中低速磁悬浮与轻轨、地铁的比较
城市轨道交通各种制式系统

城市轨道交通的基本技术类别和优缺点城市轨道交通模式种类繁多,分类方法也较多。
目前,世界上城市轨道交通分类大体如下:按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置划分为地下铁路、地面铁路和高架铁路;按列车服务范围划分为传统的城市轨道交通、区域快速铁路和市郊铁路;按运能等级(大运量、中运量、小运量)及车辆类型可分为地下铁道、轻轨交通、单轨交通、有轨电车、胶轮地铁、直线电机车辆、中低速磁悬浮(HSST)、磁悬浮;按照列车驱动力可以大致分为轮轨系统和磁悬浮系统两大类,城市铁路、地铁、轻轨、单轨属于轮轨系统,而直线电机车辆介乎两者之间,原理上属于磁悬浮系统。
目前,城市铁路、地铁、轻轨、单轨、胶轮地铁、磁悬浮交通等等形式在中国均有应用,北京13号线被称为国内第一条城市铁路,上海建成了世界上第一条投入商业运营的磁悬浮线路(其原理图如图2.2.1-1所示),重庆单轨,广州四号线采用直线电机驱动的车辆,各城市轨道交通模式的选择正在趋于多样化。
由于分类方法很多,而且分类的界限越来越不清晰,下面暂按列车驱动方式分类方法(即磁悬浮系统和轮轨系统)简要地对各种制式进行比较论述。
1.磁悬浮模式(1)磁悬浮(TR)磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。
常导型也称常导磁吸型,以德国高速常导磁浮列车Transrapid为代表,它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起,悬浮的气隙较小,一般为10毫米左右。
常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里,适合于城市间的长距离快速运输。
而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型,以日本MAGLEV为代表。
它是利用超导磁体产生的强磁场,列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用,产生电动斥力将列车悬起,悬浮气隙较大,一般为100毫米左右,速度可达每小时500公里以上。
这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标。
磁悬浮系统的突出特点是速度高,造价昂贵,而且应用经验不足。
突出的缺点是:1)由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的,断电后磁悬浮的安全保障措施,尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。
大中运量城市交通各种制式系统介绍20190524

蓄电池 充电时间长
二、交通制式介绍
BRT系统
快速公交系统(Bus Rapid Transit)简称BRT ,是一种介于快速轨道交通与常规公交之间的新 型公共客运系统。
它是利用现代化公交技术配合智能交通和运营管理(集成调度系统),开辟公交专用道路和建 造新式公交车站,实现轨道 交通模式的运营服务,达到 轻轨服务水准的一种独特的 城市客运系统。
1883年
20世纪中叶
最早仍在运营的有轨电车线路
有轨电车兴起,全球3000多个有轨电车系统 受汽车工业发展的冲击,有轨电车逐渐衰退,线路被大规模拆除 有轨电车技术发展,同时汽车发展导致交通、能源和环境问题日益严重
传统有轨电车
20世纪60年代
20世纪90年代 至今
环保、美观、大容量的现代有轨电车复兴 全球约500个现代有轨电车系统运营和建设
各骨干公交类型对比表
类型 单向客运能力(万人次/h) 运行速度(km/h) 投资(亿元/km) 最小转弯半径(m) 路权 审批权限 建设周期(年) 应用情况 大运量 地铁 3~7 30-45 5~8 350-400 专有路权 国家发改委 4.0-5.0 普遍应用 轻轨 1.5~3 30-45 3~5 250-350 专有路权 国家发改委 3.0-4.0 普遍应用 中低速磁浮 1.5-3.0 30-40 3~6 75 专有路权 国家发改委 3.0-4.0 应用较少 有轨电车 0.8~1.5 20-30 0.8~1.8 25 部分或专有路权 地方政府 1.5-2.0 国外普遍,国内正 在兴起 中运量 BRT 0.6~1.2 20-30 0.5~1.0 20 部分或专有路权 地方政府 1.0-1.5 普遍应用
