Ovatko maglev-junat tulevaisuuden liikennevälineitä? Kuinka maglev-juna toimii?

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Jo yli kaksisataa vuotta on kulunut siitä hetkestä, kun ihmiskunta keksi ensimmäiset höyryveturit. Matkustajia ja raskaita kuormia sähkön ja dieselpolttoaineen voimalla kuljettava rautatieliikenne on kuitenkin edelleen hyvin yleistä.

On syytä sanoa, että kaikki nämä vuodet insinöörit ja keksijät ovat työskennelleet aktiivisesti vaihtoehtoisten liikkumistapojen luomiseksi. Heidän työnsä tuloksena oli junia magneettityynyillä.

Ulkonäköhistoria

Ajatusta junien luomisesta magneettityynyille kehitettiin aktiivisesti 1900-luvun alussa. Tätä hanketta ei kuitenkaan ollut mahdollista toteuttaa tuolloin useista syistä. Tällaisen junan valmistus aloitettiin vasta vuonna 1969. Silloin Saksan liittotasavallan alueelle laskettiin magneettirata, jota pitkin piti kulkea uusi ajoneuvo, jota myöhemmin kutsuttiin maglev-junaksi. Se otettiin käyttöön vuonna 1971. Ensimmäinen maglev-juna, nimeltään Transrapid-02, kulki magneettirataa pitkin.

Mielenkiintoinen tosiasia on, että saksalaiset insinöörit tekivät vaihtoehtoisen ajoneuvon tutkija Hermann Kemperin jättämien asiakirjojen perusteella. Hän sai patentin, joka vahvisti magneettitason keksinnän jo vuonna 1934.

"Transrapid-02":ta tuskin voi kutsua kovin nopeaksi. Hän pystyi liikkumaan maksiminopeudella 90 kilometriä tunnissa. Sen kapasiteetti oli myös pieni - vain neljä henkilöä.

Vuonna 1979 luotiin edistyneempi maglev-malli. Tämä "Transrapid-05" -niminen juna voisi kuljettaa jo kuusikymmentäkahdeksan matkustajaa. Hän liikkui Hampurin kaupungissa sijaitsevaa linjaa pitkin, jonka pituus oli 908 metriä. Tämän junan suurin nopeus oli seitsemänkymmentäviisi kilometriä tunnissa.

Samassa vuonna 1979 Japanissa julkaistiin toinen maglev-malli. Häntä kutsuttiin "ML-500". Japanilainen juna magneettityynyllä kehitti nopeuden jopa viisisataaseitsemäntoista kilometriä tunnissa.

Kilpailukyky

Nopeutta, jonka magneettipehmusteet voivat kehittää, voidaan verrata lentokoneiden nopeuksiin. Tältä osin tämäntyyppisestä kuljetuksesta voi tulla vakava kilpailija niille lentoreiteille, jotka toimivat jopa tuhannen kilometrin etäisyydellä. Maglevien laajaa käyttöä haittaa se, että ne eivät voi liikkua perinteisillä rautatien pinnoilla. Magneettisilla tyynyillä olevien junien on rakennettava erityisiä moottoriteitä. Ja tämä vaatii suuria pääomasijoituksia. Uskotaan myös, että magleveille luotu magneettikenttä voi vaikuttaa negatiivisestiihmiskehoon, mikä vaikuttaa haitallisesti kuljettajan ja tällaisen reitin lähellä sijaitsevien alueiden asukkaiden terveyteen.

Toimintaperiaate

Magneettiset tyynyjunat ovat erityinen kuljetusmuoto. Liikkeen aikana maglev näyttää leijuvan rautatiekiskojen päällä koskematta siihen. Tämä johtuu siitä, että ajoneuvoa ohjaa keinotekoisesti luodun magneettikentän voima. Maglevin liikkeen aikana ei ole kitkaa. Jarruvoima on aerodynaaminen vastus.

Miten se toimii? Jokainen meistä tietää magneettien perusominaisuudet kuudennen luokan fysiikan tunneista. Jos kaksi magneettia tuodaan yhteen pohjoisnapojen kanssa, ne hylkivät toisiaan. Syntyy niin kutsuttu magneettityyny. Kun yhdistät eri napoja, magneetit vetäytyvät toisiinsa. Tämä melko yksinkertainen periaate on Maglev-junan liikkeen taustalla, joka kirjaimellisesti liukuu ilmassa merkityksettömällä etäisyydellä kiskoista.

