磁浮列车：抗拒地心引力 体验贴地飞行

　　
　　

 

(中低速磁悬浮列车)

(中国工程院院士 刘友梅)

　　相关链接：网友参观中低速磁浮列车南车株机研发具世界先进水平
　　
　　红网株洲12月19日讯（记者 喻向阳 通讯员 颜常青）南车株机公司自主研发出了具有世界先进水平的中低速磁浮列车，在今天迎来了观众开放日。工程院院士刘友梅也对观众解密了中低速磁悬浮列车的原理，并透露，拟率先在国内推出1—2条商业示范线。
　　
　　问：磁（悬）浮列车是什么意思？列车靠什么提供动力？基本原理是什么？
　　
　　答：磁浮技术是一种听起来非常神奇，其原理却十分简单，也就是利用电磁体“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在轨道上面，贴地飞行。磁浮列车能够浮起来，就是靠装在列车上的电磁铁和钢轨之间产生作用力，然后按照我们的心愿，用悬浮控制器控制吸力的大小，实现列车稳定悬浮，平稳前进。
　　
　　从驱动力来讲，磁浮列车的动力和普通的电动机工作原理也完全相同。电动机主要包括“转子”和“定子”两大部分，在磁浮列车上，我们变换了一下，把电动机的“转子”装在列车上，“定子”铺设在轨道上。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。在磁浮列车上，当向轨道上的“定子”输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动，电能转化为列车前进的动能。我们只要控制好导向磁铁中的电流，就能控制列车运行，要开车就开车，要加速就加速，要刹车就稳稳地停住。
　　
　　问：目前，磁浮列车主要运用在哪些方面？
　　
　　答：磁浮列车是一种新型的城市轨道交通系统，最高速度达到500公里每小时，但是，目前，全球仍只有上海浦东一条高速磁浮线路真正投入商业运营。中国南车株机公司完全自主研发的追风者列车是中低速磁浮列车，与现行的轨道交通列车相比，中低速磁浮车平稳舒适、无污染、转弯半径小、爬坡能力强等特点十分突出，因此，中低速磁浮交通竞争力十足，是未来城市交通中的模范“闯将”，今后定会与铁路、轻轨、地铁等构成更为合理的城市轨道交通体系。与高速磁浮车相比，主要是具有建设及运营成本低的优点，既适用于城市客流中等的快速延伸线，诸如市区与机场、郊区、产业区、旅游景区等联系的专用快速线路，也适用于地形地貌复杂、建筑物拥挤的大中城市的交通线路，是未来城市轨道交通系统的重要选择之一。
　　
　　中国南车株机公司作为我国乃至全球轨道交通装备研制的顶级企业，研发中低速磁浮轨道交通车辆是发展战略的需要，也是未来市场的需要。
　　
　　目前国内100万人口以上的中等城市，尚未达到建设城市轨道交通条件的有60-80个，具备修建城市轨道交通的大城市约30余个，除此之外还有120个旅游景区，总体来说，中低速磁浮车辆的市场前景广阔。
　　
　　问：如果开通一条中低速磁浮线路，作为普通乘客，大家最关系的应该是安全，中低速磁浮列车的安全性能怎么样？
　　
　　答：的确，安全是人们最关心的问题。其实，中低速磁浮列车可以说是轨道交通的安全典范，是唯一可以做到运行中不发生脱轨颠覆事故的交通方式。怎么做到这一点呢？
　　
　　这是由磁浮交通系统的结构决定的。像大家所看到的那样，磁浮列车的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，列车车体和钢轨是紧紧连在一起的，列车车体是“抱”在轨道上运行，和路基一体化，完全不会分开，绝对不可能脱轨。而传统的轨道交通，列车很难完全避免脱轨颠覆事故的发生。同时，列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。
　　