大运量
地铁 √ 轻轨 √ 中低速磁浮 √ √ √ √
最新各类轨道交通制式对比

(一)国内外公共交通系统构成:⚫跨城市:飞机、国铁、高铁、城际⚫城市内:大运量地铁⚫片区内:中运量有轨电车、常规公交,以及新型小运量系统——打造多层次、一体化、满足多样化交通出行需求的公共交通系统服务功能服务工具构成⚫根据《城市公共交通分类标准》(CJJ/T114-2007),城市轨道交通:➢系统分类:地铁系统、市域快速轨道系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车系统、磁浮系统和自动导向系统➢运能分类:•高运量:4.5万人次/h以上•大运量:3.0~4.5万人次/h •中运量:1.0~3.0万人次/h •小运量:1.0万人次/h以下(二)城市轨道交通标准分类(三)大中小运量轨道系统概况⚫大运量:地铁(A、B、C型)⚫中运量:现代有轨电车、中低速磁悬浮列车、单轨⚫小运量:APM、云巴、智轨⚫说明:红色为成熟广泛应用制式,蓝色为特定区域、专用制式盐田罗湖文锦渡口岸石岩至东莞前海坂田雪象福田33号线(四)大运量——地铁⚫功能:运能大,跨区运行畅达全市,覆盖城市重要交通走廊,服务质量安全水平高⚫运能:单向每小时运量为3-5万人次⚫速度:平均旅行速度30-35km/h⚫建造周期:4-5年⚫建造成本:政府投资,每公里约8-10亿元⚫运营成本:目前票务收入及非票务收入仅涵盖运营生产成本,列车增购、车辆大修、设备更新重置均需政府投资,政府财政压力巨大(每年每公里约0.23亿元)——地铁运能大,建设运营成本高、周期长,客流需满足运能需求,需沿城市重要交通走廊布设,与中小运量轨道交通系统互相喂给,完善城市交通出行服务(五)中运量——现代有轨电车⚫功能:主要覆盖地铁覆盖不到的城市公共服务设施(学校、医院、场馆、政府服务设施)、商业、居住、产业片区,打造服务区内的系统完善、四通八达、换乘便捷次骨干交通网络⚫应用:约140年历史,国内外100多个城市用作城市重要公共交通工具,国内18个城市建成运营36条约327公里线路,每年增长约30%⚫线路:最小转弯半径25米,正线坡度50‰,最大坡度60‰⚫车辆:列车长度根据客流需求可灵活组合,长约20-45米,宽约2.65米,车外高约3.6米,车内净高约2.1米⚫速度:平均旅行速度为20-25km/h⚫运能:单向每小时运量为1.5-2万人次⚫建造周期:2年⚫建造成本:1.0-1.2亿元/公里(含轨行区管线迁改)(五)中运量——现代有轨电车⚫运营维护成本:采用成熟的钢轮钢轨和超级电容,寿命长,运营成本较低(20年每年每公里票价政策缺口补贴约521万)⚫道路空间占用:区间占用宽约7-8m,车站占用宽约9-12m,与路中绿化资源可共享⚫道路交通影响:路口信号系统互联互通,分别检测,有轨电车优先,交警统一联控⚫路权形式:路口共享,区间专用(有条件区间共享)⚫应急救援:救援组织便捷(遇事故地面快速紧急疏散)⚫环境适应性:全天候(台风天气除外)7.5(六)小运量——智轨(研发试验阶段)⚫功能:设计理念属于BRT类型,智能虚拟+司机驾驶,目前为研发试验阶段⚫应用:中车株洲电力机车研究所、中车株洲电力机车公司研发,株洲市3公里试验线运行⚫线路:最小转弯半径25米,正线坡度50‰,最大坡度100‰⚫车辆:车长约31.6米,宽约2.65米,车外高约3.6米,车内净高约2.5米⚫速度:平均运营速度为18-25km/h⚫运能:单向每小时运量为0.5-1万人次⚫建造周期:2年⚫建造成本:约1.3亿元/公里(研发估算,不含拆迁、管线迁改、道路改造)(六)小运量——智轨(研发试验阶段)⚫运营维护成本:电池使用寿命3年,橡胶轮胎定期更换,满载车重51吨路面磨损严重,为保障运行平稳,道路平整度要求高(误差10mm 