A maglev vonatok a jövő közlekedési eszközei? Hogyan működik a maglev vonat?

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Már több mint kétszáz év telt el azóta, hogy az emberiség feltalálta az első gőzmozdonyokat. Az utasokat és nehéz terheket villamos energiával és dízelüzemanyaggal szállító földi vasúti szállítás azonban még mindig nagyon elterjedt.

Érdemes elmondani, hogy a mérnökök és feltalálók az elmúlt évek során aktívan dolgoztak alternatív mozgási módok kidolgozásán. Munkájuk eredményeként a vonatok mágneses párnákon készültek.

Megjelenés története

A vonatok mágneses párnákon való létrehozásának gondolatát a huszadik század elején aktívan fejlesztették. Ezt a projektet azonban akkoriban több okból sem lehetett megvalósítani. Egy ilyen vonat gyártása csak 1969-ben kezdődött. Ekkor a Német Szövetségi Köztársaság területén mágneses vágányt fektettek le, amelyen egy új járműnek kellett elhaladnia, amelyet később maglev vonatnak neveztek el. 1971-ben indították útjára. Az első maglev vonat, amelyet Transrapid-02-nek hívtak, elhaladt a mágneses pályán.

Érdekes tény, hogy a német mérnökök alternatív járművet készítettek Hermann Kemper tudós feljegyzései alapján, aki 1934-ben megkapta a mágneses sík feltalálását megerősítő szabadalmat.

A "Transrapid-02" aligha nevezhető nagyon gyorsnak. Maximum 90 kilométeres óránkénti sebességgel tudott haladni. Kapacitása is alacsony volt – mindössze négy fő.

1979-ben egy fejlettebb maglev modellt hoztak létre. Ez a "Transrapid-05" nevű vonat már hatvannyolc utast tudott szállítani. A Hamburg városában található vonal mentén haladt, amelynek hossza 908 méter volt. A vonat maximális sebessége hetvenöt kilométer per óra volt.

Ugyanabban 1979-ben egy másik maglev modell is megjelent Japánban. ML-500-nak hívták. A japán vonat mágneses párnán akár ötszáztizenhét kilométeres óránkénti sebességet is elért.

Versenyképesség

A mágneses párnás szerelvények sebessége összehasonlítható a repülőgépek sebességével. Ebben a tekintetben ez a fajta szállítás komoly versenytársa lehet azoknak a légi útvonalaknak, amelyek akár ezer kilométeres távolságban közlekednek. A maglevek széleskörű elterjedését hátráltatja, hogy a hagyományos vasúti felületeken nem tudnak mozogni. A mágneses párnákon álló vonatoknak speciális autópályákat kell építeniük. Ez pedig nagy tőkebefektetést igényel. Azt is gondolják, hogy a maglevek számára létrehozott mágneses mező negatív hatással lehetaz emberi testet, ami károsan befolyásolja a járművezető és az ilyen útvonal közelében található régiók lakosainak egészségét.

Működési elv

A mágneses párnás szerelvények különleges közlekedési formák. Mozgás közben úgy tűnik, hogy a maglev a vasúti sínek felett lebeg anélkül, hogy megérintené. Ez annak köszönhető, hogy a járművet egy mesterségesen létrehozott mágneses tér ereje vezérli. A maglev mozgása során nincs súrlódás. A fékerő aerodinamikai légellenállás.

Hogyan működik? Mindannyian ismerjük a mágnesek alapvető tulajdonságait a hatodik osztályos fizikaórákról. Ha két mágnest az északi pólusukkal összehozunk, akkor taszítják egymást. Egy úgynevezett mágneses párna jön létre. Különböző pólusok összekapcsolásakor a mágnesek vonzzák egymást. Ez a meglehetősen egyszerű elv áll a maglev-vonat mozgásának hátterében, amely szó szerint a levegőben siklik a sínektől jelentéktelen távolságra.

Jelenleg két technológiát fejlesztettek már ki, melyek segítségével mágneses párnát vagy felfüggesztést aktiválnak. A harmadik kísérleti jellegű, és csak papíron létezik.

