磁悬浮列车专题

学术科研与成果——磁悬浮列车

1989年研制成功的我国第一台磁悬浮列车实验样车。

The prototype of the first small maglev of our country manufactured in 1989.

校友站注：国内高校中西南交通大学也在进行磁悬浮研究，并取得了不少成果。 一般的看法是，在常导方面，以国防科大为代表；在超导方面，以西南交大为代表。

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该专题主要文章：

“S1线”难题：国产磁悬浮北京落地环评之争 2010.5.18

代号“黑天鹅”：北控磁悬浮10年沉浮 2009.6.6

首辆实用型磁悬浮车车体总成下线 2008.11.17

自主中低速磁悬浮列车驶入快车道 2007.7.28

中低速磁悬浮将实现中国创造　走世界前列注 2007.6.21

国防科大中中低速磁悬浮列车亮相国际城市轨道交通展受关注 2007.6.17

中国自主研发中低速磁浮列车双车联挂运行万公里（图） 2007.4.22

组图：国防科大磁悬浮列车精彩壁纸 2006.8.16

组图：国防科大磁悬浮列车精彩照片/图片集 2006.8.16

第一财经日报：中国磁悬浮：齐头并进是否存在恶性竞争 2006.6.21

“城轨磁悬浮”工程化样车在国防科大试验线完成全部运行试验

老百姓乘坐国产磁悬浮列车不再是遥远的梦想

中国磁悬浮列车呼之欲出——写在我国第一条磁悬浮列车试验线建成通车之际

实现两千公里无故障运行——我首条磁悬浮列车试验线建成通车

托起中国的“磁悬浮” ——记自动控制专家常文森教授

设计最高时速５００公里——我国研制成功载人磁悬浮列车

1989年3月我国第一台磁悬浮列车样车在国防科技大学研制成功

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关于我国磁悬浮列车研究的一些关键时间

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综合我国磁悬浮列车研究进展过程，本站制作了下面简表，以反映我国磁悬浮列车研究的一些关键时间点。

 

国防科大研制的磁悬浮列车正运行在试验线上（摄影：熊博）

校友站综合报道：具有广阔前景的磁悬浮列车

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磁悬浮列车

磁悬浮列车是现代高科技发展的产物。其原理是利用电磁力抵消地球引力 ，通过直线电机进行牵引，使列车悬浮在轨道上运行（悬浮间隙约1厘米）。其研究和制造涉及自动控制、电力电子技术、直线推进技术、机械设计制造等众多学科，技术十分复杂，是衡量一个国家科技实力和工业水平的重要标志。它与普通轮轨列车相比 ，具有低噪音、无污染、安全舒适和高速高效的特点，有着“零高度飞行器”的美誉，是一种具有广阔前景的新型交通工具，特别适合城市轨道交通。

磁悬浮列车按悬浮方式不同一般分为推斥型和吸力型两种，按运行速度又有高速和中低速之分。

两种技术

根据吸引力和排斥力的基本原理，国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统－－EMS 系统，利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空运行；另一个是以日本为代表的排斥式悬浮系统－－EDS 系统，用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的，都在把各自的技术推向实用化阶段。估计二十一世纪，这两种技术路线将依然并存。

德国磁悬浮列车

比较而言，日本的排斥式系统比较有利。它在物理上的原理比较简单，悬浮稳定，车轮与钢轨之间的距离保持在10厘米左右，对钢轨的要求不那么严格；由于对控制系统的要求较低，所以能耗也少。而吸引式的悬浮系统只能把车轮与钢轨保持在３－４厘米左右，这就需要有一个良好的控制系统，能耗自然就多；而且它对钢轨的要求也很高，遇上轨道上有冰雪，或高低不平的路段就影响运行。

高速低耗

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到５００公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低的优点，每个坐位的能耗仅为飞机的三分之一、汽车的７０％。它运行时噪音小、安全舒适、不燃油，污染少。

上世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以 后，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里发展。1995年举行的国际铁路会议预测，到20世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速达到 了360公里。要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。在这种情况下，一种超常规的列车－－磁悬浮列车被推到前台。

普通列车行驶时，车轮与钢轨是紧紧贴在一起的，当列车高速行驶时，车轮与钢轨的阻力就大大增加。据科学家计算，依靠动力牵引，车轮与钢轨接触的普通轮轨列车，最大时速为380 公里左右，如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向磁悬浮技术。

我们知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的，那似乎神秘的悬浮之力，其实就是这两种吸引力与排斥力。这种列车悬浮在轨道上方，和轨道之间没有直接接触，运行阻力大大减小，因此磁悬浮列车的最大时速可以达到500公里以上。

中低速磁悬浮列车关键技术

从技术和应用角度来看 ，磁悬浮列车分为中低速和高速两种类型，其中高速又分为常导高速和超导高速。

中低速磁悬浮列车主要由3大部分组成：线路、车体和车载电气。简要地说 ，中低速磁悬浮列车有以下6个方面关键技术：

轨道。中低速磁悬浮列车的轨道与普通铁轨不一样，它采用F型导轨，其轨排加工、安装精度和轨道线型直接影响列车运行平稳性。由于轨道是由一段段轨排连接起来的 ，轨排太短，安装时难以达到轨道设计要求；太长，则加工需要大型的数控机床，加工难度大。