以内)维护量大,运营成本高于有轨电车⚫道路空间占用:区间占用宽约7.5m,车站占用宽约9-12m,需硬化⚫紧急救援:通过地面快速紧急疏散乘客⚫路权形式:路口共享,区间专用⚫环境适应性:暴雨大雾、异物遮挡安全行驶困难,速度缓慢(七)小运量——云巴(研发试验阶段)⚫设计服务功能:类似APM接驳系统,为大型园区、旅游景点、居住社区、机场高铁会展中心与地铁、有轨电车接驳服务小运量交通工具⚫应用情况:比亚迪公司研发产品,目前仅在少量园区、旅游景点试验,没有城市公共交通运营服务的成熟线路⚫线路:设计最小转弯半径约25米,正线载客最大坡度约80‰⚫车辆:每模块长约8.3米,列车1-4模块组合,宽约2.4米,车外高约3.4米,车内净高约2.1米⚫速度:平均运营速度约28-30km/h⚫运能:单向每小时运量约0.3-0.6万人次⚫建造周期:约2年⚫建造成本:约1.7亿元/公里(不含拆迁、管线迁改、道路改造)(七)小运量——云巴(研发试验阶段)承台宽度5m柱体宽度1.5m桥面宽度8m岛式车站宽度12米区间宽度8米12m 2m ⚫运营维护成本:高架敷设,质量安全要求高,橡胶轮胎定期更换,列车及设施设备属唯一性产品,运营维护成本高⚫道路空间占用:双轨运行区间宽约8m 、车站约12m (依据相关规范,高架限界地面投影范围道路不得占用),出入口4m (需占用人行道)⚫道路交通影响:高架敷设需与沿线路口、人行天桥、高架道路等协调(云巴结构距地面净高度不小于5.5米)⚫紧急救援:高架敷设,紧急疏散问题多,项目未经过国家相关部门安全检验验收⚫环境适应性:全天候(台风天气除外)2m(八)综合对比主要指标现代有轨电车智轨(研发试验阶段)云巴(研发试验阶段)说明列车性能应用情况技术成熟、应用广泛(超过6000公里)√株洲3公里试验线尚无运营线路高峰小时运量(万人/小时) 1.5-2√0.5-1.00.3-0.6依据不同编组运能会有变化最高速度(km/h)70-70-70-旅行速度(km/h)20-2518-2528-30√旅行速度受设站间距影响较大最小曲线半径(m)25-25-25-最大爬坡能力6%10%√8%能耗(度/公里) 2.7-3试验阶段试验阶段√有轨电车超级电容供电,满载运营每公里2.7-3度电自动驾驶工况轨道自动驾驶系统技术简单、安全可靠、辅助监控设施简单、投资和维护成本低√智轨自动驾驶系统技术复杂、安全风险大、辅助监控设施技术复杂,投资和维护成本高试验阶段√储能电源超级电容,使用寿命10年、充放电100万次,免维护、100%无污染可回收√钛酸锂电池,使用寿命3-5年、充放电5000次,需定期维护、有污染回收成本高,有消防隐患钛酸锂电池,使用寿命3-5年、充放电5000次,需定期维护、有污染回收成本高,有消防隐患市场化程度公开招投标-唯一性-唯一性-(八)综合对比主要指标现代有轨电车智轨(研发试验阶段)云巴(研发试验阶段)说明轨行区布设线路敷设地面与绿化共享敷设-硬化道路敷设-高架敷设,路口净空间不低于5.5m-均需道路改造;云巴高架下绿化,种植养护难占地(米)区间8,车站10-12√区间7.5,车站11√区间8,车站12,出入口4(人行道敷设)景观性好√轨行区无法绿化差紧急疏散好√好√疏散难度大交通组织管理轨道运行单一,管控简单√交通组织管控复杂自动驾驶,管控复杂环境适应性全天候(台风天气除外)√暴雨天气、异物阻挡安全行驶困难全天候(台风天气除外)√投资综合造价(亿元/公里) 1.0-1.2√ 1.3 1.7不含拆迁、管线迁改、道路改造施工工期(年)2-2-2-车辆购置(万元/列)2000-唯一性-唯一性-有轨电车公开招投标,智轨云巴唯一性,无法招投标运营成本每年每公里约521万-无实际运营数据-无实际运营数据-有轨电车示范线招标价小结系统成熟安全可靠,已有市场化管理的成熟法规经验系统尚处试验阶段系统尚处试验阶段。
中低速磁悬浮与轻轨、地铁的比较

中低速磁悬浮在城市轨道交通中的运用磁悬浮技术的研究源于德国,1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,1934年他申请了磁悬浮列车的专利,1953年完成科学报告?电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆?。
20世纪70年代以后,世界工业化国家经济实力不断加强,为提高交通运输能力以适应经济开展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等兴旺国家相继开始对磁悬浮运输系统进行开发,并取得令人瞩目的进展。
