直線電機列車和中低速磁懸浮列車有什麼共同點和區別?

現在北京地鐵的機場線以及廣州地鐵的4號、5號、6號線等,都是使用了直線電機列車。據我了解直線電機列車,軌道上必須鋪設感應板,與列車底部的電機配合使用。而中低速磁懸浮列車,也是使用了直線電機來驅動列車的。本人感覺這兩種列車,都有裸露電機磁場的部分,他們之間除了使用輪軌支撐以及懸浮外,還有什麼區別與共同點呢?特別是在輻射方面。


……謝邀,但是可惜邀錯人了。

我一直是中低速磁懸浮黑,一直在反對國內大規模上中低速磁懸浮而不是使用輪軌直線電機。在我看來國內相當多的項目強行上中低速磁懸浮,很有可能是因為中低速磁懸浮製造廠商與政府官員勾結要求強行中標中低速磁懸浮製造廠商,而不是真的有必要性。

當然,這個世界上除了壞球時報以外沒有一張報紙是沒有反面的,輪軌直線電機確實相比中低速磁懸浮有一些缺點。但是如果仔細思考的話,你會覺得這些缺點,大部分都是要麼並不致命,要麼就只是在玩文字遊戲:

1. 轉彎半徑小。

這個就是一半文字遊戲+一半並不致命。

國內的低速磁懸浮確實擁有比較小的轉彎半徑(~75m),很多宣傳中也會拿這個作比較(地鐵一般為200m)。但是,實際上,決定最小轉彎半徑最關鍵的條件是列車單節長度。磁懸浮與否與此一點關係都沒有。反而因為絕大多數磁懸浮因為需要在整個列車車長擺滿轉向架,同長度的磁懸浮並不一定能比同長度的輪軌列車最小轉彎半徑小。拿單節長度只有13.5m的中低速磁懸和普通地鐵19m的車廠比最小轉彎半徑沒有任何意義。

而且最關鍵的是,輪軌直線電機並不是單節長度無法縮短。事實上,這個世界上最早的輪軌直線電機系統,ICTS(現在被龐巴迪INNOVIA吃了),列車長度就只有12.5m。因此甚至可以做到35m的轉彎半徑。

Toronto的ICTS系統就有一個全球聞名的非常Notorious的轉彎半徑,差不多40米左右。

磁懸浮真正在轉彎時的優勢,不是在於最小轉彎半徑。而是在一個同樣的比較高的速度條件下,有比輪軌更小的轉彎半徑。這個在設計高速列車的時候優勢很大,比如SMT在300kph的是有隻要求1590m的轉彎半徑,但是換成高鐵卻要天殺的3200m + 因為安全和維護原因國內高鐵推薦的是5500m。這是因為磁懸浮因為跨坐環抱型的天生結構,可以設置更高的超高(~16°),而任何輪軌列車,只要依然需要鋼輪做支撐,就不能超過8°,否則容易翻車。

但是問題是,公共交通中因為有大量立席,因此是否應該設置&>8°的超高是一個很值得考慮的問題。很多人可能坐過SMT,那裡就由很多&>8°的超高,你們可以下次試一下在這種情況下站著會是一種什麼樣的感覺。我反正試過,不是很舒服而且很容易摔倒。所以這一個中低速磁懸浮的優勢並不致命。

2. 沒有脫軌這個問題

中低速磁懸浮基本都是跨坐型環抱軌道,除非有很強大的外力否則根本沒法脫軌。

抱住軌道大腿死也不放

但是問題是,地鐵也不是經常脫軌啊。脫軌在鐵路領域是一個很重要的問題是因為一般的鐵路上面限速混亂 + 可能跑重載貨車 + 很容易維護不當因為鐵路大部分都要跑24個小時所以天窗期很短。地鐵的信號系統設計比較簡單因此就算限速混亂也很容易用ATP壓回去 + 因為晚上不工作天窗期一般都能保證所以維護的很好 + 不會跑重載貨車。一個很簡單的證明這個的例子就是,我目前還尚且沒有聽說國內有地鐵在運營中出軌過的事故,哪怕鐵道部的火車已經出軌過無數次了。

而且就算從安全性問題考慮,如果真的怕出軌造成大量人員損傷的話,輪軌直線電機也是可以使用Jacobs Bogie的,這樣雖然不會減少出軌幾率但是可以保證出軌後人員的安全。當然國內沒造過Jacobs Bogie,但是以國內的科學水平應該不至於造不出來。

3. 更平穩

但是真的有人會覺得輪軌直線電機不夠平穩嗎?

