我國城市軌道發(fā)展現(xiàn)狀及最新軌道交通技術(shù)應(yīng)用解析

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當(dāng)前，我國城市軌道交通科研正在加速發(fā)展當(dāng)中，城市鐵路不僅為人們?nèi)粘３鲂刑峁┛焖俦憬莘绞?，還豐富了我們的科技人文娛樂生活。當(dāng)前我國科研領(lǐng)域頻頻爆出軌道交通領(lǐng)域最新研究成果：我國首條自主研發(fā)中低速磁懸浮線路長(zhǎng)沙項(xiàng)目正式啟動(dòng)，全球首例川“熊貓”空中懸掛式軌道列車掛線運(yùn)營，14年首個(gè)真空管超高速磁懸浮列車原型測(cè)試已在西南交大實(shí)驗(yàn)室誕生、預(yù)計(jì)將于2017年建成真空管道試驗(yàn)線...雖然部分技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)階段，但相信用不了多久將會(huì)與大家見面。

　　相關(guān)專家認(rèn)為，速度是引領(lǐng)軌道交通技術(shù)的發(fā)展的核心動(dòng)力，下一代高速列車、高速磁懸浮軌道交通、真空管道軌道交通將成為未來軌道交通技術(shù)在高速方向重點(diǎn)發(fā)展的三個(gè)領(lǐng)域。

　　我國首例無人駕駛地鐵投入運(yùn)營

　　根據(jù)日前報(bào)道，香港鐵路有限公司南港島線正式開通，這并非一條普通的地鐵線，它是全國首條運(yùn)營全自動(dòng)駕駛地鐵車輛的線路，而剩下的南港島線東段也將于12月28日正式啟用。

　　據(jù)了解，該線路地鐵車輛由中車長(zhǎng)客股份公司自主研發(fā)制造，打造的是一款GOA4(Grades of AutomaTIon 4)等級(jí)的全自動(dòng)無人駕駛地鐵車輛。

　　南港島線全線共10列車3，列車為3輛編組的不銹鋼A型地鐵車，其運(yùn)行最高時(shí)速可達(dá)到80公里。它最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，例如自動(dòng)喚醒、自動(dòng)運(yùn)營、自動(dòng)故障診斷及自動(dòng)清洗功能等。而且車廂前后也沒有駕駛室，列車兩端是開放式空間。

　　全球首列懸掛式軌道列車問世

　　今年11月下旬，世界第一列以鋰電池動(dòng)力包為牽引動(dòng)力的空中懸掛式軌道列車”(以下簡(jiǎn)稱“空鐵”)在成都正式掛線。據(jù)了解，此次四川“熊貓”空鐵因其可愛憨厚的造型、新穎獨(dú)特的設(shè)計(jì)，自問世之日起就引得了眾多群眾與網(wǎng)友們的熱情關(guān)注。

　　據(jù)悉，“新能源空鐵”由民營企業(yè)四川中唐空鐵集團(tuán)有限公司全資，西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，聯(lián)合中國中車、中國中鐵、攀枝花鋼鐵公司等7家大型國有企業(yè)協(xié)同研制。

　　位于成都雙流西南航空港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)生產(chǎn)園區(qū)的U型空鐵試驗(yàn)線，白色的單軌軌道梁全長(zhǎng)1400米，每隔約10米由一根離地5米高的樁基支撐。整條試驗(yàn)線由乘客車站、一條正線軌道、一條副線及列車、靜調(diào)庫等相關(guān)配套設(shè)備構(gòu)成，可以完全真實(shí)地模擬新能源空鐵在實(shí)際運(yùn)行中的直線、彎道、爬坡等性能，并通過10000公里的運(yùn)行測(cè)試，形成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

　　新能源空鐵是一款我國擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型軌道交通系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用新能源、新材料、新設(shè)計(jì)、集成若干相關(guān)成熟技術(shù)建造。系統(tǒng)具有平穩(wěn)舒適安全性高、節(jié)能環(huán)保噪音低、占地少適應(yīng)性強(qiáng)、建設(shè)工期短難度小、景象美觀視野開闊等優(yōu)點(diǎn)。

　　根據(jù)西南交大教授翟婉明介紹，新能源空鐵從圖紙畫下第一根線到出廠，只用了4個(gè)月10天，勘稱奇跡。據(jù)稱，該條試驗(yàn)線最高時(shí)速60公里，最大運(yùn)能可達(dá)每小時(shí)2萬人次，每公里建設(shè)成本僅為地鐵的六分之一到八分之一，其各項(xiàng)建設(shè)指標(biāo)完全適應(yīng)商業(yè)運(yùn)營要求。

