Maglev vilciens — magnētiskās levitācijas ātrgaitas vilciens, darbība un ātrums

Maglev vilcieni (saīsinājums no magnētiskās levitācijas) ir ļoti ātrs ātrgaitas dzelzceļa veids, kurā vilciens nekad neskaras ar sliedēm — tas kustas uz magnētiska lauka radīta "spilvena". Magnētiskā levitācija ir tehnoloģija, kas vilciena kustībai izmanto magnētisko lauku. Magnētiskais lauks paceļ vilcienu nelielā attālumā virs sliedēm un tajā pašā laikā to virza uz priekšu. Salīdzinājumā ar konvencionālajiem vilcieniem maglev sistēmas nodrošina lielāku ātrumu, mazāku berzi un klusāku braucienu.

Kā maglev vilciens darbojas

Maglev vilcienam nav tradicionāla riteņu un sliežu kontakta, tāpēc tam nav ierastā dzinēja, kas nodotu griezes momentu riteņiem. Vilcienu darbina elektriskais spēks, kas caur spoles elementiem sliežu ceļa konstrukcijā un vilciena apakšā izveido mainīgu magnētisko lauku. Šai sistēmai parasti ir trīs galvenās daļas:

1. liels elektroenerģijas avots;
2. metāla spoles, kas izklāj sliežu ceļu (vadotne vai sliežu ceļš);
3. lieli virzības magnēti, kas piestiprināti vilciena apakšpusē.

Magnēti darbojas, izmantojot pretējas un līdzīgas polaritātes efektus: pretēji poli piesaista, līdzīgi poli atgrūž. Tas ir elektromagnētiskās piedziņas pamatprincips. Elektromagnēti līdzīgi citiem magnētiem piesaista metāla priekšmetus, taču to magnētiskā iedarbība var tikt ieslēgta, izslēgta vai mainīta pēc vajadzības. Vadotnes spoles var mainīt polaritāti, radot kustību virzības laukiem, kas pārvieto vilcienu uz priekšu — to bieži nodrošina lineārie elektromotori (lineārais sinhronais vai indukcijas motors).

Levitationas un piedziņas veidi

Pastāv divi galvenie maglev principi:

• EMS (elektromagnētiskā balstiekārta) — elektromagnēti atrodas vilciena apakšpusē un pievelk vilciena korpusu pie tērauda vadotnes no apakšas. Šī sistēma uztur nelielu levitācijas spraugu (parasti apmēram 1 cm). Vācijas Transrapid ir EMS sistēmas piemērs.
• EDS (elektrodinamiskā balstiekārta) — parasti izmanto virzītās supravadītāju vai liela spēka pastāvīgos magnētus uz vilciena un vadotnes spoles, kas rada atgrūdošu spēku, kad vilciens pārvietojas. EDS sistēmās sprauga var būt lielāka (vairākus centimetrus), un levitācija bieži tiek sasniegta pie noteikta ātruma.

Detalizētāka darbības apraksta versija

Vadotnes spoles, kas izklāj sliedes un ko sauc par vadotni, atgrūž vai piesaista vilciena magnētus. Šī atgrūšana paceļ vilcienu parasti no 1 līdz 10 cm virs sliedes atkarībā no sistēmas. Kad vilciens ir pacelts, vadotnes spolēm tiek pievadīta jauda tā, lai magnētiskie lauki vilcienu gan velk, gan stabilizē un virza pa sliedēm. Maiņstrāva, kas tiek padota vadotnes spolēm, pastāvīgi maina spolēm polaritāti — šī maiņa veido kustības virzienā pārvietojošu magnētisko lauku, kas vilcienu aizvelk uz priekšu, bet aiz vilciena palielina vilces spēku.

Ātrums un reālie piemēri

"Maglev" vilcieni peld uz magnētiska spilvena, kas ievērojami samazina berzi. Kopā ar aerodinamisku konstrukciju tas ļauj sasniegt ļoti lielus ātrumus. Piemēram, lielākais zināmais maglev vilciena ātrums ir 603 km/h (375 mph), ko sasniedza Japānā 2015. gadā ar supravadītāju balstīto SCMaglev testu vilcienu. Komerciālai satiksmei strādājošie maglev vilcieni šobrīd parasti kursē lēnāk: Ķīnā un Japānā ir līnijas, kas pārvadā pasažierus uz attālumiem tikai dažas jūdzes vai kilometru simtus. Piemēram, Šanhajas maglev savienojums ar lidostu publiski kursē ar apmēram 430 km/h vienā no posmiem.