磁悬浮列车与传统轮轨列车不同,它用电磁力将列车浮起,导向和驱动。
在运行时不与轨道发生摩擦,中低速磁悬浮列车〔时速小于200km〕在运行时发出的噪声非常低。
此外,磁悬浮列车还具有速度高,制动快,爬坡能力强,转弯半径小,振动小,舒适性好等优点。
在修建城市轨道交通线路的造价攀升的情况下,中低速磁悬浮线的性能价格比好的优势得以显示出来。
1 磁悬浮技术的种类目前,载人试验获得成功的磁浮列车系统有3种,它们的磁悬原理和系统技术完全不同,不能兼容。
〔1〕用常导磁吸式〔EMS〕进行悬浮导向,同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。
以德国的TR〔Trans rapid〕磁浮列车系统为代表。
TR采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向,悬浮的气隙较小,一般为 10mm 左右;由地面一次控制的直线同步电机驱动。
我国上海机场磁悬浮线就是引进的德国 TR系统〔2〕采用超导磁斥式〔EDS)进行悬浮和导向,同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。
高速超导磁悬浮列车以日本的ML系统为代表。
车上的超导线圈在低温下进入超导状态,通电后产生很强的磁场,列车运动时,超导磁体使线路上的导体产生感应电流,该电流也将产生磁场,并与车上的超导磁体形成斥力,使车辆悬浮〔悬浮高度较大,一般为100mm左右〕。
列车由地面一次控制的线性同步电机进行驱动,同步电机定子三相绕组铺设在地面线路两侧,无需通过弓网受电方式供电。
〔3〕采用常导磁吸式〔EMS〕进行悬浮和导向,异步短定子直线电机驱动的中低速磁浮列车系统。
中低速磁悬浮与轻轨、地铁地比较

中低速磁悬浮在城市轨道交通中的运用磁悬浮技术的研究源于德国,1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,1934年他申请了磁悬浮列车的专利,1953年完成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。
20世纪70年代以后,世界工业化国家经济实力不断加强,为提高交通运输能力以适应经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始对磁悬浮运输系统进行开发,并取得令人瞩目的进展。
磁悬浮列车与传统轮轨列车不同,它用电磁力将列车浮起,导向和驱动。
在运行时不与轨道发生摩擦,中低速磁悬浮列车(时速小于200km)在运行时发出的噪声非常低。
此外,磁悬浮列车还具有速度高,制动快,爬坡能力强,转弯半径小,振动小,舒适性好等优点。
在修建城市轨道交通线路的造价攀升的情况下,中低速磁悬浮线的性能价格比好的优势得以显示出来。
1 磁悬浮技术的种类目前,载人试验获得成功的磁浮列车系统有3种,它们的磁悬原理和系统技术完全不同,不能兼容。
(1)用常导磁吸式(EMS)进行悬浮导向,同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。
以德国的TR(Trans rapid)磁浮列车系统为代表。
TR采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向,悬浮的气隙较小,一般为 10mm 左右;由地面一次控制的直线同步电机驱动。
我国上海机场磁悬浮线就是引进的德国 TR系统(2)采用超导磁斥式(EDS)进行悬浮和导向,同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。
高速超导磁悬浮列车以日本的ML系统为代表。
车上的超导线圈在低温下进入超导状态,通电后产生很强的磁场,列车运动时,超导磁体使线路上的导体产生感应电流,该电流也将产生磁场,并与车上的超导磁体形成斥力,使车辆悬浮(悬浮高度较大,一般为100mm左右)。
列车由地面一次控制的线性同步电机进行驱动,同步电机定子三相绕组铺设在地面线路两侧,无需通过弓网受电方式供电。
(3)采用常导磁吸式(EMS)进行悬浮和导向,异步短定子直线电机驱动的中低速磁浮列车系统。
地铁,轻轨,有轨电车之间的区别,你知道吗?

