中低速磁懸浮技術(shù)在中國的適用性分析

劉 博

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300000)

中低速磁懸浮技術(shù)在中國的適用性分析

劉 博

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300000)

通過spss軟件對磁懸浮列車的能耗進(jìn)行線性回歸，得到中低速磁懸浮列車的單耗，同時通過既有研究對中低速磁懸浮的建設(shè)費(fèi)用進(jìn)行推算,然后從減振降噪、地形適用能力、可靠度、能耗、建設(shè)費(fèi)用以及后期的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用等因素出發(fā)對中低速磁懸浮體統(tǒng)進(jìn)行分析，認(rèn)為中低速磁懸浮技術(shù)在中國具有推廣價值。

spss;線性回歸；中低速磁懸浮；單耗；造價

1 中低速磁懸浮技術(shù)分析

目前的磁懸浮技術(shù)主要依托于德國的TR技術(shù)和日本的MLU技術(shù)，TR車輛結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，MLU車輛結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，相比較而言，德國的TR技術(shù)性能上更加成熟穩(wěn)定，我國第一條高速磁懸浮示范線采用的即為該技術(shù)，已經(jīng)建成的長沙懸浮線和正在修建的北京地鐵中低速磁懸浮示范線也都是采用TR技術(shù)，但不管基于什么技術(shù)水準(zhǔn)的磁懸浮技術(shù)在對比傳統(tǒng)的輪軌技術(shù)時，磁懸浮技術(shù)都有著顯著的優(yōu)勢。

圖1 TR車輛結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 MLU車輛結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 減振降噪

軌道交通的振動和噪聲問題一直為人們所詬病，為了解決這一難題專家學(xué)者每年投入大量的經(jīng)費(fèi)來研究嘗試新的減振降噪措施，以北京地鐵為例，每條地鐵線路僅僅是鋪設(shè)浮置板和減振扣件的造價就高達(dá)數(shù)億元，然而這些高昂的減振措施不僅沒有徹底解決軌道的振動問題，而且每年為此還要承受價格不菲的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。中低速磁懸浮克服了傳統(tǒng)輪軌的粘著限制，車輛與軌道之間不會產(chǎn)生直接接觸，從根本上解決了機(jī)械噪聲、鋼軌磨耗等問題。另一方面，由于磁懸浮技術(shù)取消了弓網(wǎng)關(guān)系，沒有了弓網(wǎng)摩擦的噪聲，從而進(jìn)一步的縮小了噪聲的輻射范圍，有研究表明，在距離線路10 m的距離對正常運(yùn)行的中低速磁懸浮列車進(jìn)行噪聲測試，所得的噪聲只有60多dB，這是其他交通工具不可比擬的降噪優(yōu)勢。

1.2 地形的適應(yīng)能力

相較于普通的輪軌系統(tǒng)，中低速磁懸浮系統(tǒng)有著較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力，可以接受更小的曲線半徑，更大的線路坡度(設(shè)計(jì)坡度最大可達(dá)到100‰)，線路適應(yīng)地形從而降低了選線難度和工程量，進(jìn)而減小了土建施工的成本。尤其對于西部多山丘地形的環(huán)境，中低速磁懸浮系統(tǒng)良好的地形適應(yīng)能力可以大大的減少工程造價和縮短工程建設(shè)工期。

1.3 可靠性

由于磁懸浮列車在行駛過程中一直保持的車輛懸浮狀態(tài)，因此磁懸浮的安全問題一直為人們所關(guān)注。事實(shí)上相較于傳統(tǒng)的輪軌系統(tǒng)，中低速磁懸浮系統(tǒng)有著更可靠的安全應(yīng)急措施，中低速磁懸浮列車一般具有備用電源，以確保突然斷電的情況下車輛可以一定時間內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時，中低速磁懸浮的軌道一般都采用“T”字型軌道，這樣能牢牢地卡住車輛，即使真的出現(xiàn)高速脫軌趨勢，軌道也能牢牢地扣住車輛以免事故的發(fā)生。

1.4 能耗

由于磁懸浮列車在行駛時只消耗電能，因此有害物質(zhì)的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同等速度下的其他交通工具，具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。而從能耗上考慮，由于目前沒有可供參考的中低速磁懸浮列車的能耗研究，本文將以高速磁懸浮列車能耗為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)進(jìn)行研究分析，表1為高速磁懸浮列車行車速度與單位能耗的關(guān)系。

表1 高速磁懸浮列車速度與單耗關(guān)系表

圖3 高速磁懸浮列車單耗曲線圖

本文通過spss軟件對現(xiàn)有列車車速與單位能耗進(jìn)行線性回歸，得到關(guān)于設(shè)計(jì)目標(biāo)車速與單耗之間的關(guān)系公式為

(1)