Salīdzinājumam — lidmašīnas, ko izmanto tālsatiksmes lidojumiem, var sasniegt maksimālo ātrumu aptuveni 900 km/h (560 mph), bet maglev uz zemes var dot iespēju par noteiktiem maršrutiem ceļot ātrāk, īpaši, ja iekļauti tieši savienojumi starp pilsētām. Piemēram, transkontinentāls "maglev" brauciens no Toronto uz Vankūveru teorētiski varētu aizņemt apmēram trīs stundas, kamēr parasto dzelzceļu tas prasītu dienas.

Vācijas un Japānas pieeja

Gan Vācija, gan Japāna izstrādā maglev tehnoloģijas, testa projektos izmantojot dažādus risinājumus. Vācijas uzņēmums Transrapid International izveidojis komerciāli izmantojamus prototipus. Vācijas risinājums (EMS) izmanto elektromagnētus vilciena apakšā, kas ir vērsti pret tērauda sliedi — tas paceļ vilcienu aptuveni 1/3 collas (1 centimetru) virs sliedes, nodrošinot nelielu spraugu, bet stabilu balstu. Šāda tipa Transrapid maglev vilciens ar pasažieriem spēj sasniegt apmēram 490 km/h (300 mph).

Priekšrocības

• Mazāka berze — ļauj sasniegt augstus ātrumus un samazina nolietojumu salīdzinājumā ar riteņiem/sliedēm.
• Klusa darbība — nav riteņu klikšķu, mazāks vibrāciju līmenis.
• Augsta paātrinājuma un bremzēšanas iespēja — precīzāks kustības vadījums ar lineāro motoru palīdzību.
• Mazāka apkopes nepieciešamība sliežu un riepju jomā (nav riteņu nolietojuma), tomēr vadotnei nepieciešama precīza uzturēšana.

Trūkumi un izaicinājumi

• Ļoti augstas sākotnējās būves izmaksas — pilnīgi jauna vadotņu infrastruktūra nepieciešama, tā nav saderīga ar parastajām sliedēm.
• Liela elektroenerģijas nepieciešamība, īpaši pie ļoti augstiem ātrumiem.
• Kompleksitāte mezglu (piem., sliežu šķērsojumu, pāreju) izveidē — sarežģītāks sliežu tīkls salīdzinājumā ar klasisko dzelzceļu.
• Komerciālai lietošanai nepieciešami drošības, uzturēšanas un regulējošo prasību standarti, kas vēl tiek attīstīti dažādās valstīs.

Drošība un uzticamība

Maglev tehnoloģijai ir daudz drošības elementu: automātiskā vilciena vadība, precīza pozicionēšana, iebūvētas rezerves sistēmas. Tomēr tā kā sistēma balstās uz elektrodinamikas, ilgtermiņa darbībai būtiska ir spoles un vadotņu kvalitāte, kā arī enerģijas padeves stabilitāte. Dažos projektos izmanto arī papildu mehānisku atbalstu zemo ātrumu fāzēs vai ārkārtas apstākļos.

Nākotnes perspektīvas

Maglev ir tehnoloģija ar lielu potenciālu attālo pilsētu savienošanai, kur ātrumi 300–600 km/h var konkurēt ar lidmašīnām, ņemot vērā ieceļošanas un gaidīšanas laiku lidostās. Ja izdevīgi tiks atrisinātas būvniecības izmaksas un enerģijas pieejamība, maglev var rast plašāku pielietojumu starppilsētu ātrgaitas satiksmē. Turklāt attīstās supravadītāju tehnoloģijas un efektīvāki lineārie motori, kas var samazināt ekspluatācijas izmaksas un palielināt efektivitāti.

Kopumā maglev vilcieni piedāvā ātru, klusu un ilgtspējīgāku pārvietošanos pa zemes ceļiem salīdzinājumā ar tradicionālajiem vilcieniem, taču plašākai ieviešanai nepieciešami lielāki ieguldījumi, rūpīgs plānošanas darbs un jaunu infrastruktūru būve.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir maglev vilciens?

J: Cik daudz ātrāki ir maglev vilcieni nekā parastie vilcieni?

J: Kāds ir maksimālais zināmais maglev vilciena ātrums?

J: Kā darbojas maglev vilcieni?

J: Kas ir Transrapid?

J: Cik ātri Transrapid var pārvietoties ar pasažieriem?

J: Kā tas ir salīdzinājumā ar pasažieru lidmašīnām, ko izmanto tālsatiksmes lidojumiem?

Meklēt pēc burta