Treni ya sumaku ya DIY. Treni za kuinua sumaku - Maglev

Zaidi ya miaka mia mbili imepita tangu wakati ambapo wanadamu waligundua injini za kwanza za mvuke. Hata hivyo, usafiri wa reli ya ardhini, kusafirisha abiria na mizigo mizito kwa kutumia nguvu ya umeme na mafuta ya dizeli, bado ni jambo la kawaida sana.

Inafaa kusema kuwa miaka hii yote, wahandisi na wavumbuzi wamekuwa wakifanya kazi kwa bidii katika kuunda njia mbadala za harakati. Matokeo ya kazi yao yalikuwa treni za kuinua sumaku.

Historia ya kuonekana

Wazo lenyewe la kuunda treni za kuinua sumaku liliendelezwa kikamilifu mwanzoni mwa karne ya ishirini. Hata hivyo, haikuwezekana kutekeleza mradi huu wakati huo kwa sababu kadhaa. Uzalishaji wa treni hiyo ulianza tu mwaka wa 1969. Wakati huo ndipo wimbo wa magnetic ulianza kuwekwa kwenye eneo la Jamhuri ya Shirikisho la Ujerumani, ambalo gari jipya lilipaswa kupita, ambalo baadaye liliitwa treni ya Maglev. Ilizinduliwa mwaka wa 1971. Treni ya kwanza ya maglev, inayoitwa Transrapid-02, ilipita kwenye njia ya sumaku.

Ukweli wa kuvutia ni kwamba wahandisi wa Ujerumani walitengeneza gari mbadala kulingana na maelezo yaliyoachwa na mwanasayansi Hermann Kemper, ambaye mwaka wa 1934 alipokea patent kuthibitisha uvumbuzi wa ndege ya magnetic.

Transrapid-02 haiwezi kuitwa haraka sana. Inaweza kusonga kwa kasi ya juu ya kilomita 90 kwa saa. Uwezo wake pia ulikuwa chini - watu wanne tu.

Mnamo 1979, mfano wa hali ya juu zaidi wa maglev uliundwa. Treni hii, inayoitwa Transrapid-05, tayari inaweza kubeba abiria sitini na wanane. Ilihamia kwenye mstari uliopo katika jiji la Hamburg, ambalo urefu wake ulikuwa mita 908. Kasi ya juu zaidi ambayo treni hii ilitengeneza ilikuwa kilomita sabini na tano kwa saa.

Pia mnamo 1979, mfano mwingine wa maglev ulitolewa huko Japan. Iliitwa "ML-500". Treni ya Kijapani ya kuinua sumaku ilifikia kasi ya hadi kilomita mia tano na kumi na saba kwa saa.

Ushindani

Kasi ambayo treni za mwendo wa sumaku zinaweza kufikia inaweza kulinganishwa na kasi ya ndege. Katika suala hili, aina hii ya usafiri inaweza kuwa mshindani mkubwa kwa mashirika ya ndege ambayo yanafanya kazi kwa umbali wa kilomita elfu. Matumizi mengi ya maglev yanazuiwa na ukweli kwamba hawawezi kusonga kwenye nyuso za reli za jadi. Treni za levitation za sumaku zinahitaji ujenzi wa barabara kuu maalum. Na hii inahitaji uwekezaji mkubwa wa mtaji. Inaaminika pia kuwa uwanja wa sumaku iliyoundwa kwa maglevs unaweza kuathiri vibaya mwili wa mwanadamu, ambayo itaathiri vibaya afya ya dereva na wakaazi wa mikoa iliyo karibu na njia kama hiyo.

Kanuni ya uendeshaji

Treni za levitation za sumaku ni aina maalum ya usafiri. Wakati maglev inasonga, inaonekana kuelea juu ya njia ya reli bila kuigusa. Hii hutokea kwa sababu gari linaendeshwa na nguvu ya uwanja wa sumaku ulioundwa kwa njia bandia. Hakuna msuguano wakati maglev inasonga. Nguvu ya kusimama katika kesi hii ni drag ya aerodynamic.

Inafanyaje kazi? Kila mmoja wetu anajua kuhusu mali ya msingi ya sumaku kutoka kwa masomo ya fizikia ya darasa la sita. Ikiwa sumaku mbili zitaletwa karibu kwa kila mmoja na miti yao ya kaskazini, zitafukuzana. Kinachojulikana kama mto wa sumaku huundwa. Wakati miti tofauti imeunganishwa, sumaku zitavutia kila mmoja. Kanuni hii rahisi ndiyo msingi wa mwendo wa treni ya maglev, ambayo huteleza kihalisi angani kwa umbali mfupi kutoka kwenye reli.

Hivi sasa, teknolojia mbili tayari zimetengenezwa kwa msaada wa mto wa magnetic au kusimamishwa umeanzishwa. Ya tatu ni ya majaribio na inapatikana tu kwenye karatasi.

Kusimamishwa kwa sumakuumeme

Teknolojia hii inaitwa EMS. Inategemea nguvu ya uwanja wa umeme, ambayo hubadilika kwa muda. Inasababisha levitation (kupanda hewani) ya maglev. Ili kusonga treni katika kesi hii, reli za T-umbo zinahitajika, ambazo zinafanywa kwa conductor (kawaida chuma). Kwa njia hii, uendeshaji wa mfumo ni sawa na reli ya kawaida. Hata hivyo, treni hiyo ina sumaku zinazotegemeza na kuongoza badala ya magurudumu. Wao huwekwa sawa na stators za ferromagnetic ziko kando ya karatasi yenye umbo la T.

Hasara kuu ya teknolojia ya EMS ni haja ya kudhibiti umbali kati ya stator na sumaku. Na hii licha ya ukweli kwamba inategemea mambo mengi, ikiwa ni pamoja na hali isiyo imara ya mwingiliano wa umeme. Ili kuzuia kusimamishwa kwa ghafla kwa gari moshi, betri maalum zimewekwa juu yake. Wana uwezo wa kuchaji jenereta za mstari zilizojengwa ndani ya sumaku za usaidizi, na kwa hivyo kudumisha mchakato wa kuinua kwa muda mrefu.

