МИНИСТЕРСТВО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ОТДЕЛЕНИЕ ВНИИЭМ ПО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
ОБЗОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ТС-10. ТЯГОВОЕ И КРАНОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
ПРИМЕНЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ДЛЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА (Аналитический обзор)
Салищев Д.С., Душенко Н.Г., Аликин Р.И., Баштанник Л.А.
В работе изложены обобщенные данные отечественной и зарубежной литературы по вопросам конструирования и исследований линейных двигателей с точки зрения их применения на электроподвижном составе.
Рассмотрены перспективы применения линейных двигателей как на существующем электроподвижном составе, так и на вновь создаваемых высокоскоростных монорельсовых дорогах, дорогах на воздушной подушке и при магнитном подвешивании.
Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики по научно-технической информации в электротехнике (Информэлектро), 1975
ВЕДЕНИЕ
В настоящее время наблюдается значительный интерес к разработкам скоростных наземных транспортных систем, обеспечивающих скорость порядка 400-500 км/ч и выше.
За последнее десятилетие наметилась тенденция увеличения пригородного и междугородного движения, вызванная расширением густонаселенных районов.
Мы сталкиваемся с огромной перегрузкой в аэропортах, что заставляет расширять их, а это ведет к проблемам, связанным с использованием территории, шумом и загрязнением воздушного пространства, аэропорты располагаются за пределами города, и часто время, необходимое для поездки в город, сравнимо с временем полета.
Транспорт, движущийся со скоростью 400-500 км/ч между центрами городских районов, может конкурировать по времени движения с самолетами на трассах в 640—800 км.
Новые транспортные средства должны обладать:
высокой экономичностью, сочетающейся с высоким уровнем комфорта и увеличением количества пассажиров, и относительно низким уровнем эксплуатационных затрат;
повышенными величинами ускорения и замедления, низким уровнем вибраций и шумов в эксплуатации, что позволяет реализовать достаточно высокие значения скоростей сообщения;
способностью работать в любую погоду.
Осуществить скорости порядка 400—500 км/ч при выполнении данных условий, используя традиционную систему "колесо—рельс", невозможно, так как существуют определенные границы, за пределами которых железнодорожный транспорт не может реализовать тягу через сцепление колеса с рельсом.
Считают, что таким рубежом является скорость движения порядка 100-350 км/ч. Кроме того, при движении колес на 400-500 км/ч скорости требуется путь с более гладкой поверхностью, чем может быть выполнен в настоящее время.
Ряд специалистов считает, что не до конца использованы возможности обычного железнодорожного транспорта и можно достигнуть скоростей, больших 350 км/ч, если тяговое усилие будет передаваться не через сцепление колеса с рельсом, а каким-либо другим способом (воздушный винт, реактивный двигатель, линейный двигатель) [93, 123, 144].
Трение колес при таких скоростях вызывает слишком большие потери энергии, поэтому возникла необходимость использования бесконтактного принципа опоры экипажа на полотно пути, отличного от системы "колесо—рельс".
Для подвешивания экипажа возможны различные технические решения;
путем создания избыточного давления (воздушная подушка);
с помощью разрежения (система Dinavac); с помощью электромагнитных полей (магнитная подвеска).
Транспортная система с использованием воздуха для подвешивания при любом сочетании элементов обладает существенными недостатками, к которым относятся:
сильный шум, создаваемый вентилятором и вырывающимся воздухом; пыль;
повышенный расход энергии.
Эти недостатки вызвали резкое понижение интереса к этой системе со стороны финансирующих организаций [160].
В настоящее время для высокоскоростного транспорта рассматриваются только системы с магнитным подвешиванием.
В магнитном подвешивании можно выделить два основных направления. Первое (назовем его притягивающим) использует обычные электромагниты, которые притягиваются к ферромагнитному рельсу и поднимают вагон. Нестабильность положения равновесия, так как любое перемещение вызывает увеличение дестабилизирующей силы, требует сложной системы управления с жесткой отрицательной обратной связью.
Такая конструкция позволяет получать подъемную силу при нулевой скорости, но при скоростном движении могут возникнуть трудности, связанные с уменьшением подъемной силы и увеличением силы торможения под действием вихревых токов в ферромагнитном рельсе. Исследования этой системы подвешивания показали, что для питания электромагнитов при малых скоростях необходима мощность лишь в несколько киловатт на тонну массы экипажа [117, 124, 132, 137].
Второе направление магнитного подвешивания (назовем его отталкивающим) использует силы взаимодействия магнитных полей электромагнита, движущегося над проводящей средой, и токов, наведенных в этой среде. Это направление считается наиболее перспективным, однако достаточная для подъема экипажа сила возникает при сравнительно высоких скоростях (более 60—80 км/ч), а при низких скоростях экипаж требует дополнительной системы опоры (колесной). Система электродинамического подвешивания (основанная на явлении отталкивания) связана с необходимостью использования сверхпроводящей техники [176, 117, 179, 142, 143, 149, 58].
Для движения со скоростями 400—500 км/ч специалисты разных стран, работающие в этом направлении, признают наиболее приемлемым применение в качестве двигателя линейные тяговые двигатели, позволяющие реализовать тяговое усилие без непосредственного контакта с рельсом.
Работы по созданию высокоскоростных дорог проводятся у нас в стране и за рубежом. Особое внимание заслуживают работы, проводимые в Англии, Японии, ФРГ, США и Франции по созданию дорог на воздушной или магнитной подушке, где в качестве тягового двигателя применяются линейные двигатели. Фирмы, участвующие в разработке высокоскоростного транспорта, кооперируются для совместной работы и, согласно договоренности, поставляют друг другу сведения о ходе работ, которые ведутся по всем возможным направлениям с большим размахом, хотя до сих пор еще не ясно, какое из них наиболее перспективно.
Авторами рассматривается современное состояние разработок и экспериментальных исследований линейных двигателей в качестве движителей для электроподвижного состава.