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铝材减重正中磁浮铁路建设需求

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  磁悬浮铁路或列车利用磁力让车辆离开轨道8mm~10mm前进,前进时车轮不与轨道接触,停车时车轮才与轨道接触,由于车辆悬浮于轨道之上,所以称为磁悬浮列车,也可以简称磁浮列车,产生悬浮的磁力可以来自永久磁铁,也可以由电产生。按速度将磁浮列车分为中低速的,它的速度为30km/h~200km/h;高速的,它的运行速度为大于200km/h至小于等于400km/h;超高速的,其运行速度大于400km/h。

  为了减轻车辆的自身质量,磁悬浮车都是铝合金制的。与高铁车厢一样,铝材用量可按10t/厢匡算。

  磁浮列车可是单轨的,如中车四方股份有限公司的中国首列永磁跨座式单轨列车于2016年5月19日下线,也可以是双规的,如2016年5月6日上线试运营的长沙磁浮快速列车。单轨列车在国内首次采用永磁牵引,节能10%以上,达到国际先进水平,它的正式下线标志中国在跨座式单轨车辆技术领域取得重大新突破。长沙磁浮快线的开通是中国完全自主知识产权的中低速磁浮商业运营铁路。

  中国领跑磁浮列车生产与铝材制造

  中国在中低速磁浮铁路建设、铝合金车辆制造与车厢铝材生产方面,特别是在有关科技创新领域已经由此前的“跟跑”为主进入了“跟跑”“并跑”“领跑”三者并行且以“领跑”为主的阶段,中国生产的车厢铝材是世界最大、性能最好的,可用150MN与225MN的挤压机生产全球最大的空心型材,日本只有1台100M的挤压机,美国也仅有5台挤压力大于等于100MN的挤压机,而150MN级的只有2台,中国挤压力大于等于100MN的挤压机有12台,其中150MN的4台,225MN的2台,235MN的1台,并在建1台300MN的。

  中国不仅有长春客车车辆股份有限公司、唐山车辆有限公司、青岛车辆四方车辆股份有限公司、南京浦镇车辆厂、株洲电力机车有限公司等可生产铝合金车辆的车企,而且有多家生产挤压、型材的铝加工企业也加入了可生产车辆与其模块的行列,如吉林麦达斯铝业有限公司、利源精制有限公司、营口忠旺铝业有限公司、兖矿轻合金有限公司、中铝萨帕铝业有限公司等。

  中国首条磁浮铁路始于2003年1月上海磁浮线的运行,车辆及其技术全部从德国引进,开始了中国磁悬浮技术的“跟跑”,上海磁浮线是世界首条商业运营的高速磁浮专线,它西起上海轨道交通2号线的龙阳路站,东至浦东国际机场,全长29.863km,运营最高速度430km/h,全程仅需8min。该线磁浮列车的运行是利用安装在列车两侧转向架上的磁浮电磁铁和铺设在轨道上的磁铁的异性相吸效应。同时,磁悬浮列车上装有电磁体,铁路底部安有线圈,通电后,地面线圈产生的磁场极性与列车上电磁体极性总保持相同,两者同性相斥,下面的力远大于上面的,使列车浮起来,向前“飞行”。

  首条国产磁悬浮线路于2016年5月在长沙试运行,是中国有完全自主知识产权,中车集团株洲电力机车有限公司生产的中低速磁浮列车,三节编组,铝合金圆润的车体装饰着“中国红”腰线。这种新型中低速磁浮列车是株洲电力机车有限公司、西南交通大学、中车集团株洲电力机车研究所和申车集团二院等国内顶尖轨道交通研发科研机构协作攻关的结晶,它的设计最高速度100km/h,最大载客量600人。它的优点多多:由于没有轮轨间的摩擦与撞击,运行极为安静;采用特殊的“抱轨”设计,最大限度降低了列车脱轨和侧翻风险,具有极高的安全性;造价合理,比铁路和中运量轻轨分别低1/3和1/4;转弯半径小,仅50m,爬坡能力很强,可以绕着建筑物或者山体灵活运行,能够开进城市居民小区。总之,中国特有的中低速磁浮列车的辐射比剃须刀的还小,兼顾了环保、经济和安全性,在人口密集和对环保要求很高的风景名胜旅游区有着广阔的应用,中国在这方面是引领者。

  北京S1线也采用中低速磁悬浮列车,但是采用的是6节车厢的编组,是北京首条磁浮线,西起门头沟区石门营站,东至石景山区苹果园站,线路全长10.236km,包括乘客上下车时间在内,列车行驶全程不超过20min。车厢等是唐山轨道客车有限公司制造的。每节车厢造价800万元,比地铁车厢的约贵200万元。