Ufungaji wa treni kulingana na teknolojia ya EMS hufanywa na motor ya laini ya kasi ya chini. Inawakilishwa na sumaku za msaada, pamoja na uso wa barabara ambayo maglev huelea. Kasi na msukumo wa treni unaweza kurekebishwa kwa kubadilisha mzunguko na nguvu ya mkondo unaopishana unaozalishwa. Ili kupunguza kasi, inatosha kubadilisha mwelekeo wa mawimbi ya sumaku.

Kusimamishwa kwa Electrodynamic

Kuna teknolojia ambayo harakati ya maglev hutokea kupitia mwingiliano wa nyanja mbili. Mmoja wao ameundwa kwenye barabara kuu, na pili kwenye bodi ya treni. Teknolojia hii inaitwa EDS. Treni ya kuinua sumaku ya Kijapani JR-Maglev ilijengwa kwa msingi wake.

Mfumo huu una tofauti fulani kutoka kwa EMS, ambapo sumaku za kawaida hutumiwa, ambayo sasa ya umeme hutolewa kutoka kwa coils tu wakati nguvu inatumiwa.

Teknolojia ya EDS inamaanisha ugavi wa mara kwa mara wa umeme. Hii hutokea hata kama ugavi wa umeme umezimwa. Vipu vya mfumo huo vina vifaa vya baridi vya cryogenic, ambayo inaruhusu kuokoa kiasi kikubwa cha umeme.

Manufaa na hasara za teknolojia ya EDS

Upande mzuri wa mfumo unaofanya kazi kwenye kusimamishwa kwa electrodynamic ni utulivu wake. Hata kupunguzwa kidogo au kuongezeka kwa umbali kati ya sumaku na turubai inadhibitiwa na nguvu za kukataa na kuvutia. Hii inaruhusu mfumo kubaki katika hali isiyobadilika. Kwa teknolojia hii, hakuna haja ya kufunga umeme kwa udhibiti. Hakuna haja ya vifaa vya kurekebisha umbali kati ya blade na sumaku.

Teknolojia ya EDS ina hasara fulani. Kwa hivyo, nguvu ya kutosha kuinua treni inaweza tu kutokea kwa mwendo wa kasi. Ndiyo maana maglevs wana vifaa vya magurudumu. Wanahakikisha harakati zao kwa kasi ya hadi kilomita mia moja kwa saa. Hasara nyingine ya teknolojia hii ni nguvu ya msuguano ambayo hutokea nyuma na mbele ya sumaku za kukataa kwa kasi ya chini.

Kwa sababu ya uwanja wenye nguvu wa sumaku, ulinzi maalum lazima umewekwa kwenye sehemu ya abiria. Vinginevyo, mtu aliye na pacemaker ya elektroniki ni marufuku kusafiri. Ulinzi pia unahitajika kwa vyombo vya habari vya kuhifadhi sumaku (kadi za mkopo na HDD).

Teknolojia chini ya maendeleo

Mfumo wa tatu, ambao kwa sasa upo kwenye karatasi tu, ni matumizi ya sumaku za kudumu katika toleo la EDS, ambazo hazihitaji nishati kuanzishwa. Hivi majuzi tu ilifikiriwa kuwa hii haiwezekani. Watafiti waliamini kuwa sumaku za kudumu hazina nguvu ya kusababisha treni kuruka. Hata hivyo, tatizo hili liliepukwa. Ili kutatua tatizo hili, sumaku ziliwekwa katika "safu ya Halbach." Mpangilio huu unasababisha kuundwa kwa shamba la magnetic si chini ya safu, lakini juu yake. Hii husaidia kudumisha mteremko wa treni hata kwa kasi ya takriban kilomita tano kwa saa.

Mradi huu bado haujapata utekelezaji wa vitendo. Hii inaelezwa na gharama kubwa ya safu zilizofanywa kwa sumaku za kudumu.

Faida za maglevs

Kipengele cha kuvutia zaidi cha treni za kuinua sumaku ni matarajio yao kufikia kasi ya juu, ambayo itawawezesha maglevs kushindana hata na ndege za ndege katika siku zijazo. Aina hii ya usafiri ni ya kiuchumi kabisa katika suala la matumizi ya umeme. Gharama za uendeshaji wake pia ni za chini. Hii inawezekana kwa sababu ya kutokuwepo kwa msuguano. Kelele ya chini ya maglevs pia inapendeza, ambayo itakuwa na athari nzuri juu ya hali ya mazingira.

Mapungufu

Upande wa chini wa maglevs ni kwamba kiasi kinachohitajika kuunda ni kubwa sana. Gharama za matengenezo ya wimbo pia ni kubwa. Kwa kuongeza, aina ya usafiri inayozingatiwa inahitaji mfumo tata wa nyimbo na vyombo vya ultra-sahihi vinavyodhibiti umbali kati ya uso wa barabara na sumaku.

Utekelezaji wa mradi huko Berlin

Katika mji mkuu wa Ujerumani mwaka wa 1980, mfumo wa kwanza wa aina ya maglev unaoitwa M-Bahn ulifunguliwa. Urefu wa barabara ulikuwa kilomita 1.6. Treni ya kuruka juu ya sumaku ilisafiri kati ya vituo vitatu vya metro wikendi. Usafiri wa abiria ulikuwa bure. Baada ya kuanguka kwa Ukuta wa Berlin, idadi ya watu wa jiji hilo karibu iliongezeka maradufu. Ilikuwa ni lazima kuunda mitandao ya usafiri yenye uwezo wa kuhakikisha trafiki kubwa ya abiria. Ndio maana mnamo 1991 ukanda wa sumaku ulibomolewa, na ujenzi wa metro ulianza mahali pake.

Birmingham

Katika jiji hili la Ujerumani, maglev ya kasi ya chini iliunganishwa kutoka 1984 hadi 1995. uwanja wa ndege na kituo cha reli. Urefu wa njia ya sumaku ilikuwa mita 600 tu.

Barabara hiyo ilifanya kazi kwa muda wa miaka kumi na kufungwa kutokana na malalamiko mengi kutoka kwa abiria kuhusu kero iliyopo. Baadaye, usafiri wa reli moja ulibadilisha maglev kwenye sehemu hii.