Elektromágneses felfüggesztés

Ezt a technológiát EMS-nek hívják. Az elektromágneses tér erősségén alapul, amely idővel változik. A maglev levitációját (levegőben való emelkedését) okozza. A vonat mozgásához ebben az esetben T-alakú sínekre van szükség, amelyekből készülnekvezető (általában fémből készült). Ily módon a rendszer működése hasonló a hagyományos vasútéhoz. A vonatban azonban kerékpárok helyett tartó- és vezetőmágneseket szerelnek fel. Párhuzamosan helyezkednek el a ferromágneses állórészekkel, amelyek a T-alakú szalag széle mentén helyezkednek el.

Az EMS technológia fő hátránya, hogy szabályozni kell az állórész és a mágnesek közötti távolságot. És ez annak ellenére, hogy sok tényezőtől függ, beleértve az elektromágneses kölcsönhatás instabil természetét is. A vonat hirtelen leállásának elkerülése érdekében speciális akkumulátorokat szerelnek fel rá. Képesek újratölteni a tartómágnesekbe épített lineáris generátorokat, és így hosszú ideig fenntartani a levitációs folyamatot.

Az EMS-alapú vonatokat kis gyorsulású szinkron lineáris motor fékezi. Ezt támasztó mágnesek képviselik, valamint az úttest, amely felett a maglev lebeg. A kompozíció sebessége és tolóereje a generált váltakozó áram frekvenciájának és erősségének változtatásával szabályozható. A lassításhoz egyszerűen változtassa meg a mágneses hullámok irányát.

Elektrodinamikus felfüggesztés

Van egy technológia, amelyben a maglev mozgása két mező kölcsönhatása esetén következik be. Az egyik az autópálya vászonban, a második a vonat fedélzetén készül. Ezt a technológiát EDS-nek hívják. Ennek alapján egy japán JR–Maglev maglev vonatot építettek.

Ez a rendszer némileg eltér az EMS-től, aholközönséges mágnesek, amelyekre a tekercsek csak tápfeszültség esetén kapnak elektromos áramot.

EDS technológia folyamatos áramellátást jelent. Ez akkor is előfordul, ha a tápellátás ki van kapcsolva. Egy ilyen rendszer tekercseiben kriogén hűtés van beépítve, ami jelentős mennyiségű villamos energiát takarít meg.

Az EDS technológia előnyei és hátrányai

Az elektrodinamikus felfüggesztéssel működő rendszer pozitív oldala a stabilitása. Még a mágnesek és a vászon közötti távolság enyhe csökkentését vagy növelését is szabályozzák a taszító és vonzó erők. Ez lehetővé teszi, hogy a rendszer változatlan állapotban legyen. Ezzel a technológiával nincs szükség vezérlő elektronika telepítésére. Nincs szükség eszközökre a szalag és a mágnesek közötti távolság beállításához.

EDS technológiának van néhány hátránya. Így a kompozíció lebegtetéséhez elegendő erő csak nagy sebességnél keletkezhet. Ezért vannak felszerelve a maglevek kerekekkel. Akár száz kilométer per órás sebességgel biztosítják mozgásukat. Ennek a technológiának egy másik hátránya a súrlódási erő, amely a taszítómágnesek hátulján és elején keletkezik alacsony sebességnél.

Az utasoknak szánt szakaszon az erős mágneses tér miatt speciális védelem felszerelése szükséges. Ellenkező esetben szívritmus-szabályozóval rendelkező személy nem utazhat. A mágneses adathordozók (hitelkártyák és HDD) védelemre is szükség van.