地铁,轻轨,有轨电车之间的区别,你知道吗?城市轨道交通是指具有运量大、速度快、安全、准点、节约能源等特点的交通方式,简称“轨交”,包括地铁、轻轨、磁悬浮、快轨、有轨电车、新交通系统等。
在我国部分城市,轨道交通是极为方便的交通工具,因采用闭塞行车系统,不会发生公路式的拥堵,人们的出行时间可以得到确保。
城市中常见的轨道交通通常有地铁,轻轨,有轨电车,三者之间区别很大。
地铁由电力牵引、轮轨导向、具有一定规模运量、按运行图行车,采用闭塞行车方式。
编组一般为6B、6A,8A和8B组成,供电方式为第三轨或接触网,网压为750V或1500V。
地铁的运力单向在3万人次/小时,最高可达6~8万人次/小时。
目前国内陆铁最高设计时速可达120km/h,线路以地下为主,地面和高架为辅。
轻轨电力牵引,轮轨导向,采用闭塞行车方式,最高时速可达80km,线路以地面和高架居多,部分采用地下,供电方式为接触网供电,网压750V,每小时单向客流量为0.6万-3万人次。
轻轨的编组和车体较地铁要小,一般为2-6节编组,车体为A型车。
轻轨具有建设周期短、运能高、灵活等优点,因此发展很快。
有轨电车有轨电车分为现代有轨电车和老式有轨电车,我国第一个出现老式有轨电车的城市是辽宁鞍山(当地该车为“摩电”)。
长春、大连也有这种老式有轨电车。
老式有轨电车轨距为1435mm,但轨道面比一般铁轨要细,无闭塞信号,采用接触网供电,单个车体运行,车体与普通大客车一般大小。
这种老式有轨电车噪音大,运量小且速度慢,已在上世纪90年初被淘汰。
现在城市中运行的都是现代有轨电车。
现代有轨电车采用接触网供电,2-3节编组,车体较轻轨稍小,每小时单向运力为2万人次左右。
来源:网络综合。
地铁与轻轨的对比.ppt

天津地铁照片
2、轻轨铁路 轻轨交通是在有轨电车的基础上发展起来的中等运量的城
市轨道交通系统。它车辆轴重较轻,施加在轨道上的荷载相对 于市郊铁路和地铁的荷载来说比较轻,称为轻轨。
现代轻轨系统具有行 车速度快、乘坐舒适、噪 音较低等优点。
长春轻轨
轻轨适用于中等运量,多采用全封闭或半封闭方式,实 行信号控制。其线路在市区部分可置于地下或高架,在郊区 部分一般多在地面运行。轻轨平均速度为20~25km/h,单 向高峰流量1~3万人次/h时采用。适用于道路坡道较大或 弯曲的大中城市,也可在特大城市配合地铁在郊区的延伸。 在运输能力上有较大的灵活性,其造价仅为地铁的1/5~l /3。
7、通风、空调和采暖 轻轨地面、高架线路和车站均不需要专门的通风 设备。车站和车厢内根据具体情况采用适当的采暖或 空调设备。
地铁设于地下时,产生热量和废气,需要增加机 械进行通风,车站和车厢内均须采用空调。
8、信号 轻轨列车的运行控制有人工/视觉控制、列车自 动防护系统(ATP)控制和列车自动控制系统(ATC)控制 3种类型,而地铁主要采用列车自动控制系统。
地铁与轻轨的对比
1、地下铁道 地下铁道过去是指修建在地下隧道中的铁路。现在定义 一个地下铁道,并不要求该系统的线路必须全部修建在地下 隧道内。 地铁线路以地下隧道 和高架线路为主,仅在郊 区地段采用地面线路。
东京地铁照片
地铁常建于城市中心地 区,其特点是运量大,能迅 速疏散旅客,不易堵塞,运 量可达4~6万人次/h,速 度可达30~60km/h,运行 采用全封闭信号控制,运行 间隔为2~2.5min,而且地 铁的安全、快速、准时是其 他轨道交通无法比拟的,但 其造价昂贵。
9、给排水系统 地铁、轻轨给水水源优先选用城市自来水,排水 方式优先利用城市排水系统,地面和高架排水设施类 似于地面铁路工程。
磁悬浮列车技术与传统轨道交通技术对比

磁悬浮列车技术与传统轨道交通技术对比悬浮列车是一种创新的交通工具,利用磁力原理悬浮在轨道上行驶。
与传统轨道交通技术相比,磁悬浮列车具有独特的优势和特点。
本文将通过比较磁悬浮列车技术与传统轨道交通技术的差异,解释其对交通系统带来的影响。
首先,磁悬浮列车采用了革命性的悬浮技术。
相比之下,传统轨道交通技术通常依赖于轮轨接触来提供支持和推动。
磁悬浮列车通过利用磁场产生的力量来悬浮在轨道上,消除了摩擦和震动,从而减少了能量损耗和噪音污染。
这意味着磁悬浮列车能够以更高的运行速度和更平稳的行驶体验进行运行,进一步提高了交通效率和乘客的舒适度。