Shanghai

Reli ya kwanza ya sumaku huko Berlin ilijengwa na kampuni ya Ujerumani Transrapid. Kushindwa kwa mradi haukuwazuia watengenezaji. Waliendelea na utafiti wao na kupokea agizo kutoka kwa serikali ya China, ambayo iliamua kujenga wimbo wa maglev nchini. Uwanja wa ndege wa Shanghai na Pudong umeunganishwa kwa njia hii ya kasi ya juu (hadi kilomita 450 kwa saa).

Barabara hiyo yenye urefu wa kilomita 30 ilifunguliwa mwaka wa 2002. Mipango ya baadaye ni pamoja na upanuzi wake hadi kilomita 175.

Japani

Nchi hii iliandaa maonyesho ya Expo-2005 mnamo 2005. Kwa ufunguzi wake, wimbo wa sumaku wa urefu wa kilomita 9 ulianzishwa. Kuna vituo tisa kwenye mstari. Maglev hutumikia eneo lililo karibu na ukumbi wa maonyesho.

Maglevs inachukuliwa kuwa usafiri wa siku zijazo. Tayari mnamo 2025, imepangwa kufungua barabara kuu mpya katika nchi kama vile Japan. Treni hiyo ya kuruka kwa sumaku itasafirisha abiria kutoka Tokyo hadi moja ya maeneo ya katikati mwa kisiwa hicho. Kasi yake itakuwa 500 km/h. Mradi huo utahitaji takriban dola bilioni arobaini na tano.

Av. Lyudmila Frolova Januari 19, 2015 http://fb.ru/article/165360/po...

Treni ya magnetoplane ya Kijapani yavunja rekodi ya kasi tena

Treni hiyo itasafiri umbali wa kilomita 280 kwa dakika 40 pekee.

Treni ya mwendo wa kasi ya Kijapani, au maglev, imevunja rekodi yake ya kasi, na kufikia kilomita 603 kwa saa wakati wa majaribio karibu na Fuji.

Rekodi ya awali - 590 km / h - iliwekwa naye wiki iliyopita.

JR Central, ambayo inamiliki treni hizo, inalenga kuwa nazo kwenye njia ya Tokyo-Nagoya ifikapo 2027.

Treni hiyo itasafiri umbali wa kilomita 280 kwa dakika 40 pekee.

Wakati huo huo, kulingana na usimamizi wa kampuni, hawatabeba abiria kwa kasi ya juu: itaharakisha "tu" hadi 505 km / h. Lakini hii pia ni kubwa zaidi kuliko kasi ya treni ya haraka zaidi ya Kijapani leo, Shinkansen, ambayo inashughulikia umbali wa kilomita 320 kwa saa.

Abiria hawataonyeshwa rekodi za kasi, lakini zaidi ya kilomita 500 / h zitatosha kwao

Gharama ya kujenga barabara ya mwendokasi hadi Nagoya itakuwa karibu dola bilioni 100, kutokana na ukweli kwamba zaidi ya 80% ya njia hiyo itapitia vichuguu.

Kufikia 2045, treni za Maglev zinatarajiwa kusafiri kutoka Tokyo hadi Osaka kwa saa moja tu, na kupunguza muda wa kusafiri kwa nusu.

Takriban washiriki 200 walikusanyika kutazama majaribio ya treni ya risasi.

"Ninapata shida, nataka sana kupanda treni hii," mmoja wa watazamaji aliambia televisheni ya NHK "Ni kama ukurasa mpya wa historia umefunguliwa kwa ajili yangu."

"Kadiri treni inavyosonga, ndivyo inavyokuwa thabiti, kwa hivyo nadhani ubora wa safari umeboreka," anasema Yasukazu Endo, mkuu wa utafiti wa JR Central.

Treni mpya zitazinduliwa kwenye njia ya Tokyo-Nagoya kufikia 2027

Japani kwa muda mrefu imekuwa na mtandao wa barabara za mwendo kasi kwenye reli za chuma zinazoitwa Shinkansen. Hata hivyo, kwa kuwekeza katika teknolojia mpya ya treni ya kuinua sumaku, Wajapani wanatarajia kuwa na uwezo wa kuisafirisha nje ya nchi.

Katika ziara yake nchini Marekani, Waziri Mkuu wa Japan Shinzo Abe anatarajiwa kutoa msaada katika ujenzi wa barabara kuu ya mwendo kasi kati ya New York na Washington.

Kwa machapisho mengine katika mfululizo "Usafiri wa Juu wa Kasi ya Juu" na "Usafiri wa Juu wa Ndani" tazama:

Supersonic vacuum "treni" - Hyperloop. Kutoka kwa mfululizo "Usafiri wa juu wa kasi."

Mfululizo "Usafiri wa Ndani wa Kuahidi". Treni mpya ya umeme EP2D

Bonasi ya video

Treni za kuinua sumaku na treni za maglev ndio njia ya haraka zaidi ya usafiri wa umma wa ardhini. Na ingawa ni nyimbo tatu ndogo tu ambazo zimetumika kufikia sasa, utafiti na majaribio ya mifano ya sumaku ya treni inafanyika katika nchi tofauti. Jinsi teknolojia ya levitation ya magnetic imeendelea na nini kinasubiri katika siku za usoni utajifunza kutoka kwa makala hii.

Kurasa za kwanza za historia ya Maglev zilijazwa na safu ya ruhusu zilizopokelewa mwanzoni mwa karne ya 20 katika nchi tofauti. Huko nyuma mnamo 1902, mvumbuzi wa Kijerumani Alfred Seiden alipewa hati miliki ya muundo wa treni iliyo na injini ya mstari. Na miaka minne baadaye, Franklin Scott Smith alitengeneza mfano mwingine wa mapema wa treni ya kusimamishwa kwa sumakuumeme. Baadaye kidogo, katika kipindi cha 1937 hadi 1941, mhandisi wa Ujerumani Hermann Kemper alipokea hati miliki kadhaa zaidi zinazohusiana na treni zilizo na motors za umeme za mstari. Kwa njia, hisa inayozunguka ya mfumo wa usafiri wa monorail ya Moscow, iliyojengwa mwaka wa 2004, hutumia motors za mstari wa asynchronous kwa harakati - hii ni monorail ya kwanza ya dunia yenye motor linear.

