2013年，中國工程院戰(zhàn)略研究項(xiàng)目《中低速磁浮交通技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》報(bào)告中，指出了中低速磁浮交通推廣中存在的問題，“目前在世界范圍內(nèi)，中低速磁浮交通一直備受關(guān)注，發(fā)展?jié)摿薮螅a(chǎn)業(yè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有形成規(guī)模。其中一個(gè)重要原因是中低速磁浮交通系統(tǒng)的市場定位不明確，阻礙其推廣運(yùn)用的建設(shè)成本、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等系統(tǒng)綜合競爭力還有待提升”。報(bào)告進(jìn)一步指出創(chuàng)新是中低速磁浮交通發(fā)展的出路，“利用已有的技術(shù)基礎(chǔ)，有針對性地解決制約其推廣運(yùn)用的問題，通過創(chuàng)新進(jìn)一步提升系統(tǒng)綜合性能，充分利用磁浮交通非接觸運(yùn)行的特點(diǎn)，發(fā)揮中低速磁浮交通在增效節(jié)能、改善環(huán)境方面的巨大潛力，形成中國特色的中低速磁浮交通產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自主研發(fā)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，甚至取得國際領(lǐng)先的技術(shù)突破”。如今，“大連創(chuàng)造”實(shí)現(xiàn)了這一重大技術(shù)突破。
近日，由中車大連機(jī)車車輛有限公司制造的中國首列新一代中低速磁浮列車在上海臨港完成了25000公里線路跑合。目前，全球沒有任何一種輪軌車輛能夠同時(shí)滿足R50米水平曲線、100‰縱向坡道、最高160公里/小時(shí)速度的技術(shù)指標(biāo)，這極大地降低了線路造價(jià)，提升了建設(shè)的便利性。從此，中低速磁浮列車可以走向市域和城際之間，為城市軌道交通提供了一種具有“高速度-小彎道-大坡道-低噪聲-低振動(dòng)-少維護(hù)-低建設(shè)成本”的中等運(yùn)量新系統(tǒng)，其綜合技術(shù)指標(biāo)世界領(lǐng)先。
新一代中低速磁浮列車為鋁合金材質(zhì)，三節(jié)編組，兩端均設(shè)有駕駛室，整列車長47.8米，車寬2.8米，車高3.7米，車輛高度與普通地鐵車輛基本相同。最小轉(zhuǎn)彎半徑為50米，最大坡道100‰,也就是每運(yùn)行1000米可以提升100米、最大運(yùn)行速度為每小時(shí)160公里。目前該列車已經(jīng)完成了動(dòng)靜態(tài)調(diào)試、靜態(tài)懸浮、各速度等級牽引等型式試驗(yàn)，準(zhǔn)備開展商業(yè)運(yùn)營驗(yàn)證?，F(xiàn)在已經(jīng)被受理發(fā)明專利8項(xiàng)，授權(quán)4項(xiàng)。
據(jù)悉，日本、韓國以及我國長沙機(jī)場線、北京S1線以及正在建設(shè)的廣東清遠(yuǎn)線等中低速磁浮列車線路，基本上都借鑒了日本最早研制的第一代中低速磁浮技術(shù)。其時(shí)速為每小時(shí)100公里，理論最大轉(zhuǎn)彎半徑為75米左右，理論最大爬坡能力為行走1000公里提升70米。但始終沒有解決車軌耦合振動(dòng)問題。
針對磁浮列車的普遍技術(shù)“短板”，中車大連公司通過創(chuàng)新懸浮架結(jié)構(gòu)、優(yōu)化懸浮控制、提高牽引系統(tǒng)效率等，使得新一代中低速磁浮列車的加速度、運(yùn)行速度、彎道能力、爬坡能力、舒適性等性能得到革命性的提升。一直困擾中低速磁浮列車的車軌耦合振動(dòng)問題也得到最大程度緩解。
新一代中低速磁浮列車是中車大連機(jī)車車輛有限公司重點(diǎn)打造的一款“十三五”新型產(chǎn)品，是以戰(zhàn)略發(fā)展和技術(shù)儲(chǔ)備為立足點(diǎn)，核心技術(shù)經(jīng)校企研發(fā)合作、專業(yè)平臺(tái)集成，以實(shí)現(xiàn)“用一種軌道交通制式滿足過去需要多種制式提供的時(shí)速160公里，中等運(yùn)量的城市及市域軌道交通需求”，可滿足大都市現(xiàn)代化、智能化、信息化、景觀化的發(fā)展導(dǎo)向，可以安靜深入城區(qū)、快速聯(lián)通市域，適應(yīng)新型城鎮(zhèn)化。
“大連創(chuàng)造”的這個(gè)奇跡有根有據(jù)