  以半年还不到的时间建成的天津滨海新区空港M3中低速磁悬短示范线的磁动力技术是从美国磁悬浮飞机公司和美国磁动公司引进的,并成立了负责经营的麦格普林磁动力工程技术(天津)有限公司,并同时在中国和美国建造商业试验线,它是中国磁悬浮技术百花园中又一朵盛开的鲜花。该公司以具有世界领先水平的稀土永磁直径同步电机、永磁悬浮、永磁导向及其控制技术为核心,重点开发中低速磁浮列车,智能化自动生产传送线和物流管理线,矿产品传输线和无缆绳无电机房的升降机等。

  高速磁浮试验中心和高速磁浮试制中心等5个项目2018年1月入驻青岛市城阳区国家高速列车技术创新中心。这5个项目主要来源于国家发改委城市轨道交通创新能力建设专项和科技部“十三五”重点科技专项,其中轨道车辆系统集成国家工程试验室项目将对中国突破城市轨道交通试验验证技术瓶颈,形成统一完善的试验标准体系有着重大意义。

  600km/h的高速磁悬浮样车将于2020年问世。速度达600km/h的高速磁悬浮系统技术方案在中车四方股份有限公司通过专家评审。该方案有四方股份公司牵头承担,它的通过评审,标志着国家重点研发专项“高速磁浮交通系统关键技术”课题取得实质性重要阶段成果,可以进入下一步施工设计阶段。按计划,四方公司应于2018年研制一辆样机,2020年出速度600km/h的样车,并完成5km试验线验证,进行集成示范。我们知道,当下高铁最高速度为350km/h,民机巡航经济速度800km/h~1000km/h,速度400km/h的高速磁悬浮交通系统正好可以填补它们之间的速度空白,形成一个完整的交通网络。

  中日联合研发高速气体磁悬浮列车,自然能源驱动,速度500km/h,据媒体报道,中国与日本正在联合研制一种名为“鹈鹕”的高速磁悬浮列车。它是速度高达500km/h的机器人列车,可能是世界上速度最快的无人操作的磁悬浮车。

  为什么给它取名“鹈鸪”高速列车?据中国参与研发的重庆理工大学赖晨光教授称,这种磁悬浮的设计灵感来自飞机与鹈鸪的飞行,故得此名。鹈鸪利用变动翱翔技术,在不同速度的气团之间获得升力,在天空自由飞翔;因而这种磁浮车采用气动悬浮方式,利用短粗的U形翼和快速流动的空气,紧贴地面飞行。它浮起来是靠磁力克服重力,而飞行前进则是靠速度流动的空气,因而是用自然能源驱动、零污染的列车。这种“鹈鸪”列车的第一代、第二代样式试制及实车试验已在日本东北大学完成,看来实际上路时间离我们的生活不太远了。

  永磁跨座式单轨列车优点多多。这种磁浮车被誉为“空中列车”,是一种很有特色的轨道交通,它的轨道不是传统的两条平行平衡路轨,而是单条带形钢筋混凝土梁体,车轮是橡胶的,骑跨于轨道上,是城市骨干线、辅助线、机场连接线、观光线的绝佳运输装备之一。

  它的爬坡能力强、转弯半径小,用的橡胶轮,能爬陡坡、急拐弯,线路适应性强,特别适合山区、河谷等地形地质复杂的城市,也可以穿行于平原城市的繁华市中心、旅游观光线路等。

  工程造价低,占地面积小。它的构造简单,成本低,建设周期短。跨座式单轨线路造价低于2.5亿元/km,约为地铁的1/3,它的轨道梁较窄,占地宽度只不过1m~1.5m,可架设在道路中央的隔离带上。

  运行速度快,运量大。跨座式单轨列车全封闭运行,与其他交通形式互不干扰,行驶快速,最高速度可达80km/h,平均运行速度30km/h~45km/h,与地铁相当;他属于中等运量的轨道交通系统,单向运量10千人次/h~35千人次/h,接近B型地铁列车的。

  乘坐舒适,噪声低。橡胶轮产生的震动和噪声都相当低,远低于轮轨系统的,对周围环境影响小,电磁辐射也可以忽略不计,而且单轨线路多为高价结构,车厢的视野开阔,可以凭窗远眺,观赏城市市容和沿线风景。