　　退一万步讲，假如说一旦遇到突发事件，救援也更便利。磁浮一般采用高架，而高架交通系统出了问题，各种救援力量都可以用上，高架的应急救援比地下要方便。在“追风者”列车上，为了救援的需要，我们在每节车都安装了四个液压支撑轮，一旦列车停电，列车就会由四个液压轮支撑着落在轨道上，列车可以被前来救援的列车推或拉着走。
　　
　　在这里，我要着重强调的就是，中低速磁浮技术虽然新，但可靠性不容怀疑。原来的轮轨交通是轮子在支撑列车，现在是电磁场支撑列车。在电磁场强度随时随着列车载荷变化的情况下，怎样使列车与轮轨的间隙保持不变呢？靠应用软件，靠传感器，靠计算机控制系统，这里最为关键的是靠应用软件。
　　
　　磁浮列车车体上安装了很多传感器，采用冗余的手段保证极高的可靠性。一个车安装有20个传感器，20个传感器时刻检测电磁场的强度值和悬浮间隙的大小，只要检测出微弱的变化就反馈给计算机控制系统，计算机控制系统就迅速作出运算和反应，哪个地方磁场支撑的劲儿小了，电流马上就加大，若劲大了，电流马上就减小，磁场强度值能够动态地始终保持在一个恒定范围，使列车与轨道之间的间隙保持不变，且循环、持续地自动调节。由应用软件控制计算机系统完成关键的工作，决定着控制系统的稳定和可靠。
　　
　　计算机怎样实现有效和可靠的控制？计算机是通过人的大脑编制的软件进行控制的，中国人编制软件是最有智慧的，只要将应用需求搞清楚，就能编成应用软件。需求变成了软件，嵌入计算机来实现控制，这就是磁浮控制核心技术的关键所在。
　　
　　从2005年3月至今，日本的中低速磁浮已经商业运营了7年，运行表现的安全性、可靠性、经济性、稳定性和环保性优于轮轨交通，实践验证了中低速磁浮交通的商业价值。
　　
　　我国的中低速磁浮交通系统与日本正在运营的系统两者原理相同。只是在悬浮控制核心技术方面各自具有特点，相比之下，我们系统的可靠性实现方式更有把握一些。
　　
　　问：如果在城市里开磁浮列车，噪音会不会很大，会不会影响市民的生活？
　　
　　大家可能不知道的是，磁浮列车是超级安静的城市宝贝。它不仅可以在五星级的酒店大堂停车，在繁华的商场停车，也可以在居民住宅区里停车。我们知道，因为与地面没有直接接触，磁浮列车唯一的阻力就是空气阻力，与轨道没有摩擦，噪音和震动就非常小，中低速磁浮噪声一般低于62分贝，人体正常说话的声音约为70分贝。比如说，“追风者”号与公路交通、轮轨交通相比，其噪声几乎可以忽略不计，在我们身边开过的时候，大家哪怕是站在3米以内，也感觉不到什么噪音，一点也不影响我们聊天。这是其他任何其他交通都无可比拟的优势。毫不夸张地说，城市里磁浮列车越多，取代其他的交通工具越多，城市就会越安静。
　　
　　问：我们知道，磁场、电力场都会产生辐射。磁浮列车是在城市中运行，不少人担心列车的辐射会影响健康，那么，“追风者”号磁浮的辐射情况如何？
　　
　　现在，很多人是谈辐射色变。这里有一个认识误区。地球本身就是个大磁场，有辐射。任何电器只要一通电，也都会产生辐射。如果中低速磁浮列车经过，离我们只有1米，它的辐射值比日常使用的电磁炉表面的辐射值还要低，站在车身3米外的辐射值比微波炉辐射值一半还低，到了5米远，辐射值比使用电动剃须刀还要小，而到了10米距离，其辐射量完全淹没在环境背景中，专业的检测仪器都都检测不到了。国内权威机构做了专题研究和检测，“追风者”号的磁场强度符合世界卫生组织的标准，即使是心脏起搏器使用者乘坐“追风者”号，也一点都不受影响。
　　
　　问：最近，雾霾天气席卷全国许多城市，城市车辆尾气排放被列为主要的污染源之一，中低速磁浮列车对环境的影响怎样？
　　
　　中国南车株机公司这么多年来之所以大力投入磁浮列车的研发制造，就是因为中低速磁浮交通是真正的环境友好型公共交通系统，将成为公共交通环保发展的创新支撑。
　　
　　首先，中低速磁浮列车是没有尾气排放的交通系统。中低速磁浮列车靠电力运行，在运行过程中，就不会排放有害气体，作为新型的城市轨道交通工具，在雾霾天气里，这就是非常大的优点。中低速磁浮列车没有高速转动的部件，使用过程产生的废弃物的排放相对较少，检修作业工作量也少，所带来的工业废弃物和生活垃圾量极少。