2017年6月，新一代中低速磁浮試驗(yàn)車在上海完成全部線路運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)速度達(dá)每小時(shí)121公里，打破當(dāng)時(shí)中低速磁浮列車運(yùn)行速度世界紀(jì)錄。同年8月，通過了國內(nèi)磁浮領(lǐng)域?qū)＜医M的評審。
為驗(yàn)證新一代磁浮列車在每小時(shí)160公里以下速度范圍的走行特性和關(guān)鍵技術(shù)，推廣新一代磁浮列車技術(shù)，2017年初，中車大連公司同西南交大一起聯(lián)合設(shè)計(jì)并完成了一節(jié)功能性試驗(yàn)車的生產(chǎn)下線。目前該車已通過每小時(shí)120公里線路運(yùn)行等試驗(yàn)，并在1.7公里試驗(yàn)線上安全無故障運(yùn)行超過了11000公里。
經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，能清晰地看到：車輛懸浮架設(shè)計(jì)合理，懸浮控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，車輛在50米曲線、線路70‰坡道、線路道岔上均運(yùn)行正常；車輛試驗(yàn)速度達(dá)到每小時(shí)121公里。時(shí)速120公里以下施加緊急制動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響懸浮等其他系統(tǒng)正常工作。緊急支撐輪及液壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，工作穩(wěn)定可靠。
試驗(yàn)車線路運(yùn)行試驗(yàn)通過了3位院士為代表的國內(nèi)11位業(yè)內(nèi)頂級專家評審，評審委員會(huì)認(rèn)為，新一代中低速磁浮列車車輛綜合技術(shù)先進(jìn)，懸浮架技術(shù)國際領(lǐng)先，該車是一項(xiàng)國家戰(zhàn)略性課題，填補(bǔ)了國際中等運(yùn)量非輪軌城際、市域車輛的空白。
專家認(rèn)為，基于新一代磁浮技術(shù)制定的工程樣車總體技術(shù)方案，在車輛編組設(shè)置、懸浮架布置、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等方面合理可行，具備實(shí)現(xiàn)最高運(yùn)行速度每小時(shí)160公里的能力，可滿足城市和市域中等運(yùn)量運(yùn)輸需求，具有技術(shù)先進(jìn)性和實(shí)施推廣價(jià)值。
與試驗(yàn)車相比，中國首列新一代中低速磁浮列車優(yōu)化了懸浮架結(jié)構(gòu)，懸浮更加穩(wěn)定;整車系統(tǒng)進(jìn)一步輕量化;牽引制動(dòng)性能更加優(yōu)異;車鉤與貫通道設(shè)計(jì)滿足列車通過最小曲線、最大坡道需求。經(jīng)過線路實(shí)際驗(yàn)證，首列工程樣車的各項(xiàng)性能遠(yuǎn)超出試驗(yàn)車。
“大連創(chuàng)造”的這次革命是如何實(shí)現(xiàn)的
相比既有技術(shù)，新一代磁浮列車在運(yùn)行速度、加速度、彎道能力、爬坡能力、舒適性等方面都有革命性的提升，而且還解決了一直困擾中低速磁浮列車核心難題：車軌耦合振動(dòng)，即車輛與軌道共振。
這些革命性的提升得以實(shí)現(xiàn)，都緣于對懸浮架、直線電機(jī)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。新一代磁浮技術(shù)在懸浮架技術(shù)上有了質(zhì)的飛躍。研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要從中低速磁浮列車系統(tǒng)集成技術(shù)、懸浮控制技術(shù)、列車網(wǎng)絡(luò)控制及測速定位技術(shù)、新一代懸浮架技術(shù)、直線牽引電機(jī)及電磁鐵等核心技術(shù)、產(chǎn)品試驗(yàn)技術(shù)與方法等的深入研究，吸收并掌握中低速磁浮車的車軌耦合振動(dòng)控制技術(shù)、列車懸浮控制技術(shù)、輕量化車體等國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)高平臺(tái)設(shè)計(jì)。