Treni ya mfumo wa monorail ya Moscow karibu na kituo cha Teletsentr

Mwishoni mwa miaka ya 1940, watafiti walihama kutoka kwa maneno hadi kwa vitendo. Mhandisi wa Uingereza Eric Lazethwaite, ambaye wengi humwita "baba wa maglevs," aliweza kuunda mfano wa kwanza wa ukubwa kamili wa injini ya uingizaji wa mstari. Baadaye katika miaka ya 1960, alijiunga na ukuzaji wa treni ya risasi ya Tracked Hovercraft. Kwa bahati mbaya, mradi ulifungwa mnamo 1973 kwa sababu ya ukosefu wa pesa.

Mnamo 1979, mfano wa kwanza wa ulimwengu wa treni ya kuinua sumaku, iliyopewa leseni ya utoaji wa huduma za usafirishaji wa abiria, Njia ya majaribio ya urefu wa 908 m ilijengwa huko Hamburg na kuwasilishwa wakati wa maonyesho ya IVA 79 kubwa sana kwamba Transrapid 05 iliweza kufanya kazi kwa mafanikio kwa miezi mingine mitatu baada ya kumalizika kwa maonyesho na kusafirisha jumla ya abiria elfu 50. Kasi ya juu ya treni hii ilikuwa 75 km / h.

Na ndege ya kwanza ya sumaku ya kibiashara ilionekana mnamo 1984 huko Birmingham, Uingereza. Njia ya reli ya maglev iliunganisha kituo cha Uwanja wa Ndege wa Kimataifa wa Birmingham na kituo cha gari moshi cha karibu. Alifanya kazi kwa mafanikio kutoka 1984 hadi 1995. Urefu wa mstari ulikuwa m 600 tu, na urefu ambao treni yenye motor ya mstari wa asynchronous ilipanda juu ya uso wa barabara ilikuwa milimita 15. Mnamo 2003, mfumo wa usafirishaji wa abiria wa AirRail Link kulingana na teknolojia ya Cable Liner ulijengwa mahali pake.

Katika miaka ya 1980, maendeleo na utekelezaji wa miradi ya kuunda treni za kuinua sumaku za kasi zilianza sio tu nchini Uingereza na Ujerumani, lakini pia huko Japan, Korea, Uchina na USA.

Inavyofanya kazi

Tumejua kuhusu sifa za kimsingi za sumaku tangu masomo ya fizikia ya daraja la 6. Ikiwa unaleta pole ya kaskazini ya sumaku ya kudumu karibu na pole ya kaskazini ya sumaku nyingine, watafukuzana. Ikiwa moja ya sumaku imegeuka, kuunganisha miti tofauti, inavutia. Kanuni hii rahisi inapatikana katika treni za maglev, ambazo huteleza angani juu ya reli kwa umbali mfupi.

Teknolojia ya kusimamishwa kwa sumaku inategemea mifumo midogo mitatu: levitation, utulivu na kuongeza kasi. Wakati huo huo, kwa sasa kuna teknolojia mbili kuu za kusimamishwa kwa sumaku na moja ya majaribio, iliyothibitishwa kwenye karatasi tu.

Treni zilizojengwa kwa teknolojia ya kusimamishwa kwa sumakuumeme (EMS) hutumia uga wa sumakuumeme kwa kuruka, ambayo nguvu yake hubadilika kulingana na wakati. Aidha, utekelezaji wa vitendo wa mfumo huu ni sawa na uendeshaji wa usafiri wa kawaida wa reli. Hapa, kitanda cha reli cha umbo la T hutumiwa, kilichofanywa kwa kondakta (zaidi ya chuma), lakini treni hutumia mfumo wa sumaku-umeme - msaada na miongozo - badala ya jozi za magurudumu. Sumaku za usaidizi na mwongozo ziko sambamba na stator za ferromagnetic ziko kwenye kando ya njia ya umbo la T. Hasara kuu ya teknolojia ya EMS ni umbali kati ya sumaku ya kumbukumbu na stator, ambayo ni milimita 15 na inapaswa kudhibitiwa na kurekebishwa na mifumo maalum ya automatiska kulingana na mambo mengi, ikiwa ni pamoja na hali ya kutofautiana ya mwingiliano wa umeme. Kwa njia, mfumo wa levitation hufanya kazi kwa shukrani kwa betri zilizowekwa kwenye bodi ya treni, ambayo huchajiwa na jenereta za mstari zilizojengwa kwenye sumaku za msaada. Kwa hivyo, ikiwa itasimama, treni itaweza kuruka kwa muda mrefu kwenye betri. Treni za Transrapid na, haswa, treni ya Shanghai Maglev imejengwa kwa msingi wa teknolojia ya EMS.

Treni kulingana na teknolojia ya EMS huendeshwa na kuwekewa breki kwa kutumia injini ya mstari yenye kasi ya chini inayowakilishwa na sumaku za usaidizi na njia ambayo ndege ya sumaku huelea juu yake. Kwa ujumla, mfumo wa gari uliojengwa ndani ya turubai ni stator ya kawaida (sehemu ya stationary ya motor ya umeme) iliyowekwa chini ya turubai, na sumaku za umeme za msaada, kwa upande wake, hufanya kazi kama silaha ya gari la umeme. Kwa hivyo, badala ya kutoa torque, mkondo unaopishana kwenye koili hutokeza uga wa sumaku wa mawimbi ya msisimko, ambayo husogeza treni bila kugusa. Kubadilisha nguvu na mzunguko wa sasa mbadala inakuwezesha kurekebisha traction na kasi ya treni. Ili kupunguza kasi, unahitaji tu kubadilisha mwelekeo wa shamba la magnetic.

Katika kesi ya kutumia teknolojia ya kusimamishwa kwa umeme (EDS), utelezaji unafanywa na mwingiliano wa uwanja wa sumaku kwenye turubai na uwanja ulioundwa na sumaku zinazoongoza kwenye treni. Treni za Kijapani JR-Maglev zimejengwa kwa msingi wa teknolojia ya EDS. Tofauti na teknolojia ya EMS, ambayo hutumia sumaku-umeme za kawaida na koili zinazopitisha umeme wakati nguvu inatumika tu, sumaku-umeme zinazopitisha umeme zaidi zinaweza kupitisha umeme hata baada ya chanzo cha nguvu kuondolewa, kama vile wakati wa kukatika kwa umeme. Kwa kupoza coils katika mfumo wa EDS, unaweza kuokoa nishati nyingi. Hata hivyo, mfumo wa baridi wa cryogenic unaotumiwa kudumisha joto la chini katika koili unaweza kuwa ghali kabisa.