式中：h為列車的單位能耗；vmax為設(shè)計(jì)目標(biāo)車速。

中低速磁懸浮的設(shè)計(jì)目標(biāo)速度為200 km/h，得其單耗為32.5 wh/座*km，而同樣時速的CRH3列車的單耗為43.57，可見中低速磁懸浮列車在運(yùn)營中所消耗的電能要明顯小于普通的輪軌列車。

2 建設(shè)和維修費(fèi)用分析

2.1 建設(shè)費(fèi)用

目前我國可供參考的建設(shè)費(fèi)用來自2003年上海高速磁懸浮示范線，該線路造價平均約為2億元/km(2003年物價)，但是由于采用的國外專利技術(shù)，而且磁懸浮車輛皆采用聯(lián)合制造，因此很大一筆建造費(fèi)要用來支付專利費(fèi)用。但隨著我國科技水平的提升，目前我國北控磁浮集團(tuán)已經(jīng)掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中低速磁懸浮技術(shù)，同時我國可以獨(dú)立完成中低速磁懸浮車輛的制造，對降低磁懸浮系統(tǒng)的造價起到了決定的作用。

中低速磁懸浮系統(tǒng)的土建費(fèi)用的多少很大一部分由列車設(shè)計(jì)速度的大小來決定，鐵科研、鐵四院、北京交通大學(xué)對速度目標(biāo)值與土建工程進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：設(shè)計(jì)目標(biāo)速度每減少100 km/h，土建造價將減少15%，而由于磁懸浮鐵路的精密度更高，施工工藝更加復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)速度的減少必然會帶來更多的土建成本的降低。上海磁懸浮示范線的設(shè)計(jì)速度為505 km/h，中低速磁懸浮的最高設(shè)計(jì)速度為200 km/h。得成本修正系數(shù)k1公示如下

k1=1-0.001 5(505-Vmax)

(2)

因此，中低速磁懸浮土建造價最多僅為上海示范線的60%～65%(參考2003年物價)。就軌道造價而言，中低速磁懸浮軌道的造價大約為2 000萬/km，普通軌道的造價只有300萬/km，表面上來看磁懸浮系統(tǒng)要付出數(shù)倍高的造價成本，但是考慮到普通輪軌系統(tǒng)的減振降噪措施所需要的費(fèi)用，中低速磁懸浮系統(tǒng)的軌道造價和普通輪軌軌道的造價幾乎相當(dāng)。

2.2 養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用

一直以來磁懸浮的養(yǎng)護(hù)問題都存在著很大的爭議，由于磁懸浮車輛不與線路直接進(jìn)行接觸，車輛與線路之間沒有動荷載效應(yīng)，也就沒有軌道的磨耗，理論上，軌道作為養(yǎng)護(hù)維修的主要集中處，磁懸浮鐵路有著天然優(yōu)勢幾乎不用對軌道進(jìn)行機(jī)械的養(yǎng)護(hù)維修，但是根據(jù)上海磁懸浮示范線的運(yùn)行效果來看，軌道的線圈極易損壞，而更換一次線圈的花費(fèi)就高達(dá)9 000萬歐元，示范線在運(yùn)營以來虧損金額高達(dá)幾十億元。

3 總 結(jié)

中低速磁懸浮系統(tǒng)擁有高速磁懸浮系統(tǒng)的各種優(yōu)勢特性，在減振降噪、地形適用能力、可靠度和能耗方面都有著技術(shù)的天然優(yōu)勢，同時，中低速磁懸浮對比高速磁懸浮有著建設(shè)費(fèi)低廉，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少等特點(diǎn)，并且隨著中低速磁懸浮技術(shù)的進(jìn)一步成熟，建設(shè)和養(yǎng)護(hù)成本將進(jìn)一步降低。

[1] 俎保峰.高速磁懸浮鐵路部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化研究[D].西南交通大學(xué)，2006.

[2] 張厚貴.北京地鐵鋼軌波磨的機(jī)理及整治方案研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

[3] 陸超.中低速磁懸浮列車導(dǎo)向機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2008.

Adissertaiononapplicabilityanalysisofmiddle-lowspeedmaglevtechnologyinChina

LIU Bo

(Tianjin Railway Technical and Vocational College , Tianjin 300000，China)

This paper gets the unit consumption of medium and low speed maglev train by makeing a linear regression of the energy consumption of maglev train by spss，meanwhile，by calculating the construction costs of the medium and low speed magnetic levitation through the earlier studies,and by analyzing the medium and low speed magnetic levitation system with vibration and noise reduction、terrain applicability、reliability、energy consumption、construction costs、maintenance costs and other factors，this paper argues that medium and low speed magnetic levitation technology worths promotion in China.

spss;linear regression; middle-low speed maglev;unit energy consumption;cost

2017-03-23

劉博(1989-)，男，江蘇徐州銅山人，助教，研究方向：軌道減振及隧道施工。

U492

：B

：1008-3383(2017)07-0176-02