Tällä hetkellä on jo kehitetty kaksi teknologiaa, joiden avulla magneettinen pehmuste tai jousitus aktivoituu. Kolmas on kokeellinen ja olemassa vain paperilla.

Sähkömagneettinen jousitus

Tätä tekniikkaa kutsutaan EMS:ksi. Se perustuu sähkömagneettisen kentän voimakkuuteen, joka muuttuu ajan myötä. Se aiheuttaa maglevin levitaation (nousun ilmaan). Junan liikkumiseen tässä tapauksessa tarvitaan T-muotoisia kiskoja, jotka on valmistettujohdin (yleensä metallista). Tällä tavalla järjestelmän toiminta muistuttaa tavanomaista rautatietä. Junassa on kuitenkin asennettu tuki- ja ohjausmagneetit pyöräparien sijaan. Ne on sijoitettu samansuuntaisesti ferromagneettisten staattorien kanssa, jotka sijaitsevat T-muotoisen radan reunaa pitkin.

EMS-tekniikan suurin haittapuoli on tarve säätää staattorin ja magneettien välistä etäisyyttä. Ja tämä huolimatta siitä, että se riippuu monista tekijöistä, mukaan lukien sähkömagneettisen vuorovaikutuksen epävakaasta luonteesta. Junan äkillisen pysähtymisen välttämiseksi siihen on asennettu erityisiä akkuja. Ne pystyvät lataamaan tukimagneetteihin sisäänrakennettuja lineaarisia generaattoreita ja ylläpitämään siten levitaatioprosessia pitkään.

EMS-pohjaisia junia jarruttaa matalakiihtyvyys synkronisella lineaarimoottorilla. Sitä edustavat tukimagneetit sekä ajorata, jonka päällä maglev leijuu. Koostumuksen nopeutta ja työntövoimaa voidaan ohjata muuttamalla syntyvän vaihtovirran taajuutta ja voimakkuutta. Hidastaaksesi vain muuta magneettia altojen suuntaa.

Elektrodynaaminen jousitus

On olemassa tekniikka, jossa maglevin liike tapahtuu kahden kentän vuorovaikutuksessa. Yksi niistä luodaan v altatiekankaaseen ja toinen junaan. Tätä tekniikkaa kutsutaan nimellä EDS. Sen pohj alta rakennettiin japanilainen maglev-juna JR–Maglev.

Tällä järjestelmällä on joitain eroja EMS:stä, jossatavalliset magneetit, joihin keloista syötetään sähkövirtaa vain kun virta on kytketty.

EDS-tekniikka edellyttää jatkuvaa sähkön saantia. Tämä tapahtuu, vaikka virtalähde olisi katkaistu. Tällaisen järjestelmän patteriin on asennettu kryogeeninen jäähdytys, mikä säästää huomattavia määriä sähköä.

EDS-tekniikan edut ja haitat

Sähködynaamisella jousituksella toimivan järjestelmän positiivinen puoli on sen vakaus. Jopa pientä magneettien ja kankaan välisen etäisyyden pienenemistä tai lisäystä säätelevät hylkimis- ja vetovoimat. Tämä mahdollistaa järjestelmän pysymisen muuttumattomassa tilassa. Tämän tekniikan ansiosta ohjauselektroniikkaa ei tarvitse asentaa. Rainan ja magneettien välistä etäisyyttä ei tarvitse säätää.

EDS-tekniikassa on joitain haittoja. Siten koostumuksen levitaatioon riittävä voima voi syntyä vain suurella nopeudella. Siksi maglevit on varustettu pyörillä. Ne tarjoavat liikkeensä jopa sadan kilometrin tuntinopeudella. Toinen tämän tekniikan haittapuoli on kitkavoima, joka syntyy hylkivien magneettien takana ja edessä pienillä nopeuksilla.

Matkustajille tarkoitetun osan voimakkaan magneettikentän vuoksi on tarpeen asentaa erityissuojaus. Muutoin henkilö, jolla on sydämentahdistin, ei saa matkustaa. Suojausta tarvitaan myös magneettisille tallennusvälineille (luottokortit ja kiintolevy).