其次,磁悬浮列车技术具有更高的速度潜力。
由于没有实体的轮轨接触,磁悬浮列车可以在高速情况下运行,而传统轨道交通技术的速度通常受到诸多限制。
事实上,一些磁悬浮列车已经成功实现了超过500公里/小时的运行速度,而传统铁路列车的最高速度则远低于此。
磁悬浮列车的高速运行将极大地缩短长距离的交通时间,为人们提供了更快捷的出行选择。
第三,磁悬浮列车技术具备更高的安全性能。
传统轨道交通技术通常依赖于车辆与轨道之间的物理接触来提供支持和稳定性。
然而,这也会导致车辆在速度较高或环境不稳定的情况下产生不稳定的摇摆和颤动。
相比之下,磁悬浮列车悬浮在轨道上,完全消除了车辆与轨道之间的物理摩擦。
这不仅提高了乘车舒适度,还减少了事故和故障的风险。
此外,磁悬浮列车技术还具备更好的适应性。
传统轨道交通技术需要大量的土地和基础设施来建造和运营轨道系统,而磁悬浮列车则可以通过悬浮在轨道上运行,大大减少了对地表的侵占。
这意味着磁悬浮列车可以更灵活地适应城市的空间布局和环境条件,减少了对土地资源的需求和对城市规划的限制。
最后,磁悬浮列车技术还具备更好的环境可持续性。
传统轨道交通技术通常依赖于燃油驱动或电力传输来提供动力,产生大量的温室气体和空气污染物。
相比之下,磁悬浮列车技术使用电磁场来提供动力,减少了对化石燃料的依赖和污染的产生。
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中低速磁悬浮在城市轨道交通中的运用磁悬浮技术的研究源于德国,1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,1934年他申请了磁悬浮列车的专利,1953年完成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。
20世纪70年代以后,世界工业化国家经济实力不断加强,为提高交通运输能力以适应经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始对磁悬浮运输系统进行开发,并取得令人瞩目的进展。
磁悬浮列车与传统轮轨列车不同,它用电磁力将列车浮起,导向和驱动。
在运行时不与轨道发生摩擦,中低速磁悬浮列车(时速小于200km)在运行时发出的噪声非常低。
此外,磁悬浮列车还具有速度高,制动快,爬坡能力强,转弯半径小,振动小,舒适性好等优点。
在修建城市轨道交通线路的造价攀升的情况下,中低速磁悬浮线的性能价格比好的优势得以显示出来。
1 磁悬浮技术的种类目前,载人试验获得成功的磁浮列车系统有3种,它们的磁悬原理和系统技术完全不同,不能兼容。
(1)用常导磁吸式(EMS)进行悬浮导向,同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。
以德国的TR(Trans rapid)磁浮列车系统为代表。
TR采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向,悬浮的气隙较小,一般为 10mm 左右;由地面一次控制的直线同步电机驱动。
我国上海机场磁悬浮线就是引进的德国 TR系统(2)采用超导磁斥式(EDS)进行悬浮和导向,同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。
高速超导磁悬浮列车以日本的ML系统为代表。
车上的超导线圈在低温下进入超导状态,通电后产生很强的磁场,列车运动时,超导磁体使线路上的导体产生感应电流,该电流也将产生磁场,并与车上的超导磁体形成斥力,使车辆悬浮(悬浮高度较大,一般为100mm左右)。
列车由地面一次控制的线性同步电机进行驱动,同步电机定子三相绕组铺设在地面线路两侧,无需通过弓网受电方式供电。
(3)采用常导磁吸式(EMS)进行悬浮和导向,异步短定子直线电机驱动的中低速磁浮列车系统。
以日本的HSST为代表,采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向,悬浮的气隙较小,一般为10mm左右,采用车载一次控制的直线感应电机驱动。
