12月26日,我國軌道交通事業迎來曆史性一(yī)刻:中國首條(tiáo)完全自主設計、自主製造、自主施工和管理的中低(dī)速磁懸(xuán)浮商業運營示範線“長沙磁浮快線(xiàn)”正(zhèng)式試運行。
作為世界(jiè)上第三(sān)條商業運行(háng)的中(zhōng)低速磁浮列車線(xiàn)路,也是目前全球最(zuì)長的一條(tiáo)中低速磁浮客運線路,這條承載著我國緊跟並超越世界尖端軌道交通水平的“夢想(xiǎng)列車”,更承載著西南交通大學幾代科研工作者30年來敦(dūn)篤勵誌、果毅力行的磁浮交通工程化(huà)之路。
從1986年,西南(nán)交通大學召開磁浮技術與磁浮(fú)列車研究大會,確(què)定磁浮技術科學研究方向,起動磁浮技術研究;到1994年,研製成功我國首台4噸載人磁浮車係統,實現我國在磁浮列(liè)車懸浮、導向和驅動等係統首次突破(pò)。
從2006年“青城山磁浮列車工程試驗線”實現中低速磁浮車工程(chéng)試(shì)驗線聯調,到全麵參與上海、株洲中低速磁浮列車(chē)的研製;再到如今,主導(dǎo)“長沙磁浮快線”磁浮列車懸浮控製係統、直線電機(jī)驅(qū)動係統、懸浮架結構等科研攻關。
30年來,西南交(jiāo)通(tōng)大學從零起(qǐ)步到全(quán)麵掌握磁浮交通係統工程化技術(shù),形成可推廣應用能力,走出了(le)一條我國磁浮軌道交通自主研製之路。
從(cóng)“漂(piāo)起”小鐵球到懸浮數噸列車(chē)
磁浮列車是20世紀的一項技術(shù)發明,其原理並不深奧:它運用磁鐵“同性相斥,異性相吸”的性質,使磁鐵具(jù)有抗拒地心引力的能力,即“磁性懸浮”。科學家將“磁性(xìng)懸浮”運用在鐵路運輸係統上,使列車完全脫離軌道而懸浮行駛,成為“浮”在空中的列車,這就是 “磁浮列車”。
早在(zài)1986年,西南交大就率先召開了磁浮(fú)技術與磁浮列車技術研(yán)究大會,成為國(guó)內較早啟動該領域研究的高校科研單(dān)位。在1988年,交大磁浮團隊完成了單自由度鐵球懸浮實驗,對電磁(cí)吸力(lì)懸浮原理有了本質的認(rèn)識。
今年82歲的連級(jí)三教授,如今(jīn)已是我國(guó)磁浮領域的(de)著名專家(jiā),作為那(nà)次“鐵球懸浮實驗(yàn)”的親曆者(zhě),他回想起當年的研究起步不無感慨:“一個(gè)鐵球僅(jǐn)重幾十克,而小球(qiú)也僅浮在空(kōng)中8至10毫米。這看似不起眼,但電流是波動(dòng)的、磁力是波動的,要讓鐵球相(xiàng)對穩定懸浮,就必須有一(yī)個(gè)控製係統不斷(duàn)地調整。在(zài)當時完全(quán)從(cóng)零起步、實驗條件比較簡單的情況(kuàng)下,科研人員做(zuò)了很多基礎工作。”
而西南交大的磁(cí)浮交通攻關也正是從這個“漂浮”鐵(tiě)球,邁出了第(dì)一步。
1990年,交大磁浮團(tuán)隊研究成(chéng)功了由 4台小(xiǎo)電磁鐵(tiě)構成的磁浮模型車,並實現了模型車的穩定懸浮和基於直線電機的(de)驅動。