新一代中低速磁浮懸浮架采用“工”字形結(jié)構(gòu)、空氣簧中置方式、單防滾梁等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式，能有效抑制車軌耦合振動(dòng)，提高車輛懸浮穩(wěn)定性；新一代磁浮技術(shù)取消迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，列車能實(shí)現(xiàn)在無迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的情況下轉(zhuǎn)彎后自動(dòng)回正。由于優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，騰出了空間，使得牽引電機(jī)最大化，提升電機(jī)牽引能力的同時(shí)也提升了車上多個(gè)電機(jī)的協(xié)同工作效率。
新型懸浮架結(jié)構(gòu)的受力特性更有利于列車提高時(shí)速指標(biāo)、牽引能力以及顯著緩解車軌耦合振動(dòng)。從理論分析看，同等條件下新一代磁浮列車更節(jié)能；從試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證看，新一代懸浮架能在27種工況下安靜穩(wěn)定的懸浮。這使得新一代磁浮列車不僅可在低速行駛時(shí)，在站臺(tái)駐車時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間安靜懸停，也就是說，坐在新一代磁浮列車上，感受不到任何明顯的振動(dòng)。
除此之外，為突破每小時(shí)100公里的速度“天花板”，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在車輛系統(tǒng)集成、牽引系統(tǒng)優(yōu)化、直線感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造工藝、車輛輕量化技術(shù)等方面，均做了較大創(chuàng)新設(shè)計(jì)。車輛采用新型直線電機(jī)技術(shù)，在電機(jī)尺寸、容量、極數(shù)、極距等方面進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，同時(shí)優(yōu)化既有電氣設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了車輛懸浮系統(tǒng)與牽引系統(tǒng)磁場獨(dú)立，最大限度保證了車輛的懸浮能力，提升了車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性。
同時(shí)，為了降低創(chuàng)新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，新一代磁浮技術(shù)方案在創(chuàng)新的同時(shí)也繼承了既有方案的一些特點(diǎn)，如兩種方案的電磁鐵、機(jī)械制動(dòng)接口與部件基本相同；空氣彈簧與車體均通過滑臺(tái)支撐；牽引力由懸浮架到車體的傳遞途徑不變，牽引桿方式也不變；直線電機(jī)與懸浮架的基本安裝方式相同等。
通過車輛關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破，使得中低速磁浮列車的速度可以達(dá)到每小時(shí)160公里。為中低速磁浮交通的推廣運(yùn)用，滿足我國市域鐵路的發(fā)展需求，為新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略提供技術(shù)支撐。
[相關(guān)補(bǔ)充]
磁浮列車工作原理
磁浮列車是一種利用電磁力達(dá)到無接觸的懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)的地面車輛系統(tǒng)。通過直線電機(jī)來牽引列車環(huán)抱導(dǎo)軌運(yùn)行，磁鐵與軌道上的鐵磁構(gòu)件相互吸引，將列車向上吸起懸浮于軌道上，磁鐵和鐵磁軌道之間的懸浮間隙一般約為8~12mm。
國家政策
1992年國家正式將磁懸浮列車關(guān)鍵技術(shù)研究列入“八五”攻關(guān)計(jì)劃，在“十一五”“十二五”期間將磁懸浮交通系統(tǒng)作為國家重點(diǎn)科技支撐計(jì)劃之一，提出通過工程應(yīng)用帶動(dòng)技術(shù)研發(fā)，完成系統(tǒng)掌握高速磁懸浮技術(shù)，優(yōu)化完善中低速磁懸浮技術(shù)的目標(biāo)。
2013年，中國工程院發(fā)起了“磁懸浮交通技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究”立項(xiàng)，并通過研究向國務(wù)院遞交了《關(guān)于加快中低速磁懸浮交通推廣應(yīng)用的建議》。