　　
　　其次，中低速磁浮列车是真正低碳节能的交通系统。第一，中低速磁浮交通系统采用高架铺设，因为无需线路通风和照明，相对于地铁可以节省50％的耗电；同时，因设备设施的相对减少，导致总耗电量的减少，相应的能耗也有所降低。第二，有条件利用大节能坡和重力实现节能。城市轨道交通地铁跟其他交通工具不同的一个运营特点，就是要求车的起步要快，加速度大。在城市，两个车站间的距离最短500多米，一般平均1公里多，为了实现运营的效率，列车必须主动地频繁快速起停，耗电较多。在中低速磁浮列车线路设计中，我们可以利用爬7％坡的特性，因地制宜，设计合理的线路纵断面，尽量采用相对大的节能坡，使列车进站时上坡，出站时下坡，减少加速后又立即制动的耗电模式，从而，中低速磁浮列车能节省牵引能耗20％以上。第三，有条件利用大小编组，主动省电运行。中低速磁浮列车每个车均为自带动力的车辆，可以单车或多车组合起来运行，具备适应客流不均衡变化的灵活编组运营的条件，可以在每天运营的大部分时间中克服“大马拉小车”的耗电的情况，有条件节省牵引能耗15％以上。
　　
　　另外，中低速磁浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。
　　
　　问：中低速磁浮交通系统造价高不高？综合造价情况怎样？
　　
　　中低速磁浮列车是一种高性价比的交通系统。在项目启动初期，我们就比较地铁、轻轨的综合造价来对中低速磁浮系统进行开发。目前，我国地铁造价每公里5～8亿元左右，轻轨达每公里2～3亿元左右。据测算在相同地域，中低速磁浮列车系统的综合造价仅为中运量轻轨系统造价的2/3至3/4，即中低速磁浮系统造价每公里约为1.5～2.5亿元。且随着技术的成熟和产业的发展还有较大的降低空间，尤其是在山区旅游线路建设中低速磁浮线路，其建设造价将更低。
　　
　　另外，相对其他城市交通方式，中低速磁浮列车交通拥有转弯半径仅为50米的优势，修建中可以更好地绕开建筑物、障碍物，其技术性优势可以主动避免拆迁的发生，从而避免因为拆迁而发生的剧烈矛盾；与其他交通建设比，其施工周期短，扰民时间短；施工占地和占道范围小，对施工期间的现实交通影响小。
　　
　　问：除基础造价以外，运营成本也是必须考虑的重要因素，在这方面，中低速磁浮有优势吗？
　　
　　答：轮轨列车目前的年运营维护成本是总投资的4.4％左右。由于中低速磁浮列车避免磨损，年运行维修费仅为总投资的1.2％。考虑到二者总投资还略有差别，所以中低速磁浮列车的运营维修成本约是轮轨高速列车的1/4。同时由于没有车轮磨耗，也不会在运行中产生铁粉或橡胶粉尘，有利于环境保护，最大限度避免环境污染。
　　
　　问：作为一种新型的轨道交通技术，中低速磁浮列车具有很多的优势，成为了市场的新宠，市场运行情况怎么样？
　　
　　答：2005年3月，日本名古屋东部丘陵线建成投入运营，之后，韩国仁川机场线也实现试运行，时间进入2013年，国内十余个城市纷纷展示了对中低速磁浮交通系统的强烈兴趣，这一面向未来的现代运输模式，正迎来前所未有的发展机遇。中国南车株机公司2012年1月，自主研制成功的国内首列可商业化运营的中低速磁浮列车，应用电磁浮导向与直线电机牵引技术，列车为3节编组，最高运行速度100公里每小时。
　　
　　问：在我国的发展战略中，磁浮技术的前景如何？
　　
　　答：中低速磁浮交通产业作为高科技、高附加值的高端装备制造业，可带动装备制造、冶金、机电、信息、车辆制造、建筑等多个相关行业的发展，满足我国经济和城市化发展的需要。在我国“十二五”交通运输发展规划中，明确提出要通过工程应用带动技术研发，突破轨道交通通信信号、牵引传动、制动系统、运行控制等关键核心技术，系统掌握磁浮交通系统技术。特别是在新型城镇化发展战略中，中低速磁浮交通系统以其环保、低碳、节能、安全、经济等综合优势，已经成为未来城市交通系统的战略组成部分。