由于需要通过导电轨和受流器向车辆供电而限制了提速,列车最高速度比上述两种磁浮列车低。
日本于1974 年开始HSST 的开发,以最高速度以100~300km/h为目标速度,用于城市近郊运输以及市中心与机场之间的中转运输。
2 中低速磁悬浮交通系统组成中低速磁悬浮交通系统主要由线路、车辆、轨道、道岔、供电、信号、站场、等子系统构成。
城市轨道交通系统都是以车辆为核心进行设计、运营,中低速磁悬浮车辆与轮轨车辆在驱动方式、技术特征方面的根本差异,导致其他子系统技术上也有很大的变化,某些技术已经超出传统轨道交通的技术领域。
中低速磁悬浮交通系统供电、信号、线路、站场的设计与现运营的轨道交通系统理念、技术路线相同,可采用已有的成熟可靠的技术,仅针对磁悬浮车辆的技术特点进行专项设计和改进即可。
但车辆、轨道、道岔的设计策略由于磁悬浮技术的引入产生了根本性的变革,需要专业的研发、验证。
国内外研究机构、厂商已经进行了大量的前期工作,其中日本HSST中低速磁悬浮系统已经商业运营近10年,运行情况良好,充分展示了其技术成熟,独具特点和优势;国内也修建了实验线路,已证明是安全可靠的。
2.1 车辆技术从功能角度上看轨道车辆都是人员从一个地点安全、舒适地运送到另一个地点,车辆与人的人机界面都是一样的,与之对应的车体、座椅、门、空调、灯、PIS系统在技术层面不存在差异,可采用轨道车辆成熟技术甚至产品。
但如何开发运输装载人的车体则采用了不同的思路,用磁悬浮技术代替了车轮,随之必须用直线电机替代旋转电机和轮对组成的驱动系统,接着形成了承载车辆、悬挂电磁铁和直线电机的悬浮架,与之配合的轨道也变成了F轨形状。
从系统上看,正是磁悬浮技术的应用改变了整个系统的技术形态。
2.2磁悬浮技术磁悬浮系统有常导电磁吸力悬浮(Electrical Magnetic Suspension,EMS)、超导电动斥力悬浮、永久磁铁悬浮3种基本的悬浮方式。
这里讲述的车辆采用EMS技术。
磁悬浮系统由控制器、传感器、电磁铁、F轨道构成。
控制器采用二电平的H型斩波电路、电流环和位置双环PID控制策略。
测量间隙的传感器采用电涡流原理,冗余设计,以适应轨缝和提高可靠性。
电磁铁采用铝制导线绕制,选择具有导磁性好、强度足够高的钢材作为铁心和极板。
F轨道用耐候钢轧制而成。
国内乘凉磁悬浮系统的关键部件技术、控制技术已经得到充分验证,成熟可靠,技术水平完全满足工程化应用的需要。
电磁吸力型悬浮、导向原理示意图2.3直线电机牵引技术中低速磁悬浮列车采用短定子直线电机驱动方式,电机定子安装在车辆左右两侧,转子(铝材感应板)沿列车前进方向铺设在F轨道上。
受到悬浮架安装空间的限制,直线电机长度比较短,工程上每节车辆采用5串2并的方案实现电机三相平衡。
逆变主电路与地铁牵引系统采用相同技术,由高压电器箱、电抗器和牵引逆变器构成。
直线电机产生的垂直法向力对磁悬浮系统稳定有重要的影响。
一方面法向力增加了磁悬浮重量,法向力的变化还会影响磁悬浮系统控制的稳定性;另一方面磁悬浮气隙的变化会影响到直线感应电机牵引力的发挥。
为保证磁悬浮系统的稳定性和气隙的相对稳定,牵引控制采用恒滑差频率控制,使法向力控制调节随速度变化时比较平稳,实现牵引系统与磁悬浮系统的解耦,从而保证磁悬浮和直线电机牵引系统都能稳定运行,充分发挥各自的性能。
2.4 悬浮架技术悬浮架是磁悬浮车辆的走行机构,相当于轮轨车辆转向架,是列车实现悬浮、导向、牵引、制动的执行机构。
与轮轨车辆转向架相比,柔性悬浮架具有其特有的技术特征:1)通过电磁吸力实现支撑和导向中低速磁悬浮车辆悬浮架上电磁铁与轨道之间的电磁吸力支撑相当于轮轨转向架的一系悬挂,为车辆提供支撑和导向力。
2)左右模块相互解耦单悬浮架模块装配是直线电机、悬浮电磁铁、空气弹簧悬挂等多个重要部件的安装基础,由结构和功能相同的左右模块连接装配,采用螺栓、螺母、吊杆、抗侧滚梁、关节轴承等零部件装配而成,可以实现相互解耦。
这样车辆在起浮时悬浮架的垂向运动不会相互干扰,通过抗侧滚梁和关节球轴承可以实现纵向相对平动,使模块装配产生菱形变形。
当悬浮架模块通过曲线时,在电磁吸力的导向作用下,菱形变形后的左右模块沿曲线轨道径向排列,使模块与F轨道重合度达到最大,以保证车辆悬浮、导向和牵引能力损失最小,仅在预定的允许范围内波动。
