直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘 要】對(duì)于各類的超高速和精密的機(jī)床而言，直線電機(jī)一直以來(lái)都是理想的傳動(dòng)方式，這主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、速度和加速度大、精度高、振動(dòng)和噪聲小等是直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)。該片文章簡(jiǎn)單地介紹了直線電機(jī)的工作原理以及其在城市軌道交系統(tǒng)中的一些應(yīng)用情況，并對(duì)直線電機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了闡述，了直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)及在國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)的應(yīng)用情況，介紹了直線電機(jī)的發(fā)展方向。在不久的將來(lái)，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式必定會(huì)被即將在社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)模式所代替將替，這是時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)所在。

【關(guān)鍵詞】直線電機(jī)；工作原理；特點(diǎn)；城市軌道交通；應(yīng)用

近幾年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步以及高速發(fā)展的自動(dòng)控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的不斷應(yīng)用，進(jìn)給速度、加速度、快速定位精度等與各類自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)的各方面已經(jīng)不能再滿足應(yīng)用的需求，所以對(duì)此提出了更高的要求。直線電機(jī)城市交通在城市的發(fā)展過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，變得愈來(lái)愈為重要，尤其是在形式變化多樣的城市軌道交通中所占據(jù)的位置就更為突出。城市軌道交通主要包括了地鐵、輕軌交通、單軌交通、新交通系統(tǒng)以及磁懸浮交通系統(tǒng)等，各個(gè)城市在改善城市交通的時(shí)候應(yīng)該根據(jù)自己城市的具體特點(diǎn)選擇交通系統(tǒng)，這樣會(huì)使得選擇的范圍更為廣泛。從結(jié)構(gòu)和性能上采取通過(guò)引入新技術(shù)達(dá)到節(jié)能的措施，城市軌道交通存在的價(jià)值就是通過(guò)不斷保持先進(jìn)性以及不斷進(jìn)行以求能夠保護(hù)環(huán)境，降低成本，以使車輛能安全、舒適、高密度地運(yùn)行。

1.直線電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)

1.1直線電機(jī)的工作原理

直線電機(jī)的工作原理，簡(jiǎn)而言之，就是利用電磁的原理將電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)過(guò)程。在實(shí)際的應(yīng)用中直線電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中一般將初級(jí)和次級(jí)制造成不同的長(zhǎng)度，這樣做主要的原因時(shí)為了保證在整個(gè)行程初級(jí)和次級(jí)的耦合不變。旋轉(zhuǎn)電機(jī)電機(jī)通入三相交流電后，會(huì)在初級(jí)和次級(jí)的氣隙中形成磁場(chǎng)，直線電機(jī)通入三相交流電后與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)擊類似，也能形成磁場(chǎng)如果不考慮端部效應(yīng)，在直線方向應(yīng)當(dāng)是成正弦分布的每個(gè)磁場(chǎng)并不是旋轉(zhuǎn)的而是平移的，有的就成為了行波磁場(chǎng)，之所以能產(chǎn)生電磁推力，也正是因?yàn)樾胁ù艌?chǎng)與次級(jí)的相互作用。

1.2直線電機(jī)的特點(diǎn)

直線電機(jī)是一種不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)就能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的傳動(dòng)裝置。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置具有簡(jiǎn)化了裝置和系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化的裝置和系統(tǒng)起到了能夠提高傳遞效率，降低制造成本的作用，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)裝置在簡(jiǎn)化了整個(gè)裝置和系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還做到了取消因?yàn)橹虚g傳動(dòng)裝置的運(yùn)行所造成的噪聲，保證了運(yùn)行的可靠性，減少了噪聲污染。沒有離心力的存在是直線電機(jī)的一大問(wèn)題，常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速和輸出功率都受到限制，這主要時(shí)由于離心力的作用在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子受到了較大的應(yīng)力，根本不存在離心力問(wèn)題的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部分與固定部分沒有機(jī)械聯(lián)系，因?yàn)樗际峭ㄟ^(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生推力來(lái)驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)的運(yùn)行的。

直線電機(jī)即使是在非常惡劣的條件下也可以正常地進(jìn)行工作，這都?xì)w功于其自身所具有的良好的防護(hù)性能，在一系列的通過(guò)高科技簡(jiǎn)化之后，直線電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的電機(jī)而言結(jié)構(gòu)可以說(shuō)是很簡(jiǎn)單的。它的初級(jí)鐵心在采取一系列的操作措施之后能做到防潮、防塵、防油污、防氣體腐蝕，但是直接暴露在空氣中的傳統(tǒng)的電機(jī)的初級(jí)的鐵心和繞組端部就不能做到這一點(diǎn)了，直線電機(jī)因?yàn)樽陨淼囊恍﹥?yōu)良的散熱迅速容易的性能根本就不需要附加冷卻裝置。除此之外，直線電機(jī)還具備了良好的起動(dòng)性能。