Faida kuu ya mfumo wa EDS ni utulivu wake wa juu - kwa kupunguzwa kidogo kwa umbali kati ya karatasi na sumaku, nguvu ya kuchukiza inatokea, ambayo inarudisha sumaku kwa nafasi yao ya asili, wakati kuongeza umbali hupunguza nguvu ya kuchukiza na kuongezeka. nguvu ya kuvutia, ambayo inaongoza tena kwa utulivu wa mfumo. Katika kesi hii, hakuna vifaa vya elektroniki vinavyohitajika kudhibiti na kurekebisha umbali kati ya treni na wimbo.

Kweli, pia kuna baadhi ya vikwazo hapa - nguvu ya kutosha kuinua treni hutokea tu kwa kasi ya juu. Kwa sababu hii, treni ya EDS lazima iwe na magurudumu ambayo yanaweza kufanya kazi kwa kasi ya chini (hadi 100 km / h). Mabadiliko yanayolingana lazima pia yafanywe kwa urefu wote wa njia, kwa kuwa treni inaweza kusimama mahali popote kutokana na hitilafu za kiufundi.

Ubaya mwingine wa EDS ni kwamba kwa kasi ya chini, nguvu ya msuguano inakua mbele na nyuma ya sumaku za kurudisha nyuma kwenye wavuti, ambayo hufanya dhidi yao. Hii ni moja ya sababu kwa nini JR-Maglev aliachana na mfumo wa kuchukiza kabisa na akatazama mfumo wa utelezi wa nyuma.

Pia ni muhimu kuzingatia kwamba mashamba yenye nguvu ya magnetic katika sehemu ya abiria yanahitaji ufungaji wa ulinzi wa magnetic. Bila kinga, kusafiri kwa gari kama hilo ni marufuku kwa abiria walio na pacemaker ya elektroniki ya moyo au media ya kuhifadhi sumaku (HDD na kadi za mkopo).

Mfumo mdogo wa kuongeza kasi katika treni kulingana na teknolojia ya EDS hufanya kazi kwa njia sawa na katika treni kulingana na teknolojia ya EMS, isipokuwa kwamba baada ya mabadiliko ya polarity, stators huacha kwa muda.

Teknolojia ya tatu, karibu na utekelezaji, ambayo kwa sasa ipo tu kwenye karatasi, ni toleo la EDS na sumaku za kudumu za Inductrack, ambazo hazihitaji nishati ili kuamsha. Hadi hivi majuzi, watafiti waliamini kuwa sumaku za kudumu hazina nguvu ya kutosha kuinua treni. Hata hivyo, tatizo hili lilitatuliwa kwa kuweka sumaku katika kile kinachoitwa "safu ya Halbach". Sumaku ziko kwa njia ambayo shamba la sumaku linatokea juu ya safu, na sio chini yake, na zina uwezo wa kudumisha upitishaji wa treni kwa kasi ya chini sana - karibu 5 km / h. Kweli, gharama ya safu hizo za sumaku za kudumu ni za juu sana, ndiyo sababu hakuna mradi mmoja wa kibiashara wa aina hii bado.

Kitabu cha kumbukumbu cha Guinness

Kwa sasa, nafasi ya kwanza katika orodha ya treni za kuinua sumaku za kasi zaidi inachukuliwa na suluhisho la Kijapani JR-Maglev MLX01, ambayo mnamo Desemba 2, 2003 iliweza kufikia kasi ya rekodi ya 581 km / h kwenye wimbo wa majaribio huko Yamanashi. . Ni vyema kutambua kwamba JR-Maglev MLX01 ina rekodi kadhaa zaidi zilizowekwa kati ya 1997 na 1999 - 531, 550, 552 km / h.

Ikiwa unatazama washindani wako wa karibu, kati yao ni muhimu kuzingatia Shanghai maglev Transrapid SMT, iliyojengwa nchini Ujerumani, ambayo iliweza kufikia kasi ya 501 km / h wakati wa majaribio mwaka 2003, na mtangulizi wake - Transrapid 07, ambayo ilizidi 436 km / h nyuma mnamo 1988

Utekelezaji wa vitendo

Treni ya umeme ya Linimo, iliyoanza kufanya kazi Machi 2005, ilitengenezwa na Chubu HSST na bado inatumika nchini Japani. Inaendesha kati ya miji miwili katika Wilaya ya Aichi. Urefu wa turubai ambayo maglev huelea juu yake ni kama kilomita 9 (vituo 9). Wakati huo huo, kasi ya juu ya Linimo ni 100 km / h. Hii haikuizuia kubeba abiria zaidi ya milioni 10 wakati wa miezi mitatu ya kwanza ya uzinduzi wake pekee.

Maarufu zaidi ni Shanghai Maglev, iliyoundwa na kampuni ya Ujerumani Transrapid na kuanza kufanya kazi mnamo Januari 1, 2004. Njia hii ya reli ya maglev inaunganisha Kituo cha Lu cha Shanghai Longyang na Uwanja wa Ndege wa Kimataifa wa Pudong. Umbali wa jumla ni kilomita 30, treni inaifunika kwa takriban dakika 7.5, kuharakisha hadi kasi ya 431 km / h.

Njia nyingine ya reli ya maglev inafanya kazi kwa mafanikio huko Daejeon, Korea Kusini. UTM-02 ilipatikana kwa abiria mnamo Aprili 21, 2008, na ilichukua miaka 14 kuunda na kuunda. Njia ya reli ya maglev inaunganisha Jumba la Makumbusho la Kitaifa la Sayansi na Mbuga ya Maonyesho, ambayo ni umbali wa kilomita 1 tu.

Miongoni mwa treni za kuinua sumaku ambazo zitaanza kufanya kazi katika siku za usoni, inafaa kuzingatia Maglev L0 huko Japani, upimaji wake umeanza tena. Inatarajiwa kufanya kazi kwenye njia ya Tokyo-Nagoya ifikapo 2027.

