem gaisa maršrutiem, kas darbojas līdz pat tūkstoš kilometru attālumā. Maglevu plašo izmantošanu kavē tas, ka tie nevar pārvietoties pa tradicionālajiem dzelzceļa segumiem. Vilcieniem uz magnētiskajiem spilveniem ir jābūvē īpašas maģistrāles. Un tas prasa lielu kapitāla ieguldījumu. Tāpat tiek uzskatīts, ka magleviem radītais magnētiskais lauks var negatīvi ietekmētcilvēka ķermeni, kas negatīvi ietekmēs autovadītāja un šāda maršruta tuvumā esošo reģionu iedzīvotāju veselību.

Darba princips

Magnētiskā spilvena vilcieni ir īpašs transporta veids. Kustības laikā maglev, šķiet, lidinās virs dzelzceļa sliedēm, tai nepieskaroties. Tas ir saistīts ar faktu, ka transportlīdzekli kontrolē mākslīgi radīta magnētiskā lauka spēks. Maglev kustības laikā nav berzes. Bremzēšanas spēks ir aerodinamiskā pretestība.

Kā tas darbojas? Katrs no mums zina par magnētu pamatīpašībām no sestās klases fizikas stundām. Ja divi magnēti ir savienoti kopā ar to ziemeļpoliem, tie atgrūdīs viens otru. Tiek izveidots tā sauktais magnētiskais spilvens. Savienojot dažādus polus, magnēti tiks piesaistīti viens otram. Šis diezgan vienkāršais princips ir pamatā maglev vilciena kustībai, kas burtiski slīd pa gaisu nenozīmīgā attālumā no sliedēm.

Šobrīd jau ir izstrādātas divas tehnoloģijas, ar kuru palīdzību tiek aktivizēts magnētiskais spilvens jeb piekare. Trešais ir eksperimentāls un pastāv tikai uz papīra.

Elektromagnētiskā piekare

Šo tehnoloģiju sauc par EMS. Tas ir balstīts uz elektromagnētiskā lauka stiprumu, kas laika gaitā mainās. Tas izraisa maglev levitāciju (pacelšanos gaisā). Vilciena kustībai šajā gadījumā ir nepieciešamas T veida sliedes, kas ir izgatavotas novadītājs (parasti izgatavots no metāla). Tādā veidā sistēmas darbība ir līdzīga parastajam dzelzceļam. Taču vilcienā riteņu pāru vietā ir uzstādīti atbalsta un virzošie magnēti. Tie ir novietoti paralēli feromagnētiskajiem statoriem, kas atrodas gar T veida tīkla malu.

Galvenais EMS tehnoloģijas trūkums ir nepieciešamība kontrolēt attālumu starp statoru un magnētiem. Un tas neskatoties uz to, ka tas ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp no elektromagnētiskās mijiedarbības nestabilitātes. Lai izvairītos no pēkšņas vilciena apstāšanās, tajā ir uzstādīti speciāli akumulatori. Tie spēj uzlādēt atbalsta magnētos iebūvētos lineāros ģeneratorus un tādējādi uzturēt levitācijas procesu ilgu laiku.

Vilcienus, kuru pamatā ir EMS, bremzē zema paātrinājuma sinhronais lineārais motors. To attēlo atbalsta magnēti, kā arī brauktuve, virs kuras lidinās maglev. Kompozīcijas ātrumu un vilci var kontrolēt, mainot ģenerētās maiņstrāvas frekvenci un stiprumu. Lai palēninātu ātrumu, vienkārši mainiet magnētisko viļņu virzienu.

Elektrodinamiskā piekare

Ir tehnoloģija, kurā maglev kustība notiek, kad divi lauki mijiedarbojas. Viens no tiem ir izveidots šosejas audeklā, bet otrs ir izveidots vilcienā. Šo tehnoloģiju sauc par EDS. Uz tā pamata tika uzbūvēts japāņu maglev vilciens JR–Maglev.

Šai sistēmai ir dažas atšķirības no EMS, kurparastie magnēti, kuriem elektriskā strāva tiek piegādāta no spolēm tikai tad, kad tiek pielietota jauda.

EDS tehnoloģija paredz pastāvīgu elektroenerģijas padevi. Tas notiek pat tad, ja strāvas padeve ir izslēgta. Šādas sistēmas spirālēs ir uzstādīta kriogēnā dzesēšana, kas ietaupa ievērojamus elektroenerģijas daudzumus.

EDS tehnoloģijas priekšrocības un trūkumi

Sistēmas, kas darbojas ar elektrodinamisko balstiekārtu, pozitīvā puse ir tās stabilitāte. Pat nelielu attāluma samazināšanos vai palielināšanos starp magnētiem un audeklu regulē atgrūšanas un pievilkšanas spēki. Tas ļauj sistēmai būt nemainīgā stāvoklī. Izmantojot šo tehnoloģiju, nav nepieciešams uzstādīt vadības elektroniku. Nav nepieciešamas ierīces, lai pielāgotu attālumu starp tīklu un magnētiem.

