磁浮轨道交通课件.pptx

1、任务磁浮轨道交通城市轨道交通任务 磁浮轨道交通1.磁浮轨道交通概述 磁浮技术的研究源于德国，1922年德国工程师赫尔曼肯佩尔提出了电磁浮原理，1934年他申请了磁浮列车的专利，1953年完成了科学报告电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆。20世纪70年代以后，世界工业化国家经济实力不断增强，为提高交通运输能力以适应经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等国家相继开始对磁浮运输系统进行开发，并取得了令人瞩目的进展。任务 磁浮轨道交通1.磁浮轨道交通概述 磁浮轨道交通也称磁浮铁路，是根据电磁学原理，利用电磁铁产生的电磁力使车辆悬浮并推动其前进的现代交通工具，如图15所示。由于它运行时悬

2、浮于轨道之上，因此没有轮轨摩擦，可以突破轮轨黏着极限速度的限制。图15磁浮轨道交通（a）上海高速磁浮轨道交通 （b）长沙中低速磁浮轨道交通任务 磁浮轨道交通1.磁浮轨道交通概述（5）运行成本低（6）项目建设成本低（7）安全性高（8）环保性能高（9）能耗低（1）运行速度高（2）载客量大（3）转弯半径小（4）爬坡能力强与其他类型城市轨道交通相比，磁浮轨道交通的优缺点如下。1.优点任务 磁浮轨道交通1.磁浮轨道交通概述2.缺点（1）磁浮列车的车厢不能通过转辙机变轨，不像传统轮轨列车那样，可以在不需要移动轨道与基础的条件下通过信号操纵道岔转辙装备就能进入另外一条线路。（2）由于磁浮系统是凭借电磁力进行

3、悬浮、导向和驱动的，一旦断电，磁浮列车可能发生严重的人员安全事故，现今断电后磁浮列车的安全保障问题仍然没有得到完全解决。（3）电离强磁场对人的健康与电子产品的运行都会产生不良影响。（4）磁浮轨道交通设计难度大，相关的设备（如车辆、道岔）尚未应用成熟，相关配套标准少，对施工精度要求高。任务 磁浮轨道交通2.磁浮轨道交通分类1.按照运行速度分类 按列车的最高运行速度，磁浮轨道交通可以分为低速（常速）、中速、高速和超高速磁浮轨道交通。目前一般不严格按照此标准进行区分。一般将低速和中速磁浮统称为中低速磁浮，而将高速和超高速磁浮统称为高速磁浮，其特点如表1所示。任务 磁浮轨道交通2.磁浮轨道交通分类表1

4、中低速磁浮轨道交通与高速磁浮轨道交通特点对比 高速磁浮轨道交通相比中低速磁浮轨道交通工艺技术更为复杂，悬浮能耗较大，对人体有一定的磁场影响，造价相对更高，仅适用于需要高速运行的区间。中低速磁浮是中国具有自主知识产权的新技术，也是城市轨道交通中最先进的技术。它具有环保、安全性高、爬坡能力强、转弯半径小、建设成本低等优点，适用于城市市区、近距离城市间和旅游景区的交通连接，可替代轻轨和地铁，更接近于商业运行的经济性、实用性的目标。任务 磁浮轨道交通2.磁浮轨道交通分类2.其他分类方式 （1）按照是否使用超导材料分类。按直线电机线圈绕组是否使用超导材料，磁浮可以分为超导磁浮和常导磁浮。（2）按照定子长

5、度（或牵引方式）分类。按直线电机的定子长度的不同，磁浮可以分为长定子直线同步电机牵引的磁浮（适合高速运行）和短定子直线异步电机驱动的磁浮（适合低速运行）。（3）按照导轨结构形式分类。磁浮轨道交通所使用的导轨结构有多种形式，常用的有T形、U形、一字形和F形导轨磁浮。任务 磁浮轨道交通3.磁浮轨道线的基本原理在磁浮轨道线上运行的列车，是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上，利用电磁力进行导向，利用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的。磁浮轨道线的基本原理如图16所示。图16磁浮轨道线的基本原理任务 磁浮轨道交通3.磁浮轨道线的基本原理磁浮列车主要由悬浮系统、