　　國產(chǎn)首創(chuàng)真空管磁懸浮軌道車

　　現(xiàn)今，磁懸浮列車已經(jīng)在我國得到深入廣泛的應(yīng)用，目前，我國科研也正在大力發(fā)展磁懸浮列車技術(shù)。2003年上海浦東機(jī)場(chǎng)建成了世界首列正式商業(yè)化的高架磁懸浮列車，在當(dāng)時(shí)是世界上最快的商業(yè)線路，時(shí)速可達(dá)431公里，全程運(yùn)行僅需要短短的8分鐘。

　　然而工程師對(duì)于速度的追求是無止境的，2014年西南交通大學(xué)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室正式對(duì)外公布全球首個(gè)真空管超高速磁懸浮列車原型測(cè)試平臺(tái)，高速懸浮列車運(yùn)行速度再次升級(jí)!

　　事實(shí)上，西南交大早在2013年3月便研制出了最初的高溫超導(dǎo)磁懸浮(HTS)測(cè)試環(huán)線，而最新的這個(gè)模型則加入了真空管道，成為世界上首個(gè)真空管道運(yùn)輸(ETT)系統(tǒng)。

　　根據(jù)研究人員的估算，未來真空管高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的運(yùn)行速度最快可達(dá)近3000公里/時(shí)。因此這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠用于客運(yùn)，而且還能被用于軍用/商業(yè)航空器的發(fā)射技術(shù)。

　　我國首條中低速磁懸浮列車 - 長(zhǎng)沙“追風(fēng)號(hào)”

　　2015年10月6日，長(zhǎng)沙磁懸浮列車項(xiàng)目正式試車，據(jù)悉，這是我國首條商用的磁懸浮列車，也是我國自主研發(fā)的首個(gè)中低速磁懸浮線路項(xiàng)目。長(zhǎng)沙磁懸浮列車路線全長(zhǎng)18.7公里，設(shè)計(jì)時(shí)速為120公里，全程約只需10分鐘車程。

　　據(jù)了解，長(zhǎng)沙磁浮工程長(zhǎng)沙磁浮工程西起長(zhǎng)沙高鐵南站，東至黃花機(jī)場(chǎng)，均為高架線。項(xiàng)目投資估算總額為41.95億元。全線初期設(shè)長(zhǎng)沙火車南站、榔梨站和黃花機(jī)場(chǎng)站。工程已于2015年上半年末正式開工，2015年底實(shí)現(xiàn)通車，2016年上半年投產(chǎn)運(yùn)營。列車采用3輛編組，車輛最高運(yùn)營速度100公里/小時(shí)。

　　中低速磁浮交通技術(shù)是指依靠電磁力將列車懸浮，利用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌道交通技術(shù)，運(yùn)行時(shí)速為100～120公里。具有噪聲低、環(huán)保性能好(距線路10米處不高于64分貝)、線路適應(yīng)性強(qiáng)(正線轉(zhuǎn)彎半徑75米，爬坡能力70‰)、乘坐舒適、運(yùn)行安全可靠，建設(shè)、維護(hù)成本低、運(yùn)營效益好等特點(diǎn)。適用于大中城市市內(nèi)、近距離城市間和旅游景區(qū)的交通連接。

　　另外根據(jù)最新消息稱，京瀘線時(shí)速600公里高速磁浮鐵路，將于2020年交付首臺(tái)樣車測(cè)試使用，并在山東建成一條高速磁浮試驗(yàn)鐵路。

　　看過了這么多我國的城市軌道交通取得的驚人的科研成果，相信再過幾年，高速磁懸浮列車、高速高空軌道列車、真空軌道列車將會(huì)給我們帶來對(duì)軌道交通顛覆性的促進(jìn)作用。既然聊到城市軌道交通，下面我們就來了解一下我國近年來在高速軌道交通科研上取得的科研進(jìn)展及相關(guān)軌道技術(shù)。

　　何為磁懸浮列車?

