《磁悬浮交通概论》第一讲

磁悬浮交通概论主讲刘景军上海工程技术大学城市轨道交通学院2020年10月5日课程考核：上课要求：上课不迟到，不早退，上课期间不能去厕所；上课认真听讲，不大声讲话，不玩手机和游戏机，不看报纸。

课程参考书：《新型城市轨道交通》，周庆瑞、金峰编，中国铁道出版社。

《磁悬浮铁路系统与技术》，魏庆朝、孔永健著，中国科学技术出版社。

《磁悬浮交通文集》，严陆光著，中国电力出版社。

《新干线纵横谈日本高速铁路技术》，杨中平著，中国铁道出版社。

《高速铁路概论》，钱仲侯主编，中国铁道出版社。

：磁悬浮交通概论第一讲一、磁悬浮铁路发展史二、磁悬浮铁路三、磁悬浮列车发展史磁悬浮列车的发展史1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路（电磁对车道的吸引原则）1934年赫尔曼·肯佩尔获得制造磁悬浮铁路的基本专利（1934年8月14日德国国家专利643316）。

1935年赫尔曼·肯佩尔运用试验模型证实了磁悬浮。

1939年～1943年赫尔曼·肯佩尔在格丁根空气动力学研究所进行电磁悬浮铁路的基本研究工作。

1953年赫尔曼·肯佩尔写成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。

1969年大通过能力高速铁路研究会开始基础性研究。

克劳斯－马菲公司制造出电磁悬浮模型ＴＲ-０１。

支承和导向系统按赫尔曼·肯佩尔原则设计，由一台短定子直线电动机驱动。

磁悬浮列车的发展史进入70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。

而美国和前苏联则分别在七八十年代放弃了这项研究计划，目前只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究，并均取得了令世人瞩目的进展。

下面把各主要国家对磁浮铁路的研究情况作一简要介绍。

日本于1962年开始研究常导磁浮铁路。

此后由于超导技术的迅速发展，从70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。

1972年首次成功地进行了吨重的超导磁浮列车实验，其速度达到每小时50公里。

1977年12月在宫崎磁浮铁路试验线上，最高速度达到了每小时204公里，到1979年12月又进一步提高到517公里。

1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。

1995年，载人磁浮列车试验时的最高时速达到411公里。

为了进行东京至大阪间修建磁浮铁路的可行性研究，于1990年又着手建设山梨磁悬浮铁路试验线，首期公里长的试验线已于1996年全部建设完成。

2003年12月2日，日本的一列试验中的磁悬浮列车在山梨线创下581公里的最高时速纪录。

1986年在蒂森工业公司（亨舍尔）开发ＴＲ０７号样车。

德国对磁浮铁路的研究始于1968年（当时的联邦德国）。

1971年～1974年先后制造了ＴＲ０２、ＴＲ０３、ＴＲ０４号试验车。

1975年开发、研制和试验第一台长定子电磁行车技术功能的设备。

由蒂森·亨舍尔在卡塞尔厂区内用试验平台ＭＢ１进行。

1976年生产第一台用长定子电磁行车技术的载人试验车ＨＭＢ２，在卡塞尔由蒂森·亨舍尔在厂区内进行。

采用电磁式支承和导向系统，有10毫米空气间隙，车重为吨，4个座位，最大速度为36公里／小时。

研究初期，常导和超导并重，到1977年，先后分别研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆，试验时的最高时速达到400公里。

后来经过分析比较认为，超导磁浮铁路所需的技术水平太高，短期内难以取得较大进展，1977年联邦德国研究技术部作出以后只集中力量发展常导磁浮铁路（电磁悬浮驱动系统）的决定。

赫尔曼·肯佩尔工程师逝世（1892年4月5日～1977年7月13日）。

1978年，决定在埃姆斯兰德修建全长公里的试验线，并于1980年开工兴建，1982年开始进行不载人试验。

1979年汉堡的国际交通展览会上展出５月１７日投产的ＴＲ０５号并引起轰动。

1980年开始建造ＴＲ０６号。

列车的最高试验速度在1983年底达到每小时300公里，1984年又进一步增至400公里。

1984年埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施投产，用ＴＲ０６号开始作行车试验。

8月17日达到302公里／小时的速度。

1987年埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施第二期施工最终完成并投入使用。

ＴＲ０７号开始组装。

11月11日ＴＲ０６号达到406公里／小时的速度。

1988年ＴＲ０６号的速度于1月22日达到公里／小时。

在慕尼黑国际交通展览会上展出ＴＲ０７号。

1989年在埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施上开始检验ＴＲ０７号。

磁悬浮铁路快速列车技术已趋成熟。

2000年6月30日，中德两国政府正式签订合作开展上海磁悬浮快速列车运营线项目可行性研究的协议。

8月，国家计委批准项目建议书；同月，上海申通集团等６家公司联合出资20亿元注册成立上海磁悬浮交通发展有限公司（后扩股为8家公司，注册资金30亿元），上海市委、市府批准成立上海市磁悬浮快速列车工程指挥部。

2001年1月23日，上海磁悬浮交通发展有限公司与由德国西门子公司、蒂森快速列车系统公司和磁悬浮国际公司组成的联合体签署《上海磁悬浮列车项目供货和服务合同》，合同总金额亿德国马克；1月26日，又与德国线路及轨道梁技术联合体（ＴＧＣ）签署《磁悬浮快速列车混凝土复合轨道梁系统技术转让合同》，合同使用德国政府赠款共１亿德国马克。

3月1日工程正式开始。

５月专用道路全线贯通。

７月轨道梁生产基地投产。

2002年2月28日，线路主体下部结构全线贯通并开始架梁。

目前，德国在常导磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟。

实验最高时速达 550km。

与日本和德国相比，英国对磁浮铁路的研究起步较晚，从1973年才开始。

但是，英国则是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。

1984年4月，伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之间一条600米长的磁浮铁路正式通车营业。