　　
　　在国家发展和改革委员会发布的《产业结构调整指导目录（2011年本）》中，中低速磁浮属于鼓励发展的重要技术。比如说，第1项“城市轨道交通减震、降噪技术应用”、第4项“数字轨道电路及以无线通信为基础的信号系统[含自动列车监控系统（ATS）、列车自动保护装置（ATP）、自动列车运行装置（ATO）]”、第6项“轨道车辆交流牵引传动系统、制动系统及核心元器件（含IGCT、IGBT元器件）”领域中的产品，完全符合国家产业政策和发展规划。
　　
　　问：中国南车株机公司什么时候开始进入磁浮产业，目前的进展情况如何？
　　
　　答：作为我国轨道交通装备制造的顶级企业，70余年的发展，公司已成功构建起世界一流的轨道交通装备设计、制造、产品三大技术平台，积累了电力机车、城轨车辆、动车组等领域广泛成熟的解决方案经验。研发中低速磁浮列车满足市场对新型轨道交通模式的需求，是中国南车履行民族与社会责任感的体现，用创新领跑未来，不断发展新兴产业是中国南车株机人的奋斗目标。
　　
　　为抢占技术制高点，中国南车株机公司早在2007年抽调业内精英，组建了磁浮开发部。2011年，由公司牵头，联合西南交大、中铁二院、同济大学、莱钢、中国南车株洲所、中国南车株洲电机公司等单位开展联合攻关。2012年1月，我国第一台可投入商业运营的中低速磁浮列车在公司诞生，将之命名为“追风者”。
　　
　　“追风者”采用常导EMS悬浮导向、短定子直线电机牵引技术，3辆车固定编组，DC1500V第三轨受流供电方式。车辆（三节编组）载客量450人/列，最大运营速度100km/h，最小平面转弯半径50米（仅为地铁的二分之一），最大悬浮力确定为32吨/节，最大坡度70‰（相当于100米的距离爬上2层楼的高度），最小竖曲线半径1500米（限速50km/h）。
　　
　　2013年11月，湖南省科学技术厅在株洲组织召开科技成果鉴定会，由中国工程院刘友梅院士、钱清泉院士领衔，广州地下铁道总公司、上海申通地铁集团、同济大学、西南交通大学、中南大学、湖南大学、北京交通大学、西北工业大学、兰州理工大学、省科技厅、市科技局等单位的专家和领导共同参与，公司完成的“常导短定子中低速磁浮列车的研制”等多项目鉴定为国际先进水平。
　　
　　问：中国南车株机公司在磁浮产业化方面取得了哪些突破？
　　
　　答：我们最大的优势就是，成功地介入了磁浮产业，建立了围绕以企业为创新主体的完整产业链。
　　
　　中低速磁浮列车最终能否顺利运行，要看整车厂家的集成能力、试验验证能力。中低速磁浮列车有很多的子系统，作为最终出车的企业，我们掌握了把各个子系统进行集成的系统集成技术，系统集成包括机械安装、电气连接及系统控制三大部分，这些技术我们都掌握了，这些部分的合理集成可以保证车辆运行的可靠平稳。像我们就专门建设了约1.6公里长的磁浮试运线。
　　
　　除了发挥系统集成优势外，公司还在保证车体强度的前提下，尽可能使车体及所有部件轻量化。
　　
　　问：请问中低速磁浮列车项目的研制，对于湖南正在推进的轨道交通装备千亿产业集群有何积极影响，将能培育哪些关联的产业和技术？
　　
　　答：中低速磁浮列车项目产业拉动效应、科技拉动效应以及媒体宣传效应非常大，能促进沿线旅游业、房地产业等多个行业的蓬勃发展，带动城市的快速发展，提升湖南科技强省的形象，推进新型工业化和两型社会建设意义重大。
　　
　　该项目的成功实施，使中国南车株机公司掌握了磁浮交通核心技术和系统集成技术，建立完整的、专业化的工程化体系，推动湖南轨道交通装备产业做大做强，同时还将带动省内数十个相关配套产业发展，拉动湖南省经济发展，推动新型工业化进程。
　　
　　问：是否有下一步的市场推广计划？
　　
　　答：正与相关城市进行接洽，拟率先在国内推出1-2条商业示范线。