Kehitettytekniikka

Kolmas järjestelmä, joka on tällä hetkellä olemassa vain paperilla, on kestomagneettien käyttö EDS-versiossa, jotka eivät vaadi energiaa aktivoidakseen. Viime aikoihin asti uskottiin, että tämä oli mahdotonta. Tutkijat uskoivat, että kestomagneeteilla ei ollut sellaista voimaa, joka voisi saada junan leijumaan. Tämä ongelma kuitenkin vältyttiin. Sen ratkaisemiseksi magneetit asetettiin Halbach-ryhmään. Tällainen järjestely johtaa magneettikentän luomiseen ei ryhmän alle, vaan sen yläpuolelle. Tämä auttaa ylläpitämään junan levitaatiota jopa noin viiden kilometrin tuntinopeudella.

Tämä hanke ei ole vielä saanut käytännön toteutusta. Tämä johtuu kestomagneeteista valmistettujen ryhmien korkeista kustannuksista.

Maglevien arvokkuus

Maglev-junien houkuttelevin puoli on mahdollisuus saavuttaa suuria nopeuksia, jotka antavat magleville mahdollisuuden kilpailla jopa suihkukoneiden kanssa tulevaisuudessa. Tällainen kuljetus on sähkönkulutuksen kann alta varsin taloudellista. Myös sen käyttökustannukset ovat alhaiset. Tämä on mahdollista kitkan puuttumisen vuoksi. Myös maglevien alhainen melu ilahduttaa, millä on myönteinen vaikutus ympäristötilanteeseen.

Epäkohdat

Maglevien haittapuoli on, että niiden tekeminen vie liikaa. Myös radan kunnossapitokustannukset ovat korkeat. Lisäksi tarkasteltu liikennemuoto vaatii monimutkaisen telajärjestelmän ja erittäin tarkanlaitteet, jotka säätelevät kankaan ja magneettien välistä etäisyyttä.

Projektin toteutus Berliinissä

Saksan pääkaupungissa 1980-luvulla avattiin ensimmäinen M-Bahn-niminen maglev-järjestelmä. Kankaan pituus oli 1,6 km. Maglev-juna kulki viikonloppuisin kolmen metroaseman välillä. Matkustaminen oli ilmaista. Berliinin muurin murtumisen jälkeen kaupungin väkiluku lähes kaksinkertaistui. Se edellytti liikenneverkkojen luomista, jotka pystyivät tarjoamaan runsaasti matkustajaliikennettä. Siksi vuonna 1991 magneettinen kangas purettiin ja sen tilalle aloitettiin metron rakentaminen.

Birmingham

Tässä saksalaisessa kaupungissa hidas maglev oli kytkettynä vuosina 1984–1995. lentokenttä ja rautatieasema. Magneettiradan pituus oli vain 600 m.

Tie toimi kymmenen vuotta ja suljettiin matkustajien lukuisten valitusten vuoksi vallitsevista haitoista. Myöhemmin monorail korvasi maglevin tässä osassa.

Shanghai

Berliinin ensimmäisen magneettitien rakensi saksalainen Transrapid. Projektin epäonnistuminen ei lannistanut kehittäjiä. He jatkoivat tutkimustaan ja saivat tilauksen Kiinan hallitukselta, joka päätti rakentaa maglev-radan maahan. Tämä nopea (jopa 450 km/h) reitti yhdisti Shanghain ja Pudongin lentokentän.30 kilometriä pitkä tie avattiin vuonna 2002. Tulevaisuuden suunnitelmiin kuuluu sen laajentaminen 175 kilometriin.

Japani

Tässä maassa järjestettiin näyttely vuonna 2005Expo-2005. Sen avautuessa otettiin käyttöön 9 km pitkä magneettirata. Linjalla on yhdeksän asemaa. Maglev palvelee näyttelypaikan viereistä aluetta.

Magleveja pidetään tulevaisuuden kulkuvälineinä. Jo vuonna 2025 on tarkoitus avata uusi superv altatie Japanin k altaiseen maahan. Maglev-juna kuljettaa matkustajia Tokiosta yhteen saaren keskiosan alueista. Sen nopeus tulee olemaan 500 km/h. Hankkeen toteuttamiseen tarvitaan noin 45 miljardia dollaria.

Venäjä

Nopean junan luomista suunnittelee myös Venäjän rautatiet. Vuoteen 2030 mennessä Venäjän maglev yhdistää Moskovan ja Vladivostokin. Matkustajat ylittävät 9300 km:n polun 20 tunnissa. Maglev-junan nopeus saavuttaa jopa viisisataa kilometriä tunnissa.