悬浮控制。由于列车重量与电磁铁产生的电磁吸力达到的平衡是不稳定平衡，故必须时刻对列车的悬浮电流进行跟踪控制，保证在各种线路、负载条件下悬浮控制的稳定性是磁悬浮系统中最核心的技术。

直线推进。中低速磁悬浮列车采用异步直线电动机牵引，一方面由于电机使用环境较差，对电机本身结构设计要求较高；另一方面，电机供电时，除产生列车牵引力之外 ，在其初、次级之间尚存在法向作用力，该法向力影响列车悬浮，故怎样消除法向力对悬浮的影响也是关键。

运行控制。运行控制系统是整个列车的指挥中心，列车的起浮／降落、牵引／制动都由其控制。除了与常规列车一致的运行控制要求外，磁悬浮列车尚有部分特殊的安全联动要求。

信号检测。信号检测涉及两方面，一方面磁悬浮列车车载设备很多，每一个设备，尤其关键设备的工作状况，必须进行准确监测，并随时报告运行控制系统；另一方面 ，由于没有常规列车与地面接触的轮子，故列车运行速度、运行位置检测也是关键。

车辆结构。磁悬浮列车是通过多个电磁铁进行承重的，在车辆结构方面，一方面要求列车自身重量尽可能轻；另一方面要求采用解耦式车体结构，以便于列车稳定悬浮。

发展历程

磁悬浮列车今天看似乎还是一个新鲜事物，其实它的理论准备有很长的历史。1929年德国人首先提出了磁悬浮理论，在相当长的时期内，他们就一直计划搞一条磁悬浮铁路。日本人1972年开始尝试EDS 系统，但这个原理早在1966年就由美国人提出来了。这套技术的理论背景与当时的超导技术发展紧密相关。因为六、七十年代，是世界超导应用研究的鼎盛时期，利用超导原理，解决一些应用难题是那时的热点。

日本磁悬浮列车山梨实验线曾在1997年12月创造了不载客时速550公里的世纪记录。而在1999年４月14日，山梨实验线更创世界铁路行车时速552公里的世界新纪录。这次的实验列车由5节车厢组成，乘客13人，总负荷为10吨重，两次行驶实验都跑出了每小时５５２公里的速度，并准备今后将进行耐久性实验和时速在500公里情况下的错车实验。

中国于1876年修建了第一条铁路，日本于1872年修建第一条铁路，两国只相差４年。但日本修建第一条高速铁路的时间是1964年；1982年，日本就开通了第一条超导磁悬浮实验线，而20世纪结束时，我国还只有一条时速才１７０公里的广深准高速铁路。

但中国的磁悬浮技术发展很快。目前，国内国防科技大学和西南交通大学都在进行磁悬浮列车的研制工作，都已经有了比较成熟的技术。２００１年，国防科大磁悬浮实验线路建成，西南交大的实验线路也正在建设。磁悬浮在中国的市场运做进展也很顺利，德国柏林到汉堡之间的磁悬浮铁路建设计划搁浅以后，转而与中国达成协议，在上海修建了一条在世界上首条进行商业运行的磁悬浮铁路。北京，四川等地也正准备修建类似铁路。

　

市场定位

现有的运输网络是陆海空多种运输手段结合的综合系统，各种交通工具之间，既有明确分工，又有激烈竞争，而且飞机和汽车的运输速度也在日新月异地发展，那么，如果说要发展磁悬浮列车的话，它的市场应在哪里定位呢？

北京大学的张承福教授认为，向空中发展有一定的局限性，比如周期性的运输或长距离的运输，用飞机可能比较合适，但如果几百公里的距离也用飞机就不经济了。因为机场离城市一般比较远，飞机起降需要不少时间，因此，从效率看，飞机尽管比其它的运输工具快，但除开起降时间，在几百公里的范围内，它与高速列车，特别是未来的磁悬浮列车相比并没有什么优势。而且飞机的能耗比列车要大得多。而陆地高速运输----高速铁路，也有其局限性－－速度极限、噪音污染，摩擦损耗等等。因此，各国过去准备搞普通高速列车的，现在都倾向于搞磁悬浮列车。

磁悬浮列车既然如此先进，如此快速，我国能不能很快就发展磁悬浮铁路，使中国的大地风驰电掣地奔驰着磁悬浮列车呢？

中国科学院邱励俭院士认为，好的东西不一定决定你马上上。磁悬浮列车花费太大，１公里高速公路投资需要２亿人民币，１公里磁悬浮铁路投资翻两番都不止。如果要修一条从北京到天津的高速公路，投资３００－４００亿人民币足够，而修一条磁悬浮铁路，没有１０００亿人民币是不可能的。所以他认为应该要慎重。邱院士的意见，代表了很大一部分人的意见，因此中国对发展磁悬浮列车采取的是循序渐进的策略。