Toy ya gharama kubwa sana

Sio zamani sana, majarida maarufu yanayoitwa levitation ya sumaku hufunza usafirishaji wa mapinduzi, na uzinduzi wa miradi mpya ya mifumo kama hiyo iliripotiwa kwa ukawaida unaowezekana na kampuni za kibinafsi na mamlaka kutoka ulimwenguni kote. Walakini, nyingi ya miradi hii mikubwa ilifungwa katika hatua za awali, na njia zingine za reli ya maglev, ingawa ziliweza kuhudumia watu kwa muda mfupi, baadaye zilivunjwa.

Sababu kuu ya kushindwa ni kwamba treni za maglev ni ghali sana. Wanahitaji miundombinu iliyojengwa mahsusi kwao kutoka mwanzo, ambayo, kama sheria, ndio kitu cha gharama zaidi katika bajeti ya mradi. Kwa mfano, Shanghai Maglev iligharimu China dola bilioni 1.3, au dola milioni 43.6 kwa kila kilomita 1 ya njia ya njia mbili (pamoja na gharama za kuunda treni na vituo vya ujenzi). Treni za kuruka sumaku zinaweza kushindana na mashirika ya ndege kwenye njia ndefu pekee. Lakini basi tena, kuna maeneo machache duniani yenye trafiki ya kutosha ya abiria kufanya njia ya reli ya maglev ifae.

Nini kinafuata?

Kwa sasa, mustakabali wa treni za maglev hauonekani wazi, kwa kiasi kikubwa kutokana na gharama kubwa ya juu ya miradi kama hiyo na muda mrefu wa malipo. Wakati huo huo, nchi nyingi zinaendelea kuwekeza kiasi kikubwa cha fedha katika miradi ya reli ya kasi (HSR). Si muda mrefu uliopita, majaribio ya mwendo kasi wa treni ya kuinua sumaku ya Maglev L0 ilianza tena nchini Japani.

Serikali ya Japani pia inatarajia kuvutia Marekani katika treni zake za kuelea za sumaku. Hivi majuzi, wawakilishi wa kampuni ya The Northeast Maglev, inayopanga kuunganisha Washington na New York kwa kutumia njia ya reli ya maglev, walifanya ziara rasmi nchini Japani. Labda treni za maglev zitaenea zaidi katika nchi zilizo na mtandao wa reli ya mwendo kasi usio na ufanisi. Kwa mfano, huko USA na Uingereza, lakini gharama zao bado zitabaki juu.

Kuna hali nyingine ya maendeleo ya matukio. Kama inavyojulikana, mojawapo ya njia za kuongeza ufanisi wa treni za kuinua sumaku ni matumizi ya superconductors, ambayo, wakati imepozwa kwa joto karibu na sifuri kabisa, hupoteza kabisa upinzani wa umeme. Walakini, kuweka sumaku kubwa kwenye tangi za kioevu baridi sana ni ghali sana, kwani "friji" kubwa zinahitajika ili kudumisha hali ya joto inayotaka, ambayo huongeza gharama zaidi.

Lakini hakuna mtu anayeondoa uwezekano kwamba katika siku za usoni, taa za fizikia zitaweza kuunda dutu ya bei ghali ambayo huhifadhi mali ya superconducting hata kwa joto la kawaida. Mara tu utendakazi wa hali ya juu utakapopatikana kwa joto la juu, nyuga zenye nguvu za sumaku zenye uwezo wa kushikilia magari na treni zilizosimamishwa zitafikiwa sana hivi kwamba hata "magari ya kuruka" yatafaidika kiuchumi. Kwa hivyo tunasubiri habari kutoka kwa maabara.

Magnetoplane au Maglev (kutoka kwa levitation ya sumaku ya Kiingereza) ni treni kwenye kusimamishwa kwa sumaku, inayoendeshwa na kudhibitiwa na nguvu za sumaku. Treni kama hiyo, tofauti na treni za jadi, haigusi uso wa reli wakati wa harakati. Kwa kuwa kuna pengo kati ya treni na uso unaosonga, msuguano huondolewa, na nguvu pekee ya kusimama ni nguvu ya drag ya aerodynamic.

Kasi inayofikiwa na Maglev inalinganishwa na kasi ya ndege na inaruhusu kushindana na mawasiliano ya anga kwa umbali mfupi (wa anga) (hadi kilomita 1000). Ingawa wazo la usafiri kama huo sio geni, vikwazo vya kiuchumi na kiufundi vimeizuia kuendelezwa kikamilifu: teknolojia imetekelezwa kwa matumizi ya umma mara chache tu. Hivi sasa, Maglev haiwezi kutumia miundombinu ya usafirishaji iliyopo, ingawa kuna miradi iliyo na eneo la vitu vya barabara ya sumaku kati ya reli za reli ya kawaida au chini ya barabara kuu.

Kwa sasa, kuna teknolojia 3 kuu za kusimamishwa kwa sumaku ya treni:

1. Juu ya sumaku za superconducting (kusimamishwa kwa electrodynamic, EDS).

"Reli ya siku zijazo" iliyoundwa nchini Ujerumani hapo awali ilisababisha maandamano kutoka kwa wakaazi wa Shanghai. Lakini wakati huu mamlaka, kwa hofu na maandamano ya kutishia kusababisha machafuko makubwa, waliahidi kukabiliana na treni. Ili kusitisha maandamano kwa wakati ufaao, maafisa hata walining'iniza kamera za video mahali ambapo maandamano makubwa hutokea mara nyingi. Umati wa Wachina umepangwa sana na unatembea, unaweza kukusanyika katika suala la sekunde na kugeuka kuwa maandamano na itikadi.

Haya ni maandamano makubwa zaidi maarufu mjini Shanghai tangu maandamano ya kupinga Ujapani mwaka wa 2005. Haya si maandamano ya kwanza yanayosababishwa na wasiwasi wa Wachina kuhusu kuzorota kwa mazingira. Majira ya joto yaliyopita, umati wa maelfu ya waandamanaji ulilazimisha serikali kuahirisha ujenzi wa jengo la kemikali.

Je, levitation ya sumaku inafundisha usafiri wa siku zijazo? Je, treni ya kuinua sumaku inafanyaje kazi?

Inafaa kusema kuwa miaka hii yote, wahandisi na wavumbuzi wamekuwa wakifanya kazi kwa bidii katika kuunda njia mbadala za harakati. Matokeo ya kazi yao yalikuwa treni za kuinua sumaku.