更何況這是公共交通,沒有人要在中低速磁懸浮上搞Bordbistro,所以磁懸浮的優勢並沒有任何價值。

4. 阻力低

但是鋼軌的阻力本來就不大,稍微提升點功率就可以了。輪軌直線電機目前也有能跑110kph的。

5. 佔地面積低

中低速磁懸浮的一個近親是單軌系統,單軌系統確實有佔地面積低的優點,因此一般而言,磁懸浮是可以繼承這一優點的。

但是需要注意:單軌的佔地面積低的優點是有代價的,這個代價就是逃生系統。事實上,國內的中低速磁懸浮系統,因為各種原因,都安裝了逃生系統——這一點我非常支持因為沒有逃生系統的單軌出現事故怎麼逃生可是世界難題。而在中低速磁懸浮和單軌當中,逃生系統還需要額外的佔地。把這個佔地算上的話,中低速磁懸浮在佔地面積上的優勢並不明顯。

這一點我們可以從街景上證實

北京地鐵5號線,輪軌

北京地鐵5號線高架段,可以看見柱子本身佔地面積差不1個車道寬度。

長沙磁浮快線

長沙磁浮快線高架段,柱子佔地面積差不多也是一個車道寬度。

6. 更容易把列車做的比較寬

輪軌系統因為軌距不可能無限擴展,因此車寬一般都有限制。就算用Indian Gauge 3.5米基本就是到頭了,更何況國內還都是標軌。SMT可是3.7米。

但是在公共交通領域,列車並不適合做的太寬,一是因為不方便上下客,二是增加隧道成本。實際上國內的中低速磁懸浮車寬只有2.8米。

7. 噪音低

好吧這個我認輸,沒的比。

但是中低速磁懸浮的毛病就比較致命了:

1. 造價高

當年政府洗地的時候說中低速磁懸浮列車每節車廂造價約為800萬元,普通地鐵列車每節車廂是600萬元。但是正如我前面所說的一樣,中低速磁懸浮一節車車長只有13.5m,而地鐵列車車長卻有19m。如果同時湊一節130米左右的車廂,磁懸浮需要是10節8000萬元,普通地鐵則是7節4200萬元。網傳的天價完全沒毛病。輪軌直線電機的造價就更低了,因為結構比普通地鐵還簡單。

2. 低速下耗能高。

磁懸浮雖然有阻力低的優勢,但是低速條件下這個優勢完全被懸浮耗能所抵消了,畢竟懸浮消耗的功率要求是比較大的。實際上,磁懸浮只有速度超過160kph才能和輪軌有相同的耗能。

3. 超載能力差

Linimo當年愛知世博會的時候出現過因為世博會客流過多導致列車嚴重超載因而

的情況。不認為這個有合理的解決辦法,因為問題不在最大懸浮功率而是如何動態調整懸浮功率。動態調整懸浮功率如果設計的不好,就算可以保證列車能永遠浮起來,也會導致列車和軌道嚴重的摩擦從而減少列車壽命。當然I could be wrong,看看最近剛開的門頭溝線過幾年打算怎麼解決這個問題好了——門頭溝線將會是一個證明這個到底是不是問題的極佳的例子,上岸旁邊的遠洋新天地和麗景長安那麼多居民呢,高峰期還是存在擠爆的可能性的。輪軌直線電機則是完全沒有這個問題,畢竟重力全部壓在輪子上。

4. 發車間隔縮短困難

跨坐環抱軌道切道岔的時候需要機械移動整體軌道,因此發車間隔很難縮短。如果不開區間車的話很難縮短到3分鐘以內。就算開了區間車,目前做的最好的跨坐環抱軌道,重慶地鐵3號線,也不過是2分10秒的間隔。輪軌直線電機的最低間隔和輪軌沒有差距,切道岔時間可以在數秒之內完成。所以只要車輛總長不要太長,再上點區間車,可以隨隨便便上90秒,比如北京地鐵4號線。

另外順便再提,因為都用直線電機,所帶來的共同點,因為原Po也要求了:

1. 加速度都很容易做到很高。目前我還沒有看見過加速度低於3.0 kph/s的直線電機車輛。

2. 爬坡性能都很好——當然理論上因為剎車問題磁懸浮更容易比輪軌直線電機做到更陡的坡(infinity%都有可能,畢竟有磁鐵電梯這回事麻),但是一般而言,帶立席的公共交通中是不推薦10%以上的坡的。這倆都能到。