6、推进系统和导向系统三大部分组成。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。以中低速磁浮列车为例，列车采用环抱轨道形式，列车轨道梁两侧为悬空的倒U形铁磁性轨道，轨道上铺设了铝质的反应极板。倒U形轨道上反应板的正上方是安装在车体上的直线电机定子,在倒U形轨道的正下方是固定在车体上的电磁铁（起悬浮、导向作用）。中低速磁浮列车悬浮结构示意如图17所示。任务 磁浮轨道交通3.磁浮轨道线的基本原理图17中低速磁浮列车悬浮结构示意车体上的悬浮导向电磁铁通电时就会与铁磁性轨道之间产生引力，使得车体向上抬起脱离轨道。列车的牵引电机是短定子直线电机，电机初级也就是定

7、子，是安装在车体上的，牵引功率的转换和控制是在车上实现的。车体上安装直线电机定子，其正下方的轨道上安装有感应板，当定子通过三相电流后产生一个移动的磁场，这个磁场在感应板上感应出电流和产生磁场，两个磁场相互作用就产生了推力。列车的导向是自动的，不需要导向电磁铁的主动控制，这是由于安装在车体上的电磁铁铁芯和铁磁性倒U形轨道是正对的，如果两者有一定的错位，两者间的磁力线就会产生一个反方向的横向力，使列车回到中心线。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计 下文以中低速磁浮轨道为例进行介绍。中低速磁浮轨道结构形式主要有两大类型：钢轨枕型式的中低速磁浮轨道结构和中低速磁浮整体道床轨道结构。（1）钢轨

8、枕型式的中低速磁浮轨道结构。钢轨枕型式的中低速磁浮轨道结构（见图18）自上而下主要由感应板、F型钢、H形钢轨枕、扣件系统、联结件及紧固件、承轨台等部分组成。图18钢轨枕型式的中低速磁浮轨道结构任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计 （2）中低速磁浮整体道床轨道结构。中低速磁浮整体道床轨道结构有无轨枕直连式和整体道床式结构两种，如图19和图20所示。图19无轨枕直连式中低速磁浮整体道床轨道结构 任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图20整体道床式中低速磁浮整体道床轨道结构 无轨枕直连式中低速磁浮轨道结构直接将轨道功能部件安装在轨道梁的顶部两侧，采用了与德国常导高速磁浮TR系统和我国

9、上海高速磁浮线一致的轨道功能区设计思路，轨道功能部件主要由感应板、倒U形悬浮轨组成，采用预埋或螺栓连接方式直接固定在轨道梁上。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计1.F形导轨 F形导轨是一种承受磁浮列车悬浮力、导向力及牵引力的基础构件，由F型钢和感应板组成。F形导轨的标准长度根据基础结构类型及跨度确定。（1）F型钢。F型钢是承受磁浮列车悬浮力、导向力及牵引力的基础构件之一，是轨道结构的重要部件，如图21所示。图21F型钢1紧定杆；2中心模块；3限位套；4水平支架；5竖直支架；6耐磨镶块；7外顶角；8外极腹板；9内极腹板；10翼板任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计 （2）感应板

10、。感应板是安装在F型钢上的由非磁性导电材料制作的车辆牵引用直线感应电机次级。2.钢轨枕 钢轨枕是用来连接F型钢，使F型钢与梁体之间保持相对位置固定并传递荷载的基础构件。对于中低速磁浮轨道，目前钢轨枕主要有H形钢轨枕（见图22）和矩形钢轨枕（见图23）两种形式。H形钢轨枕一般采用耐候钢或碳素结构钢的热轧H型钢，矩形钢轨枕一般采用耐候钢或碳素结构钢的冷拔异型钢管。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图22H形钢轨枕任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图23矩形钢轨枕任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计3.轨排 轨排是具有支撑磁浮列车，承受列车悬浮力、导向力及牵引力功能的磁浮

11、线路基本单元，一般由F形导轨、H形钢轨枕、轨排接头、连接件及紧固件等组成。轨排与承轨台之间采用扣件进行连接。轨排应结合线路平纵断面资料、轨道梁的跨度、梁端位移等因素综合布置，尽量采用标准长度，减少非标轨排的使用数量。相邻轨排之间采用不同类型的轨排接头进行连接。轨排不能跨越梁缝。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计4.轨排接头 （1）伸缩缝。轨排之间设置伸缩缝，以适应工作条件下的温度变形。轨排间预留伸缩缝的大小，应满足锁定后轨排有足够的空间来释放温度应力，使锁定后的轨排在达到历史最高温度时伸缩缝不为零，以确保轨排间不顶紧受力，在达到历史最低温度时，轨排间伸缩缝不超过构造轨缝，以确保列车平