Historia ya kuonekana

Wazo lenyewe la kuunda treni za kuinua sumaku liliendelezwa kikamilifu mwanzoni mwa karne ya ishirini. Hata hivyo, haikuwezekana kutekeleza mradi huu wakati huo kwa sababu kadhaa. Uzalishaji wa treni hiyo ulianza tu mwaka wa 1969. Wakati huo ndipo wimbo wa magnetic ulianza kuwekwa kwenye eneo la Jamhuri ya Shirikisho la Ujerumani, ambalo gari jipya lilipaswa kupita, ambalo baadaye liliitwa treni ya Maglev. Ilianzishwa mnamo 1971. Treni ya kwanza ya maglev, inayoitwa Transrapid-02, ilipita kwenye njia ya sumaku.

Transrapid-02 haiwezi kuitwa haraka sana. Inaweza kusonga kwa kasi ya juu ya kilomita 90 kwa saa. Uwezo wake pia ulikuwa chini - watu wanne tu.

Pia mnamo 1979, mfano mwingine wa maglev ulitolewa huko Japan. Iliitwa "ML-500". Treni ya Kijapani ya kuinua sumaku ilifikia kasi ya hadi kilomita mia tano na kumi na saba kwa saa.

Ushindani

Kasi ambayo treni za mwendo wa sumaku zinaweza kufikia inaweza kulinganishwa na kasi ya ndege. Katika suala hili, aina hii ya usafiri inaweza kuwa mshindani mkubwa kwa mashirika ya ndege ambayo yanafanya kazi kwa umbali wa kilomita elfu. Matumizi mengi ya maglev yanazuiwa na ukweli kwamba hawawezi kusonga kwenye nyuso za reli za jadi. Treni za levitation za sumaku zinahitaji ujenzi wa barabara kuu maalum. Na hii inahitaji uwekezaji mkubwa wa mtaji. Inaaminika pia kuwa uwanja wa sumaku iliyoundwa kwa maglevs unaweza kuathiri vibaya mwili wa mwanadamu, ambayo itaathiri vibaya afya ya dereva na wakaazi wa mikoa iliyo karibu na njia kama hiyo.

Kanuni ya uendeshaji

Hivi sasa, teknolojia mbili tayari zimetengenezwa kwa msaada wa mto wa magnetic au kusimamishwa umeanzishwa. Ya tatu ni ya majaribio na inapatikana tu kwenye karatasi.

Kusimamishwa kwa sumakuumeme

Kusimamishwa kwa Electrodynamic

Mfumo huu una tofauti fulani kutoka kwa EMS, ambapo sumaku za kawaida hutumiwa, ambayo sasa ya umeme hutolewa kutoka kwa coils tu wakati nguvu inatumiwa.

Manufaa na hasara za teknolojia ya EDS

Teknolojia chini ya maendeleo

Mradi huu bado haujapata utekelezaji wa vitendo. Hii inaelezwa na gharama kubwa ya safu zilizofanywa kwa sumaku za kudumu.

Faida za maglevs

Mapungufu

Utekelezaji wa mradi huko Berlin

Kuza- uwasilishaji:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Kusudi

Treni ya levitation ya magnetic au maglev(kutoka kwa levitation ya sumaku ya Kiingereza, i.e. "maglev" - ndege ya sumaku) ni treni iliyosimamishwa kwa nguvu, inayoendeshwa na kudhibitiwa na nguvu za sumaku, iliyoundwa kusafirisha watu (Mchoro 1). Inahusu teknolojia ya usafiri wa abiria. Tofauti na treni za jadi, haigusa uso wa reli wakati wa kusonga.

2. Sehemu kuu (kifaa) na madhumuni yao

Kuna suluhisho tofauti za kiteknolojia katika ukuzaji wa muundo huu (tazama aya ya 6). Wacha tuchunguze kanuni ya uendeshaji wa levitation ya sumaku ya treni ya Transrapid kwa kutumia sumaku-umeme ( kusimamishwa kwa sumakuumeme, EMS) (Mchoro 2).

Sumakume zinazodhibitiwa kielektroniki (1) zimeunganishwa kwenye “skirt” ya chuma ya kila gari. Zinaingiliana na sumaku zilizo chini ya reli ya pekee (2), na kusababisha gari-moshi kuelea juu ya reli. Sumaku nyingine hutoa mpangilio wa upande. Mzunguko (3) umewekwa kando ya njia, ambayo hutengeneza uwanja wa sumaku unaoweka treni katika mwendo (motor linear).

3. Kanuni ya uendeshaji

Kanuni ya uendeshaji wa treni ya maglev inategemea matukio na sheria zifuatazo:

jambo na sheria ya induction ya sumakuumeme na M. Faraday

Utawala wa Lenz

Sheria ya Biot-Savart-Laplace

Mnamo 1831, mwanafizikia wa Kiingereza Michael Faraday aligundua sheria ya induction ya sumakuumeme, Wapi mabadiliko katika mtiririko wa sumaku ndani ya mzunguko unaoendesha husisimua mkondo wa umeme katika mzunguko huu hata kwa kukosekana kwa chanzo cha nguvu kwenye mzunguko.. Swali la mwelekeo wa sasa wa induction, lililoachwa wazi na Faraday, hivi karibuni lilitatuliwa na mwanafizikia wa Kirusi Emilius Christianovich Lenz.

Hebu fikiria mzunguko uliofungwa wa mzunguko wa sasa wa kubeba bila betri iliyounganishwa au chanzo kingine cha nguvu, ambacho sumaku huingizwa na pole ya kaskazini. Hii itaongeza flux ya magnetic kupita kwenye kitanzi, na, kwa mujibu wa sheria ya Faraday, sasa iliyosababishwa itaonekana kwenye kitanzi. Sasa hii, kwa upande wake, kwa mujibu wa sheria ya Bio-Savart, itazalisha shamba la magnetic, mali ambayo si tofauti na mali ya shamba la sumaku ya kawaida na miti ya kaskazini na kusini. Lenz imeweza tu kujua kwamba sasa iliyosababishwa itaelekezwa kwa njia ambayo pole ya kaskazini ya shamba la magnetic inayotokana na sasa itaelekezwa kuelekea pole ya kaskazini ya sumaku inayoendeshwa. Kwa kuwa nguvu za kurudisha nyuma hutenda kati ya nguzo mbili za kaskazini za sumaku, sasa introduktionsutbildning katika mzunguko itapita kwa usahihi mwelekeo ambayo kukabiliana na kuanzishwa kwa sumaku katika mzunguko. Na hii ni kesi maalum tu, lakini katika uundaji wa jumla, utawala wa Lenz unasema kwamba sasa iliyosababishwa daima inaelekezwa kwa namna ya kukabiliana na sababu ya mizizi iliyosababisha.