1994年10月,連級三(sān)教授帶領的研究團隊成功地研(yán)製出了我國第一輛可載人4噸磁浮車及其試驗線,並實現了(le)係統的穩定懸浮(fú)與(yǔ)運行(háng),這是我國在磁浮列車(chē)領域的首次突破,標誌著我國開(kāi)始擁(yōng)有自主知識(shí)產權的磁浮列車技(jì)術。該項目1996年(nián)通過(guò)科技成(chéng)果(guǒ)鑒定,並獲該年度鐵道部科技進步二等獎和1997年度國家科技進步三等獎。
此(cǐ)後,西南交通大學開始正式啟(qǐ)動磁浮列車(chē)的工程化研(yán)究:1997年3月,青城山(shān)磁浮(fú)車工程試驗(yàn)線的(de)可行性研究通過國家科委工業科技司(sī)組(zǔ)織(zhī)的專家評審;1998年,青城山磁浮列車工程試驗示範線工程立(lì)項,並開(kāi)始籌備建設青城(chéng)山磁浮列車工程試驗線;2001年,開始動工修建長430m的青城山磁浮列車工程試驗線。
期間在鐵道部、教育部、科技部等部門關注支持下,在兩期國家863磁浮交通係統重大(dà)專項支撐下,西(xī)南交大先後(hòu)完成了中低速(sù)磁浮列車的車輛結構設計、軌道及線路(lù)設計、懸浮控(kòng)製器研製、懸浮傳感器研製、電磁鐵設計、直(zhí)線電機設計等一係列全麵可行的磁浮列車相關技術(shù)——2006年4月30日,我國磁浮交通(tōng)科研又一次在西南交大取得進展:采用三懸浮架結構,長(zhǎng)11.2米,寬(kuān)2.6米,高(gāo)3.3米,軌(guǐ)距1700mm的“青城山中(zhōng)低速磁浮車(chē)工程實驗線”聯調成功,一輛具有自主知識產權的中(zhōng)低速磁浮列車實地(dì)正式實(shí)驗運行,這標誌西南交大初步掌握磁浮列車係統設計技術,驗證並初步掌握(wò)中低速磁浮交通係統關鍵技術,為(wéi)以後的中低(dī)速磁浮車工(gōng)程化和(hé)應用(yòng)打下必要的技術基礎。
至此,曆經數年持(chí)之(zhī)以恒的(de)探索研究,“磁浮(fú)列車”這個過去僅停留在理論(lùn)上的“空中花園”,終於在我國初步具備產業化的能力。
瞄準(zhǔn)產(chǎn)業前沿 助推“中國磁(cí)浮”之路
磁浮列(liè)車,由於擺脫了輪軌關係的限製(zhì),具有了快速、低噪和(hé)環境適應性強等獨特優勢,也是世界交通強國競(jìng)爭(zhēng)製高點之一。自(zì)20世紀60年代以來,以德國和日本為代表的發達國(guó)家無不競相啟動該領域研(yán)究,2005年日本8.9千米中低速磁浮商業線路(lù)通車運營,其高速磁(cí)浮(fú)運營線也正在(zài)建設中。
麵(miàn)對激烈(liè)國際競爭,在完成了(le)理論研究與原理試驗、係統研究與功(gōng)能(néng)試驗(yàn)兩個科研階段(duàn)後,未來我國自(zì)己的“磁懸浮”該怎麽建、又如何走?西南交(jiāo)通大學再次(cì)“領命”。而與過去的埋頭“實驗室”做基礎攻關不同,這(zhè)一次交大磁浮團隊將攻關目標瞄準在了產業需求“第一線”。
在聯合企業推進中低速磁浮列車工程(chéng)化中,西南交大於2005年,就與上海磁浮(fú)交通工程技術中心簽訂了“上海城軌磁浮列車車輛總體設計”合同,並於次年3月又簽訂(dìng)了“上海低速(城軌)磁浮交(jiāo)通試驗線工(gōng)程懸浮控製設備(bèi)供貨及服務”合同,全麵參加上海城軌磁浮試驗線磁(cí)浮列車研(yán)製。該試驗列(liè)車為三節編組,為全新結構設計並創下多個“首次”:國內首次采用整體電磁鐵結構,首(shǒu)次采用五懸浮架結構,首(shǒu)次采用DC330V懸浮電源,首次采用三選二懸浮傳感器,列車最高運(yùn)行速度100km/h。