12、稳行车。对于有缝线路，除道岔范围内的轨缝值外，一般预留轨缝值为20 mm。铺轨施工时，轨排的预留轨缝值应根据轨排实际长度和钢轨温度，在设计预留轨缝的基础上进行修正计算。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计4.轨排接头 （2）轨排接头。轨排与轨排之间应设置伸缩接头，轨排接头的类型应根据桥梁长度和形式、轨排长度、桥梁温度与F形导轨温度计算确定，应满足锁定后的轨排在纵向阻力的控制下有足够的空间来释放温度应力。轨排接头可分为型接头、型接头和型接头，以适应轨排的不同伸缩量要求。轨排接头的端部采用螺栓和接地连接线进行连接。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计5.扣件 扣件是轨排与下部基础间

13、的联结部件，它将轨排直接固定于下部基础之上，承受来自轨排的竖向力、横向水平力和纵向水平力，并传递给道床，其性能直接影响轨道的安全性、平顺性和乘客乘车舒适度。（1）扣件的性能。扣件性能应满足以下要求：适用于钢轨枕中低速磁浮轨道结构。扣压力稳定，能保持轨排的空间位置，并能提供足够的扣压力和防爬阻力。具有适度的弹性。具有一定的调整能力，能满足施工及维修的要求。扣件应结构简单、安装方便、养护维修工作量少。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计5.扣件 （2）扣件类型。中低速磁浮轨道扣件根据结构形式和特点的不同可分为两种类型：弹性分开式扣件和弹性不分开式扣件。其中，株洲中低速磁浮试验线采用的CF型

14、中低速磁浮轨道扣件（见图24）为弹性分开式扣件，唐山试验线和北京S1线用扣件（见图25）以及我国首条中低速磁浮运营线路长沙磁浮轨道交通采用的TSYCF-型扣件（见图26）为弹性不分开式扣件。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图24 CF型中低速磁浮轨道扣件任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图25唐山试验线和北京S1线用扣件1锚固螺栓；2平垫圈；3弹簧垫圈；4弹性垫板；5调高垫板；6铁垫板；7辅轨辅助螺栓；8尼龙套管任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图26TSYCF型中低速磁浮轨道扣件任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计6.承轨台 承轨台处于下部基础与轨排之

15、间，它承接由轨排及扣件传递来的各种作用力，再将其传递至下部基础。高架线地段采用桥梁基础，地面线路地段采用承轨梁基础，隧道内可直接设在隧道仰拱回填层上或加设承轨梁基础。任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计7.道岔 按照线路功能要求，在车站地段根据需要设置道岔（见图27），以满足列车运行、调车、折返的需要。道岔是线路的转线设备，由主体结构、驱动装置、锁定装置和控制装置等部分组成。常用道岔主要分为单开道岔（见图28）、三开道岔（见图29）和单渡线道岔（见图30）三种。图27磁浮轨道交通道岔任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图28单开道岔任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图

16、29三开道岔任务 磁浮轨道交通4.磁浮轨道线轨道结构设计图30单渡线道岔任务 磁浮轨道交通5.磁浮轨道交通线路设计1.线路设计原则 线路平面首先应适应城市规划，其次应满足试验功能需求，并充分考虑现有及规划的地面建筑物、地下构筑物、市政管线、工程地质、水文地质、施工方法、工程造价等诸多因素进行多方案比较，选出经济合理、技术可行的线路方案。线路的敷设方式在满足试验线功能的前提下，应结合既有道路和规划道路情况，综合考虑线路对地下管线、高压电力线、环境、景观等多方面的影响及投资进行比选。任务 磁浮轨道交通5.磁浮轨道交通线路设计2.线路主要特点 （1）转弯半径小。在曲线地段，为平衡侧向自由加速度，不论是公路还是铁路，均设置横坡（超高）。（2）爬坡能力强。列车在坡道上运行时，除其他阻力外，会增加一个沿坡道向下的重力分力。任务 磁浮轨道交通5.磁浮轨道交通线路设计3.线路平面设计（1）曲线半径。（2）最小曲线半径。（3）横坡。（4）缓和曲线。（5）圆曲线和夹直线最小长度。任务 磁浮轨道交通5.磁浮轨道交通线路设计4.线路纵断面设计 （1）坡度。中低速磁浮列车具有较强的爬坡能力，选线适应性较强。（2）竖曲线。为缓和变坡点坡度的急剧变化，使列车通过变坡点时产生的附加加速度不超过允许值，在两相邻坡段的坡度代数差大于或等于2的变坡点处设置竖曲线，且竖曲线与平面缓和曲线不宜重叠。谢谢观看！城市轨道交通