2.直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)今帶寬最快的地面客運(yùn)系統(tǒng)的磁懸浮列車和地鐵等可以用于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的城市交通工具具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，將在實(shí)現(xiàn)新的交通輸送工具中發(fā)揮它們的重要作用。直線電機(jī)車體具有明顯的導(dǎo)向效果，可以通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)證明，它的自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架比輪對(duì)沖角增加了百分之八十，有利于城市軌道交通選線的小半徑曲線線路的采用還可以在困難地段減少拆遷量，一次來(lái)達(dá)到降低工程造價(jià)的結(jié)果。直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比在不影響車輛內(nèi)部的空間的基礎(chǔ)上，還可以降低車輛地板面高度和使得整個(gè)車輛尺寸減少。直線電機(jī)地鐵非常適合小曲線、大坡度城市軌道交通的需要，特別適于對(duì)線位和站位選擇困難、水文地質(zhì)條件復(fù)雜和沿線有密集建筑物的城市，最適合于中大運(yùn)量城市快速線路。但是，成為制約直線電機(jī)軌道交通進(jìn)一步普及的最大瓶頸就是直線電機(jī)的地鐵牽引能耗比旋轉(zhuǎn)電機(jī)要多耗百分之二十和百分之三十之間。

3.直線電機(jī)在地鐵軌道交通系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的地鐵車輛技術(shù)和現(xiàn)今還在不斷發(fā)展的直線地鐵還是存在著較多的不同的，其中最為主要的則是體現(xiàn)在轉(zhuǎn)向架以車輛的牽引和制動(dòng)的技術(shù)方面。在曲線半徑很小的線路上車輛也可以平穩(wěn)運(yùn)行，如同在平地上運(yùn)行一樣，這都主要得益于既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，又提高了車輛通過(guò)小半徑曲線的能力的自導(dǎo)式的徑向轉(zhuǎn)向架在車輛上的應(yīng)用；采用直線感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行牽引直線電機(jī)地鐵車輛主要是由定子和感應(yīng)板組成的，釘子是安裝在轉(zhuǎn)向架上的，而感應(yīng)板則是沿軌道鋪設(shè)在鋼軌中間的。在選取直線感應(yīng)電機(jī)推力動(dòng)作點(diǎn)時(shí)必須兼顧垂直方向的力和側(cè)面方向力對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)的支承裝置的影響，這是因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)直線感應(yīng)電機(jī)不僅產(chǎn)生列車牽引所需的推力，還產(chǎn)生垂直方向力以及側(cè)向力；再生制動(dòng)和反接制動(dòng)是直線電機(jī)地鐵車輛常用制動(dòng)時(shí)所使用的兩種電動(dòng)方式，這兩種方式都對(duì)直線電機(jī)地鐵車輛的非粘著制動(dòng)特性進(jìn)行了極為充分的利用，將它的特點(diǎn)應(yīng)用的淋漓盡致。

傳統(tǒng)地鐵車輛采用空氣制動(dòng)和電制動(dòng)相配合，是其在常用制動(dòng)和快速制動(dòng)時(shí)的一大特點(diǎn)；采用空氣制動(dòng)則一般應(yīng)用在緊急制動(dòng)上，直線電機(jī)地鐵系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的輪軌地鐵系統(tǒng)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)，直線電機(jī)在牽引時(shí)屬于非粘著驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)在其牽引的過(guò)程中不受輪軌之間的粘著限制，非粘著驅(qū)動(dòng)使得直線電機(jī)具有良好的爬坡能力，直線電機(jī)地鐵坡度可達(dá)百分之六到百分之八之間，在轉(zhuǎn)入地下和爬升地面時(shí)就能體現(xiàn)出它的這一特點(diǎn)，在行駛的過(guò)程中顯得相當(dāng)靈活；直線電機(jī)在牽引的過(guò)程中便于采用徑向轉(zhuǎn)向架，根本就不需要減速齒輪等裝置，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)有著很大的自由度，輪性能指標(biāo)也大大得到了降低。直線電機(jī)車輛在小半徑曲線線路上行駛極為容易，縮短了線路建設(shè)長(zhǎng)度的小半徑曲線線路設(shè)計(jì)，使得線路設(shè)計(jì)的自由度也得到了增加；直線電機(jī)的隧道斷面積小。充當(dāng)車體的支撐部分的就是車輪，行走區(qū)間的斷面面積的減少可以通過(guò)降低車輛的總高度和小型化整個(gè)城市地鐵軌道交通的系統(tǒng)，這些都是主要靠較小的車輪直徑來(lái)實(shí)行的。

4.結(jié)語(yǔ)

擁有技術(shù)先進(jìn)和爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的直線電機(jī)系統(tǒng)在城市交通軌道中的作用與常規(guī)輪軌系統(tǒng)相比較，孰輕孰重是顯而易見的，所以不僅在技術(shù)上要大力支持直線電機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)，還應(yīng)該應(yīng)從政策上鼓勵(lì)發(fā)展直線電機(jī)在多種軌道交通模式中的全面應(yīng)用，現(xiàn)如今，交通的擁擠已將嚴(yán)重地影響到了人們的出行，而作為在當(dāng)今社會(huì)受到了廣大的乘客的青睞的地鐵成為解決城市交通矛盾的有效手段，成為了城市的一種必不可少的交通工具，這主要是因?yàn)樗旖?、安全、舒適、大運(yùn)量、低能耗、少污染等優(yōu)點(diǎn)于一身，由此可以預(yù)見地鐵在交通運(yùn)輸業(yè)中將會(huì)繼續(xù)蓬勃發(fā)展下去。直線電機(jī)在地鐵等城市交通軌道系統(tǒng)中也將會(huì)因?yàn)樽陨愍?dú)特的優(yōu)勢(shì)得到更為廣泛的應(yīng)用，會(huì)擁有一個(gè)欣欣向榮的明天。 參考文獻(xiàn)

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