Fejletttechnológia

A harmadik rendszer, amely jelenleg csak papíron létezik, az EDS változatban az állandó mágnesek használata, amelyek aktiválásához nincs szükség energiára. Egészen a közelmúltig azt hitték, hogy ez lehetetlen. A kutatók úgy vélték, hogy az állandó mágnesek nem rendelkeznek akkora erővel, amely a vonat lebegését okozhatja. Ezt a problémát azonban elkerülték. Ennek megoldására a mágneseket a Halbach-tömbbe helyezték. Az ilyen elrendezés nem a tömb alatt, hanem felette mágneses mező létrehozásához vezet. Ez segít fenntartani a vonat lebegését még körülbelül öt kilométeres óránkénti sebességnél is.

A projekt gyakorlati megvalósítása még nem történt meg. Ennek oka az állandó mágnesekből készült tömbök magas költsége.

A maglevák méltósága

A maglev vonatok legvonzóbb oldala a nagy sebesség elérésének lehetősége, amely lehetővé teszi a maglevek számára, hogy a jövőben még a sugárhajtású repülőgépekkel is versenyezzenek. Ez a szállítási mód az áramfogyasztás szempontjából meglehetősen gazdaságos. A működési költségek is alacsonyak. Ez a súrlódás hiánya miatt válik lehetségessé. A maglevek alacsony zajszintje is örömet okoz, ami pozitív hatással lesz a környezeti helyzetre.

Hibák

A maglevek hátránya, hogy túl sokba kerül elkészíteni őket. A pályafenntartás költségei is magasak. Emellett a megfontolt közlekedési mód komplex pályarendszert és ultraprecízitást igényeleszközök, amelyek szabályozzák a vászon és a mágnesek közötti távolságot.

A projekt megvalósítása Berlinben

Németország fővárosában az 1980-as években megtörtént az első maglev rendszer, az M-Bahn megnyitása. A vászon hossza 1,6 km volt. Három metróállomás között közlekedett egy maglev vonat hétvégenként. Az utasok utazása ingyenes volt. A berlini fal leomlása után a város lakossága csaknem megkétszereződött. Ehhez olyan közlekedési hálózatok kialakítására volt szükség, amelyek képesek voltak nagy utasforgalmat biztosítani. Ezért 1991-ben leszerelték a mágneses vásznat, és a helyén megkezdődött a metró építése.

Birmingham

Ebben a német városban egy kis sebességű maglev csatlakozott 1984 és 1995 között. repülőtér és vasútállomás. A mágneses út hossza mindössze 600 m volt.

Az út tíz évig működött, és az utasok számos, a fennálló kellemetlenségekkel kapcsolatos panasza miatt lezárták. Ezt követően az egysínű sín váltotta fel a maglevet ezen a szakaszon.

Sanghaj

Az első mágneses utat Berlinben a német Transrapid cég építette. A projekt kudarca nem tántorította el a fejlesztőket. Folytatták a kutatást, és megrendelést kaptak a kínai kormánytól, amely úgy döntött, hogy maglev-pályát építenek az országban. Ez a nagysebességű (akár 450 km/h) útvonal kötötte össze Sanghaj és Pudong repülőterét. A 30 km hosszú utat 2002-ben nyitották meg. A jövőbeni tervek között szerepel 175 km-re történő kiterjesztése.

Japán

Ez az ország 2005-ben kiállítást rendezettExpo-2005. Megnyitásáig egy 9 km hosszú mágneses pályát helyeztek üzembe. Kilenc állomás van a vonalon. A Maglev a kiállítási helyszínnel szomszédos területet szolgálja ki.

A magleveket a jövő szállítóeszközének tekintik. Már 2025-ben új szupersztráda megnyitását tervezik egy olyan országban, mint Japán. A maglev vonat Tokióból szállítja majd az utasokat a sziget központi részének egyik kerületébe. Sebessége 500 km/h lesz. A projekt megvalósításához körülbelül negyvenöt milliárd dollárra lesz szükség.

Oroszország

Gyorsvonat létrehozását is tervezi az Orosz Vasutak. 2030-ra az oroszországi maglev összeköti Moszkvát és Vlagyivosztokot. Az utasok 20 óra alatt teszik meg a 9300 km-es utat. A maglev vonat sebessége elérheti az ötszáz kilométert óránként.