3)采用迫导向径向机构和线性轴承当车辆进入曲线时,在离心力的作用下,先进入曲线的端部模块相对F轨道最先发生横向偏离,此时电磁吸引力立即产生横向分力,将模块拉向F轨道。
横向力通过滑台迫使该径向机构运动,带动中间滑台横向运动,迫使后进入曲线的中间模块沿曲线方向径向排列。
这种迫使导向机构显著降低了滑台的横移量,并将悬浮架所承担的横向力均匀地分配到各滑台上,提高了悬浮架曲线通过能力。
同时,线性轴承使车辆经过最小曲线时,悬浮架与车体之间的位移不会造成车体与悬浮架的脱离,保证平稳地经过最小曲线。
2.5 制动技术中低速磁悬浮列车的制动系统借鉴了成熟的地铁车辆制动技术,采用微机控制,具有以电制动优先、空气制动补充且能平滑过渡等特性。
由于磁悬浮列车没有车轮,所以采用气-液转换技术,将低气压转化为中高液压,以液压驱动制动夹钳抱紧F轨,有效解决因空间限制,制动夹钳结构尺寸小而不能满足制动力要求的问题。
制动夹钳2.6测速系统由于没有车轮,脉冲转速传感器测速方式无法在中低速磁悬浮列车上应用,常用非接触式的测速方法,如交叉感应环线和枕轨计数测速法。
交叉感应环线测速是通过在轨道上铺设交叉环线,在列车上安装车载感应线圈实现。
对交叉环线输入一定频率的交流信号,当列车线圈处于交叉环线正上方时,会产生最大感应电压,而位于相邻环线的交叉部分时,产生最小感应电压。
由此,当车辆运行时,感应线圈将产生按一定规律变化的感应电压,感应电压经处理形成脉冲信号,再经过适当的算法处理,可以得到列车当前的速度。
轨枕计数测速,采用接近感应式传感器检测轨枕的方法进行测速。
当列车运行经过轨枕时,相邻2个传感器都会产生脉冲信号,采集系统会自动记录2个脉冲信号上升沿的时间差,依据传感器之间的距离就可以计算出列车的速度。
3 轨道磁悬浮系统中的轨道是承载磁悬浮列车的钢轨,其作用与轮轨交通中的钢轨相同,但形式上有很大的差别。
轨道主要由感应板、F轨、紧固件、轨枕、扣件系统、混凝土承台组成。
其整条线路为有缝线路。
感应板采用铝型材感应板;F轨采用经济耐候钢,并进行防腐处理;轨枕可采用热轧H型钢轨枕或方钢轨枕,刚轨枕常采用经济耐候钢,并进行防腐处理;扣件是连接钢轨枕和承台的重要部件,结构较复杂,针对路基沉降、F轨形变实现三维调节,保证轨道的平顺度。
在实际铺设过程中,受到最大轨缝、热胀冷缩值的限制,还需要增加多种轨道接头,来保证轨道平滑顺畅。
系统需要传感器检测极板与轨道的间隙进行自动控制,对F轨道检测面的要求较高,若接缝处错位超差或出现折角,会对磁悬浮系统带来冲击,严重时会在接缝处响应异常,影响车辆运行。
F轨的磁极面与电磁铁构成磁回路,F轨2个磁极面的平行度、磁极面的平顺度都会影响磁悬浮系统性能及列车的运行性能。
4 道岔磁悬浮道岔系统作为磁悬浮交通线路中的重要组成部分,是实现车辆在线路或车场内进行换线、避让等操作的基本装置,为磁悬浮车辆高效运营管理提供了必要条件。
传统铁路道岔只移动尖轨和心轨,基本轨保持不动。
因为中低速磁悬浮车辆是抱轨形式,支撑方式使得磁悬浮道岔必须采用整体移梁的方式实现线路转换。
按照线路转换的需求,中低速磁悬浮道岔可以分为单开道岔、对开道岔、多开道岔、单渡线道岔组合和交叉渡线道岔组合。
道岔的转换控制分为远程控制、现场控制和手动控制3种模式。
在远程控制模式下,由运控系统向道岔控制系统发出转换指令,道岔系统自动完成解锁、转换、锁闭,并判断是否到位,当确认转换到位后,向运控系统输出位置表示信号,切断给定信号,完成转换过程。
在实际运营线路中,《中低速磁悬浮道岔系统设备技术条件》规定道岔转辄时间不大于15s。
5 供电系统中低速磁悬浮交通供电系统的结构及设备配置与其他形式的城市轨道交通系统一致,但在受流方式、接地方式和漏电保护装置等方面存在差异。
1)三轨受流四轨回流的侧部受流方式中低速磁悬浮列车运行时与走行轨无接触,且走行轨被作为直线电机的一极,不能再承担牵引负荷回流的作用。
系统必须为车辆提供供电与回流2个通道,若采用接触网--受电弓形式,则必须架设2条接触线路,车辆上配置2个受电弓,这样系统复杂,也会影响景观效果,所以磁悬浮交通线路均使用第三轨受流、第四轨回流的接触轨--集电靴方式,这样结合车辆抱轨形式节约空间,同时负极轨回流从源头上杜绝杂散电流的产生,对地下设施和金属构筑的腐蚀降到最低。