  最快磁浮列车2018年中下线,中国“2.0版”快速磁悬浮列车速度为160km/h,是中车株洲电力机车有限公司完全自主研发的,正处在紧张的试制组装阶段,计划年中下线,比长沙磁浮快线的中国首例中低速列车具有更快、更轻、载客量更大的特点,爬坡能力强、转弯半径小、噪声低,适合于城市内部、城市和卫星城之间、城市群之间、地形复杂的景区内部运行,将成为城镇化建设“一带一路”建设和“走出去”的拳头轨道交通产品。

  研发速度4000km/h的高速磁浮飞行列车。中国航天科工集团正在研发高速飞行列车项目,第一阶段达到1000km/h,最终达到4000km/h。这种飞行列车是利用超导磁浮技术减小摩擦阻力,在低真空环境中实现超音速飞行。将按三步走战略逐步实现:第一步通过1000km/h运输能力建设区域性城际飞行列车交通网;第二步达到2000km/h速度,建设国家超级城市群飞行列车交通网;第三步飞行列车速度达到4000km/h,建设“一带一路”交通网。

  目前,高速飞行列车项目联合了国内外20多家科研机构,组建了国内首个国际性高速飞行列车产业联盟,已拥有相关领域的200多项专利。这种磁浮飞行列车运行时除需要大量铝材外,超导输电系统还需用相当多的高纯铝导体。高纯铝导体是一类高技术高端产品,制造加工技术远大于传统工业纯铝电导体。

  中国高速飞行列车项目研发基地在武汉,将来很可能以武汉为中心形成四通八达的高速飞行列车网路。

  由于磁浮列车与线路建设拥有如上简介的诸多优点,一股强劲的磁浮铁路建设浪潮正在华夏大地掀起,并涉及“一带一路”沿线国家与地区,中国计划建设磁悬浮铁路的地区迅速增加。中国铁路建设集团为了加快磁浮线路建设,于2016年10月全额出资成立了中铁磁浮交通投资建设有限公司,并与广东清远市政府就建设中低速磁浮铁路达成了协议,线路长30km,投资100亿元,可于2018年或2019年上半年投入运营。北京市的S1线磁浮也可于今年建成。

  新疆乌鲁木齐的磁浮线以及成都-德阳磁浮线都在紧锣密鼓地筹建。中铁磁浮交通投资建设有限公司称,将大力提升技术,确保安全与降低成本。随着中国各地磁浮铁路计划的具体化,车辆厂也在积极扩建提升产量。中国还将大力推广磁浮线的国际化,像高铁一样成为中国出口又一名牌产品,长沙磁浮线运营后,成为中国铁路建设的又一绚丽名片,新加坡、德国、巴西等国已经先后派团前来考察。中国将来还准备出口高速磁浮列车,计划2027年开通的运行磁浮中央新干线的日本东海旅客铁道公司也寻求向美国出口磁浮铁路。可以预见,中日两国在不久的将来也会在磁浮铁路方面在国际上展开激烈竞争。

  磁浮车辆用铝与高铁车辆的基本相同

  高铁车辆是用铝材制造的,磁浮列车车厢更应该用铝材制造,因为车厢越轻越好,越轻需要克服的重力使它浮起来的斥力就越小,飞起来的动力也愈少,铝材是制造车辆结构性价比最佳的材料,除了车厢铝材外,建设铁路设施还需要相当量的建筑铝材,车厢内部装修、空调与通风系统等也主要是用铝材打造的,有些车辆是用永磁体力浮起的,如果用超导磁场浮起,则需要高纯铝线系统输送电流。每节车厢需采购11.5t铝材,铁路设施建设铝材可按45t/km匡算。4N6高纯铝的超导温度为4.2x10-3K,99.5%工业纯铝为4.0x10-3K。

  常用的车体结构变形铝合金有:5005-0板材,5005-H14板材、5005-H18板材、5052-0板材、5083-0板材、5083-H112型材、6061-T6型材、6N01-T5型材、6063-T5型材、7N01-T4板材、7N01-T5型材、7003-T5型材。6N01与7N01是日本合金,N是Nippon(日本)的简写。

  中国车辆厂在引进技术基础上通过消化吸收,在车辆设计与制造方面有不少创新,形成了有中国特色的铝合金制造技术,可是材料生产企业与高等院校、科研院所并没有研发出性能比6N01与7N01合金更加优秀的新型车铝合金,这是向中国材料界与冶金工作者提出的挑战,必须开发新型铝合金以适应更快捷、更安全、更舒适、更环保车辆制造的需要,提高磁浮铁路在国际市场上的竞争力,加快“一带一路”建设。


更新日期:2018-05-28