3. 體積都很容易做到很小。輪軌直線電機的Toei 12-000車高只有~3200mm。Linimo使用了很愚蠢的空調設計車高也才只有3450mm。而北京地鐵2號線的DKZ16可能是國內最矮的地鐵了也有3500mm的高度。

4. 抗雨雪能力強。因為都不需要依靠軌道摩擦提供動力。

5. 感應板的價格都不便宜。所以一般直線電機系統都要靠2 3來壓價格。你還別說,這個還挺能壓的,要是不用輪軌直線電機,北京機場線至少要多2公里的隧道~省了大概能有3億吧。但是,在2 3都不適用又對1和4沒有特殊要求的地方,還是老老實實上普通輪軌吧。

另外輻射方面不用擔心,只要不是EDS對人體都沒害,而EDS只能用於高速,也只在日本這種多發地震的國家才有優勢。


@鳶一摺紙 大佬限評,所以發個答案寫幾行

  1. 國內地鐵發生過多次運營中出軌的事情,其中,深圳是折返時出軌,上海是大交路車撞上了折返的小交路車,剩下的試車或者車輛段出軌的更多了
  2. 中車造過很多鉸接列車,馬其頓、伊茲密爾、吉隆坡和馬尼拉輕軌還有一票低地板有軌都是鉸接車,JSQ8、澳大利亞集裝箱車和QT1/2也是鉸接的
  3. 但在某個神奇的國家,直線電機列車很多的優勢可以說是不存在或者是沒必要存在的,磁懸浮基本同理:
  • 北京機場線列車高度3770mm,廣州4號線站檯面高930車高3650,而一般車輛的洛杉磯輕軌站檯面高980mm,最低的車輛高度是3540……
  • 坡度問題,只知道廣州4號線沿線都是荒地,唯一一處千分之65的坡道據推測是為了上直線電機列車而創造出來的,但直線電機的能耗真實地導致L4、5、6一直都是廣州地鐵能耗最高的線路(每噸公里比B型車高20%),而且L車實際乘坐體驗反而是不如旋轉電機車,廣州的L車是晃過一般車輛的。大佬回答說L車最大坡度千分之一百,這點存疑,因為我查到的是千分之80
  • 轉彎半徑小,除了和定距小有關,還有轉向架開掛的因素,廣州4號線車用了柔性轉向架,北京機場線車用了徑向轉向架,都是旋轉電機能做的
  • 旋轉電機做不到的是更小的軸距(因為牽引電機要放在兩軸之間),剩下唯一比較普遍的優勢大概只有客室內雜訊小和軸重降低及感應板導致的更好的輪軌關係了(如L車車輪磨耗是一般的1/2),但比較諷刺的是據傳廣州L6空調雜訊太大導致車外雜訊並沒有降低……

剩下的上論文就好:

肖飛.中低速磁浮交通的技術經濟性分析[J].鐵道工程學報,2017,34(03):99-105.

可以認為中低速磁浮除了好聽好玩和做高速磁浮技術儲備之外沒有任何現實優勢了,立刻去世,請(無慈悲)


蟹妖~哈哈~終於能打出這兩個字了~第一次被邀請,小激動下,其實我做的主要是機車產品,專業不是城軌這塊的,為了不誤人子弟,特意請教了下公司城軌領域的專家。在此感謝專家的熱心解答~

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對於直線感應電機而言,由於列車運行時電機氣隙的動態變化,線路軌道感應板的不一致性,道岔、拐彎等處感應板的不連續性,以及列車速度的不同都會造成電機邊端效應的變化和電機定轉子間耦合力的變化;另外,直線感應電機工作時,除了牽引力外,還有初級與次級感應板之間的法向力需要考慮。根據電機滑差頻率的變化,法向力可能是吸引力,也可能是排斥力。直線感應電機的初級鐵芯和次級鐵軛之間產生吸引力;初級電流和次級感應電流之間產生排斥力。

針對於中低速磁懸浮列車一般直線電機法向力會對懸浮系統產生影響,而對於直線電機驅動的輪軌列車,對法向力沒有過大的約束。

漏磁方面的話,中低速磁浮和直線電機輪軌車的直線電機漏磁在如果用相同的電機和相同的氣隙情況下應該是一樣的,一般直線電機輪軌的氣隙為9mm,中低速磁浮一般氣隙在8到13mm,中低速磁浮的氣隙因受懸浮系統的影響沒有直線電機輪軌的氣隙穩定,氣隙越大漏磁就越嚴重,電機效率也越低。


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