中低速磁浮列车的发展与应用

朱莉莉

(同济大学，中国 上海 201800)

1 磁浮列车概况

2002年12月，世界上第一条高速磁浮商业运营线在上海建成，其通车意味着磁悬浮技术正式从工程应用阶段开始进入商业运营阶段。高速磁浮技术车辆最高速度可以达到500km/h，造价相对较高，对于短站距，高密度要求的城市轨道交通来说并不适宜。

通过国内相关研究机构（如上海磁浮研究中心、上海电气集团）十余年的研究和努力，作为磁浮技术的一种，建设成本低，环保性能好的中低磁浮列车取得了阶段性研究成果。国内制造、研究以及运营单位组建了“产学研用”联合体，对车体、线路轨道以及相关零部件展开了全面试验研究工作,并建设了多条试验线路及各种车型[1]。

中低速磁浮列车作为一种现代化轨道交通工具，有其自身独特性能。首先，它采用的是非接触式的电磁牵引驱动系统、电磁导向系统和电磁悬浮系统。其次，其爬坡能力强、速度快、能耗低、运行过程中产生的噪声小、舒适性及安全性高、无需消耗燃油、对环境造成污染少，而且因其轨道采用的是高架方式，占用地相对较少。磁悬浮列车运行过程中，没有与轨道发生直接接触，从而地克服了传统列车车轮与轨道之间的摩擦损耗、避免了轮轨系统高维护成本、车轮磨损和机械噪声等问题，是理想的地面交通工具。

2 中低速磁浮列车的优缺点

介于目前常导电磁悬浮技术还没有经过试验线的实际运行测试，尚未达到实际运用水平，我国和很多个国家都在开展对常导电磁悬浮型磁浮列车的技术线路的研究。以下就基于常导电磁悬浮系统的中低速磁悬浮列车进行介绍。

通常，磁浮列车是由三个系统组成的，即导向系统、牵引系统和悬浮系统。因为悬浮系统原理的不同，磁悬浮技术又分为常导电磁斥力悬浮型、常导电磁吸引悬浮型和超导斥力悬浮型。

磁浮系统主要具备如下优点：

（1）磁悬浮系统中省去了传动机构和车轮支撑，使得轨道和车轮之间没有直接的接触，降低了噪声、摩擦和震动等问题。并且乘坐舒适，运行平稳，较为环保、无污染。随着系统运营时间的累积，这种优势将更为明显。

（2）磁浮系统的运营和维护较传统的轮轨系统具备一定优势，系统不需要对轮轨相关机构进行修理和保养，降低了这方面的人工和设备成本。

（3）系统转弯半径小，爬坡性能强，能够更好的适应环境和路况的实际情况，降低了线路规划的难度，节约占地面积，提高轨道交通工具的社会效益。

（4）系统高架线路形式的采用，可以大大降低了土建施工过程中的成本。

然而，磁浮系统也具有一定的局限性，主要体现在如下几个方面：

（1）磁浮系统的导向、悬浮和驱动功能都是由电磁力完成的，这就需要确保电磁力的线圈和电源系统的可靠性。和其他的系统相比，一方面增加了耗电量，另一方面，增加了设备制造的难度。

（2）常导磁浮技术的悬浮高度普遍在8到10毫米之间，这对线路的路基沉降、机械式岔道结构的设计和轨道路线的平整度提出了较高的要求。

（3）磁浮列车的长度较短，一般在十五米左右，载客量有限，一般每节车辆定员在一百人左右，无法承担大运量和超大运量的运营任务。

3 中低速磁浮列车的发展及其应用进程

德国是最早对磁浮列车进行研究的国家，德国工程师赫尔曼·肯佩尔在1922年的时候就提出了电磁悬浮的原理，并在1934年时对磁悬浮列车申请了专利[2]。1953年，赫尔曼·肯佩尔完成了《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》的科学报告，到了二十世纪七十年代以后，在世界各工业化国家经济实力不断提升的大背景下，为了适应国家经济的发展需求，必须相应提高交通运输能力。因此，英国、法国、加拿大、美国、日本和德国等多个发达国家陆陆续续开展磁悬浮列车工程化应用方面的研究，也取得非常大的进展和突破。

当前，我国经济高速发展，城市化进程也在不断加快。在这种坏境下，北京首先规划出一条中低速磁浮示范性运营路线，随后，部分经济较发达的城市也纷纷开始致力于规划中低速磁悬浮列车的发展和应用，促进了对城市轨道的交通运营模式的进一步优化。

常导电磁吸引悬浮列车有两个应用的方向：一个是中低速城市轨道交通运输系统，其代表是日本伊腾忠商社的HSST系统。HSST采用的是短定子型直线感应电机驱动方式，具备8毫米的悬浮高度和100公里时速。八十年代末，日本在名古屋修建了1.5公里的大江试验线，对HSST-100列车进行了系统试验，经过全面试验和鉴定，1991年获得了日本运输省的运营许可。2001年4月，日本又开始在名古屋建设总长和9.2公里的运营线路，并于2005年3月爱知世博会期间正式进行商业运营。

另一种应用方向是城际高速轨道交通运输系统，它主要采用的是长定子型直线同步电机的驱动方式，一般为10毫米左右的悬浮高度，约430公里时速，其代表线路为已经建成并运营10年的上海龙阳路至浦东国际机场示范运营线[3]。

4 我国磁浮列车发展及应用分析

4.1 现状

我国自上世纪80年代初开始中低速磁浮交通技术研究，90年代末，北京控股磁悬浮技术发展有限公司、国防科学技术大学等进入工程化研发阶段，先后建设了长沙204米中试试验线和唐山1547米工程化试验线，先后研制了4代中低速磁浮列车，已拥有90余项发明专利和实用新型专利。7万余公里的试验运行证明，我国已掌握了中低速磁浮交通的核心技术和系统集成技术，达到世界先进水平，能够确保中低速磁浮交通工程的可靠应用。

4.2 适应范围

随着社会经济、技术的进步以及人们对居住环境的日益关注，人们对城市轨道交通系统的要求也越来越高，中低速磁悬浮技术正是适应这种要求而诞生的新一代环保型轨道交通运输系统。

中低速磁悬浮系统是轻量化的城市轨道交通运输系统，最高速度可达150公里每小时，具有安全、舒适、环保、便捷、易于修建、维护方便等多方面的特点，既适用于中心城市客流不大的快速延伸线，诸如机场、城市郊区、产业区、大型娱乐场所等联系的专用快速线路，也适用于建筑物集中、线路规划困难的大中城市市中心的交通辅助线路。

4.3 研究方向

对于城市内部中低速磁浮运输线路应着重研究提高行车密度，保证系统的可靠性；而对于郊区中低速磁浮快线，应着重研究适当加长车辆长度来提高车辆载客量，以及随之而来的系统控制等更加复杂的问题。

由于目前中低速磁浮缺乏实际线路的建设和运营数据，对于系统节约与增加部分支出的比率、车辆的全寿命周期成本，需要进一步收集相关数据，并进行验算。

5 结语

目前我国经济正处于腾飞阶段,全国上下都在为在2020年全面实现小康而积极努力,交通运输是其中一个重要方面，因此，对其也提出了更新的要求。近年来我国研发了数种中低速磁浮列车，都具备自主知识产权。中低速磁浮列车有着其他交通工具没有的优势，可以适应小半径、大坡度的线路。较低的生命周期成本、较快的速度、安静、环保。所以它是一种理想的未来城市轨道交通系统。

［1］叶云岳，等.直线电机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

［2］吴俊泉.线性电机车辆的技术特性与应用前景[J].城市公共交通，2011（03）.