　　根據(jù)百度百科的解釋，磁懸浮列車是一種現(xiàn)代高科技軌道交通工具，它通過電磁力實(shí)現(xiàn)列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車運(yùn)行。

　　磁懸浮列車運(yùn)行時(shí)與軌道保持一定的間隙，因此運(yùn)行起來更安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。

　　磁懸浮列車的使用壽命可達(dá)35年，相比普通輪軌列車則僅僅只有20—25年。磁懸浮列車路軌的壽命是80年，普通路軌則只有60年。

　　磁懸浮列車的原理

　　磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式

　　一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行的鐵路;

　　另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。

　　上述兩種磁懸浮的方式，也可以稱之為常導(dǎo)磁吸式(EMS)和 超導(dǎo)磁斥式。

　　其次，磁懸浮列車的高速前進(jìn)也是利用電磁體間的磁力完成的。 簡(jiǎn)單的講就是，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動(dòng)的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶盆F。由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用，就使列車開動(dòng)起來。列車前進(jìn)是因?yàn)榱熊囶^部的電磁體(N極)被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體(S極)所吸引，并且同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體(N極)所排斥。當(dāng)列車前進(jìn)時(shí)，在線圈里流動(dòng)的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其結(jié)果就是原來那個(gè)S極線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速，通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里流動(dòng)的交流電的頻率和電壓。

　　中低速磁懸浮是什么，有什么優(yōu)點(diǎn)?

　　顧名思義，中低速磁懸浮速度將低于高速磁懸浮列車運(yùn)行速度，一般認(rèn)為，中低速磁懸浮只適用于城市近距離交通用途，并且時(shí)速不超過約一兩百公里。

　　相比高速磁懸浮列車，中低速磁懸浮具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　首先，能耗更低。以長(zhǎng)沙磁浮運(yùn)營數(shù)據(jù)為例，其噸公里綜合能耗為1.9度電，比同等長(zhǎng)度的城軌耗電低0.2度。在企業(yè)的試驗(yàn)線上，中低速磁浮的能耗比城軌高20%。但投入運(yùn)營才發(fā)現(xiàn)，運(yùn)距變長(zhǎng)后，磁浮能耗反而降低。

　　其次是噪音更小。地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲一般達(dá)80分貝，而磁浮列車約為60分貝，比普通人打電話的聲音還小。如果列車采用的國產(chǎn)電機(jī)、空調(diào)能進(jìn)一步優(yōu)化，噪音還可更低。

　　再次是工期更短，造價(jià)更低。修相同距離磁浮線的工期，不足地鐵的一半。

　　另外，在輻射安全問題上，磁浮列車車輛內(nèi)電磁輻射的安全限值和地鐵同一標(biāo)準(zhǔn)。

　　真空管道軌道技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　從2013年開始，有著對(duì)軌道速度狂熱執(zhí)著追求的科技達(dá)人馬斯克對(duì)于“真空運(yùn)輸”概念，首次提出“超級(jí)高鐵”的理念。而根據(jù)他的預(yù)想，超級(jí)高鐵時(shí)速將達(dá)到1200公里，接近音速。這一速度將比現(xiàn)在最快的子彈頭列車快兩三倍，比飛機(jī)的速度快兩倍。超級(jí)高鐵正是真空管道軌道的概念現(xiàn)實(shí)化的載體。

　　超級(jí)高鐵在真空管道中運(yùn)行，車廂像一個(gè)膠囊。每一個(gè)膠囊被放置于管道中，像炮彈一樣被發(fā)射至目的地。膠囊處于幾乎沒有摩擦力的環(huán)境中，無間斷地行駛。

　　據(jù)悉，超級(jí)高鐵將采用自供電設(shè)計(jì)，通過在管道上部鋪設(shè)太陽能面板，產(chǎn)生足夠的電能維持運(yùn)行。真空管道運(yùn)輸達(dá)到超高速度乘客也絲毫不會(huì)感受到任何加速度，比火車和飛機(jī)也更安全、更便宜、更安靜。

　　在真空管道軌道的設(shè)計(jì)原型中，其技術(shù)原理是在地面或地下建一個(gè)密閉管道，用真空泵將管道抽成真空或部分真空。在這樣的環(huán)境中運(yùn)行的車輛，行車阻力會(huì)大大減小，從而有效地降低能耗，同時(shí)氣動(dòng)噪聲也可以大大降低。

　　國內(nèi)最早的超級(jí)地鐵研究專家已表明，經(jīng)過技術(shù)的不斷改進(jìn)，超級(jí)高鐵未來實(shí)現(xiàn)時(shí)速6500公里在技術(shù)上基本上不存在任何問題，但關(guān)鍵問題是真空管道軌道路程長(zhǎng)，而且全程都需要抽氣以適應(yīng)真空運(yùn)輸環(huán)境，整體造價(jià)數(shù)額驚人，甚至比地鐵建設(shè)成本還高出好幾倍。