旅客乘坐磁浮列车从伯明翰机场到英特纳雄纳尔火车站仅需90秒钟。

令人遗憾的是，在1995年，这趟一度是世界上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了11年之后被宣布停止营业，其运送旅客的任务由机场班车所取代。

世界主要国家试验时速和商业运营时速（公里/小时）中国：磁悬浮：实验最高时速 502，商业运营最高时速 431轮轨：实验最高时速 394，商业运营时速：350， 300， 250，200等法国：轮轨：实验最高时速 574，商业运营时速：320， 300， 280，210等日本：磁悬浮：实验最高时速 581，商业运营最高时速：无轮轨：实验最高时速 422，商业运营时速：300， 250，200等德国：磁悬浮：实验最高时速 550，商业运营最高时速：无轮轨：实验最高时速 406，商业运营时速：300，280， 250，230等就商业运营最高时速而言，中国的两项都是世界最高。

二、磁浮铁路•铁路的分类及优势范围•磁浮铁路的分类及发展•日本磁浮铁路技术•德国磁浮铁路技术•日本HSST系统•我国的有关试验研究情况•磁浮铁路线路设计•其他种类直线电机轨道交通1、铁路的分类及优势范围•普通铁路•高速铁路•客运专线铁路分类•国家铁路•地方铁路•合资铁路•专用铁路•铁路专用线1.1.1 国家铁路•国家铁路是指由中国国务院铁路主管部门管理的铁路，简称国铁。

•在我国，铁道部对国家铁路实行高度集中、统一指挥的运输管理体制。

1.1.2 地方铁路•地方铁路是指由地方人民政府管理的铁路。

•地方铁路主要是由地方自行投资修建或者与其他铁路联合投资修建，担负地方公共旅客、货物短途运输任务的铁路。

•我国地方铁路有准轨（1435毫米）和窄轨（762毫米）两种轨距。

•地方铁路的经营管理方式大体上分为三种类型，一种是自营性质；第二种是自建联营，以标准轨距为主，第三种是地方建路。

1.1.3 合资铁路•合资建设铁路，是在中国改革开放后出现的新事物。

对于中国铁路建设和管理，建立适应市场经济的新体制，是一种有益的探索。

•“七五”期间，是合资铁路探索起步阶段。

“七五”末期，在三茂铁路建设中，广东省政府与铁道部合作，组建了三茂铁路公司，共同出资建成了我国第一条中央与地方合资的铁路。

•“八五”期间，是合资铁路快速发展阶段。

这一时期，先后有达成、广大、广梅汕、邯济、合九、石长、横南、金温等13个合资铁路项目开工建设，并建成了合资铁路中最长的集通铁路以及连接亚欧第二条铁路大陆桥的重要组成部分北疆铁路以及连接海南岛的粤海铁路。

2、磁浮铁路分类及发展•按应用范围划分•按运行速度划分•按导体材料划分•按直线电机的定子长度划分•按直线电机的磁场是否同步划分•按驱动方式划分•按导轨结构形式划分•按悬浮方式划分•几种典型磁浮系统的分类特征•磁浮铁路的发展按应用范围划分主要体现在线路长度、在路网中的作用、最高运行速度及所属管理部门等方面。

•干线磁浮•城际磁浮•城市磁浮2.1.1 干线磁浮•包括特别繁忙干线、繁忙干线和干线•线路长度一般超过500km•在国家重要的交通运输大通道担当客运主力•连接经济发达地区、经济大区或大中城市•在路网中起重要的骨干作用•该铁路的最高运行速度一般要达到高速或超高速铁路的速度范围•一般归铁路部门或交通部门经营管理。

2. 1.2 城际磁浮•其线路长度在500km以下•连接客运繁忙的相邻两大城市•运行速度一般达到中高速铁路的速度范围•一般归铁路部门或交通部门经营管理2.1.3 城市磁浮•其线路长度一般不超过100km•承担市内交通、机场内交通或机场与市区间交通的任务•由于运行距离较短，列车的运行速度一般是在中低速的速度范围内•一般归市政部门或民航部门管理按运行速度划分•根据铁路速度划分标准，磁浮铁路可以分为：•低速（常速）磁浮(V<120km/h)•中速磁浮(120<V<200km/h)•高速磁浮(200<V<350km/h)•超高速磁浮(V>350km/h)•一般将低速和中速磁浮统称为中低速磁浮，主要适用于城市轨道交通（包括机场内交通）•一般将高速和超高速磁浮统称为高速磁浮，主要适用于干线和城际交通。

按导体材料划分•超导磁浮高温超导磁浮低温超导磁浮•常导磁浮2.3.1 超导磁浮•超导磁浮的线圈绕组使用超导材料。

•超导材料在周围环境温度低于其临界温度后就处于超导状态，即超导绕组内的电阻几乎为零。

•超导电磁铁能产生强大的磁场，具有极高的工作效率，因此可以使列车获得较大的悬浮高度和更快的运行速度。

•其缺点主要为，超导磁铁结构复杂，体积庞大，并且为了使超导绕组始终处于超导状态，在列车上还要配置制冷装置。

•日本的ML技术属于超导磁浮的范畴。

2.3.1 超导磁浮•超导磁浮铁路依靠制冷剂使超导绕组维持在超导状态•目前超导磁浮常用的制冷剂为液氮和液氦•根据二者工作温度的不同，磁浮铁路又可划分为高温超导磁浮和低温超导磁浮两类2.3.1.1 低温超导磁浮•液氦的工作温度为(-269℃)。