Utawala wa Lenz ndio hasa unaotumiwa leo katika treni za kuinua sumaku. Sumaku zenye nguvu zimewekwa chini ya chini ya gari la treni hiyo, iko sentimita chache kutoka kwa karatasi ya chuma (Mchoro 3). Wakati treni inasogea, mtiririko wa sumaku unaopita kwenye kontua ya reli hubadilika kila mara, na mikondo mikali ya induction hutokea ndani yake, na kutengeneza uga wenye nguvu wa sumaku ambao huzuia kusimamishwa kwa sumaku ya treni (sawa na jinsi nguvu za kuchukiza zinavyotokea kati ya kontua. na sumaku katika jaribio lililoelezwa hapo juu). Nguvu hii ni kubwa sana kwamba, baada ya kupata kasi fulani, gari moshi huinua kihalisi kutoka kwa wimbo kwa sentimita kadhaa na, kwa kweli, huruka angani.

Utungaji hutoka kwa sababu ya kukataa kwa miti inayofanana ya sumaku na, kinyume chake, mvuto wa miti tofauti. Waumbaji wa treni ya TransRapid (Mchoro 1) walitumia mpango wa kusimamishwa kwa magnetic usiyotarajiwa. Hawakutumia kurudisha nyuma kwa miti ya jina moja, lakini mvuto wa miti iliyo kinyume. Kunyongwa mzigo juu ya sumaku sio ngumu (mfumo huu ni thabiti), lakini chini ya sumaku haiwezekani. Lakini ikiwa unachukua sumaku ya umeme iliyodhibitiwa, hali inabadilika. Mfumo wa udhibiti huweka pengo kati ya sumaku mara kwa mara kwa milimita kadhaa (Mchoro 3). Pengo linapoongezeka, mfumo huongeza nguvu za sasa katika sumaku zinazounga mkono na hivyo "huvuta" gari; wakati wa kupungua, sasa hupungua na pengo huongezeka. Mpango huo una faida mbili kubwa. Kufuatilia vipengele vya sumaku vinalindwa kutokana na ushawishi wa hali ya hewa, na uwanja wao ni dhaifu sana kutokana na pengo ndogo kati ya wimbo na treni; inahitaji mikondo ya chini sana. Kwa hivyo, treni ya muundo huu inageuka kuwa ya kiuchumi zaidi.

Treni inasonga mbele injini ya mstari. Injini kama hiyo ina rotor na stator iliyowekwa kwenye vipande (katika gari la kawaida la umeme huvingirwa kwenye pete). Vilima vya stator vinawashwa kwa njia mbadala, na kuunda shamba la magnetic linalosafiri. Stator, iliyowekwa kwenye locomotive, inatolewa kwenye uwanja huu na inasonga treni nzima (Mchoro 4, 5). . Kipengele muhimu cha teknolojia ni mabadiliko ya nguzo kwenye sumaku-umeme kwa kusambaza na kuondoa sasa kwa mzunguko wa mara 4,000 kwa pili. Pengo kati ya stator na rotor haipaswi kuzidi milimita tano ili kupata operesheni ya kuaminika. Hii ni vigumu kufikia kutokana na kupigwa kwa magari wakati wa harakati, ambayo ni tabia ya aina zote za barabara za monorail, isipokuwa kwa barabara zilizo na kusimamishwa kwa upande, hasa wakati wa kona. Kwa hivyo, miundombinu bora ya wimbo inahitajika.

Utulivu wa mfumo unahakikishwa na udhibiti wa moja kwa moja wa sasa katika vilima vya magnetization: sensorer daima hupima umbali kutoka kwa treni hadi kwenye wimbo na voltage kwenye sumaku za umeme hubadilika ipasavyo (Mchoro 3). Mifumo ya udhibiti wa haraka sana hudhibiti pengo kati ya barabara na treni.

A

Mchele. 4. Kanuni ya harakati ya treni ya levitation ya sumaku (teknolojia ya EMS)

Nguvu pekee ya kusimama ni nguvu ya kuburuta ya aerodynamic.

Kwa hivyo, mchoro wa harakati ya treni ya maglev: sumaku za umeme zinazounga mkono zimewekwa chini ya gari, na coil za motor ya umeme ya mstari imewekwa kwenye reli. Wanapoingiliana, nguvu hutokea ambayo huinua gari juu ya barabara na kuivuta mbele. Mwelekeo wa mkondo katika vilima huendelea kubadilika, kubadilisha sehemu za sumaku treni inaposonga.

Sumaku zinazounga mkono zinatumiwa na betri za ubao (Mchoro 4), ambazo huchajiwa kwenye kila kituo. Sasa hutolewa kwa motor ya umeme ya mstari, ambayo huharakisha treni kwa kasi ya ndege, tu katika sehemu ambayo treni inasonga (Mchoro 6 a). Sehemu ya sumaku yenye nguvu ya kutosha ya utungaji itawashawishi sasa katika vilima vya wimbo, na wao, kwa upande wake, huunda shamba la sumaku.

Mchele. 6. a Kanuni ya harakati ya treni ya kuinua sumaku

Ambapo treni huongeza kasi au kupanda juu, nishati hutolewa kwa nguvu kubwa zaidi. Ikiwa unahitaji kupunguza kasi au kuendesha gari kinyume chake, shamba la magnetic hubadilisha vector.

Angalia sehemu za video" Sheria ya Uingizaji wa Umeme», « Uingizaji wa sumakuumeme» « Majaribio ya Faraday».

Mchele. 6. b Vilio kutoka kwa vipande vya video "Sheria ya Uingizaji wa Umeme", "Uingizaji wa Umeme", "Majaribio ya Faraday".