EDS tehnoloģijai ir daži trūkumi. Tādējādi spēks, kas ir pietiekams kompozīcijas levitācijai, var rasties tikai lielā ātrumā. Tāpēc maglevs ir aprīkots ar riteņiem. Tie nodrošina savu kustību ar ātrumu līdz simts kilometriem stundā. Vēl viens šīs tehnoloģijas trūkums ir berzes spēks, kas rodas atgrūdošo magnētu aizmugurē un priekšpusē pie maziem ātrumiem.

Spēcīgā magnētiskā lauka dēļ pasažieriem paredzētajā posmā nepieciešams uzstādīt īpašu aizsardzību. Pretējā gadījumā personai ar elektrokardiostimulatoru nav atļauts ceļot. Aizsardzība ir nepieciešama arī magnētiskajiem datu nesējiem (kredītkartēm un HDD).

Izstrādātstehnoloģija

Trešā sistēma, kas šobrīd pastāv tikai uz papīra, ir pastāvīgo magnētu izmantošana EDS variantā, kuru aktivizēšanai nav nepieciešama enerģija. Vēl nesen tika uzskatīts, ka tas nav iespējams. Pētnieki uzskatīja, ka pastāvīgajiem magnētiem nav tāda spēka, kas varētu izraisīt vilciena levitāciju. Tomēr no šīs problēmas izdevās izvairīties. Lai to atrisinātu, magnēti tika ievietoti Halbaha masīvā. Šāds izkārtojums noved pie magnētiskā lauka radīšanas nevis zem masīva, bet gan virs tā. Tas palīdz saglabāt vilciena levitāciju pat ar ātrumu aptuveni pieci kilometri stundā.

Šis projekts vēl nav saņēmis praktisku realizāciju. Tas ir saistīts ar augstajām izmaksām par blokiem, kas izgatavoti no pastāvīgajiem magnētiem.

Maglevu cieņa

Maglev vilcienu pievilcīgākā puse ir iespēja sasniegt lielus ātrumus, kas ļaus magleviem nākotnē konkurēt pat ar reaktīvajām lidmašīnām. Šis transporta veids ir diezgan ekonomisks elektroenerģijas patēriņa ziņā. Arī tās darbības izmaksas ir zemas. Tas kļūst iespējams, jo nav berzes. Priecē arī zemais maglevu troksnis, kas labvēlīgi ietekmēs vides situāciju.

Trūkumi

Maglevs negatīvā puse ir tāda, ka to izgatavošanai ir nepieciešams pārāk daudz. Lieli ir arī izdevumi par trases uzturēšanu. Turklāt šim transporta veidam ir nepieciešama sarežģīta un īpaši precīza sliežu ceļu sistēmaierīces, kas kontrolē attālumu starp audeklu un magnētiem.

Projekta īstenošana Berlīnē

Vācijas galvaspilsētā 1980. gados notika pirmās maglev sistēmas, ko sauca par M-Bahn, atklāšana. Audekla garums bija 1,6 km. Brīvdienās starp trim metro stacijām kursēja Maglev vilciens. Pasažieriem ceļošana bija bez maksas. Pēc Berlīnes mūra krišanas pilsētas iedzīvotāju skaits gandrīz dubultojās. Tas prasīja transporta tīklu izveidi ar spēju nodrošināt lielu pasažieru plūsmu. Tāpēc 1991. gadā magnētiskais audekls tika demontēts, un tā vietā sākās metro būvniecība.

Birmingema

Šajā Vācijas pilsētā no 1984. līdz 1995. gadam tika pieslēgts zema ātruma maglev. lidosta un dzelzceļa stacija. Magnētiskā ceļa garums bija tikai 600 m.

Ceļš strādāja desmit gadus un tika slēgts daudzo pasažieru sūdzību dēļ par esošajām neērtībām. Pēc tam monorail šajā posmā nomainīja maglev.

Šanhaja

Pirmo magnētisko ceļu Berlīnē uzbūvēja Vācijas uzņēmums Transrapid. Projekta neveiksme izstrādātājus neatturēja. Viņi turpināja izpēti un saņēma pasūtījumu no Ķīnas valdības, kas nolēma valstī uzbūvēt maglev trasi. Šis ātrgaitas (līdz 450 km/h) maršruts savienoja Šanhaju un Pudongas lidostu.30 km garais ceļš tika atklāts 2002. gadā. Nākotnes plānos ietilpst tā pagarināšana līdz 175 km.

Japāna

Šajā valstī 2005. gadā notika izstādeExpo-2005. Līdz tās atvēršanai tika nodota ekspluatācijā magnētiskā trase 9 km garumā. Līnijā ir deviņas stacijas. Maglev apkalpo teritoriju, kas atrodas blakus izstādes norises vietai.

Maglevs tiek uzskatīts par nākotnes transportu. Jau 2025. gadā plānots atklāt jaunu superšoseju tādā valstī kā Japāna. Maglev vilciens nogādās pasažierus no Tokijas uz vienu no salas centrālās daļas rajoniem. Tā ātrums būs 500 km/h. Projekta īstenošanai būs nepieciešami aptuveni četrdesmit pieci miljardi dolāru.

Krievija

Ātrvilciena izveidi plāno arī Krievijas dzelzceļš. Līdz 2030. gadam maglev Krievijā savienos Maskavu un Vladivostoku. 9300 km garo ceļu pasažieri veiks 20 stundās. Maglev vilciena ātrums sasniegs līdz pat piecsimt kilometru stundā.