2008年和2009年,西南交大又與中國南車股份有限公司簽(qiān)訂“中低速磁浮交通係統方案設計研究”合同,與南車株洲(zhōu)電力機車有限公(gōng)司簽訂“中低速磁浮列車方案設計研究”合同。攻關中,交大團隊在係統設計首次提出了適用於中國國情的1860mm軌距和2800mm車寬。這標誌著西南交通大學在聯(lián)合企業推進中低速磁浮(fú)列車產業化的工作中又邁進一步(bù)。
為進一步推動中低速(sù)磁浮列車工程化,交大與南車(chē)株洲電力機車有限公司於2011年(nián)又簽(qiān)訂了“常導(dǎo)短(duǎn)定子異步驅動懸浮架試驗車懸浮控製係(xì)統研製(zhì)”和(hé)“常導短(duǎn)定子異步驅動中低速磁浮列車係(xì)統設計與試驗研(yán)究(jiū)”合同;於2011年簽訂(dìng)了“常導短(duǎn)定子異步驅動中低速磁浮列車懸浮控製係統”,全(quán)麵參加了株洲中低速磁(cí)浮列車的研製。2012年1月20日,中低速磁浮列車在南車株洲電力機車有限(xiàn)公司內下(xià)線,這是一條按商(shāng)業運行條件設計的磁浮列車及試驗線路(lù),磁浮列車運行(háng)速度100km/h,能適應試驗線各種曲線及坡道的要求。
為推動中低速(sù)磁浮交通的發展與應用,2013年(nián)由錢清泉院士(shì)牽頭(tóu)的(de)中國工程院 “中低(dī)速磁浮交通技術與係統(tǒng)發展(zhǎn)戰略研究” 項目(mù)立項,項目(mù)研究匯聚(jù)國(guó)內磁浮領域(yù)的院士專家,包括電(diàn)氣工程(chéng)學院和牽(qiān)引動力實驗室相關專家教授,對我國中低(dī)速磁浮交通的發展戰略進行了深入研究,論證了我國發展中低速磁浮必在性(xìng)和戰略意義,進一(yī)步推動了長沙中低速磁浮工(gōng)程應用線的建設(shè)。
“正是這(zhè)一係列(liè)與企業的合(hé)作,以及國內磁浮專家(jiā)的聯合,使我們慢慢找到了符合我國國情、交通需求特點的(de)中低速磁懸浮產業化應用之路。”西南交通大學電氣工程學院張昆侖教授,是磁浮技術與(yǔ)磁浮列車教育部重點實驗室副主任,也是(shì)西南交大中低速磁浮列車項目的負責人。在他看來,緊跟產業需求“第一線”不斷攻關與突破,成功為我國首條中低速磁浮列車的商(shāng)業應用提供了保障。
據了解,26日試運行的長沙高鐵南站至黃(huáng)花機場的(de)18.55km“長沙(shā)磁浮快線”采用了此前西南交大與南車株洲電力機車有限公司研製的中低速磁浮列車係統技(jì)術,該列車(chē)懸浮(fú)係統核(hé)心技術由西(xī)南(nán)交通大學提(tí)供。
“比如長沙磁浮(fú)列車運營線,是目前國內外最長的中低速磁浮列車(chē)運營(yíng)線,磁浮列車懸浮控製係統在適(shì)應列車在(zài)庫線、直線、道岔、70‰坡道、50米(mǐ)半徑曲線,以及各種軌道接縫等不同線路條(tiáo)件下實現平穩懸浮。這就(jiù)需要理(lǐ)論(lùn)結合實踐的不斷(duàn)摸索(suǒ)。”他以團隊獨創的“電磁(cí)懸浮控製係統技術”舉例說,過去的金屬球是單點懸浮,如今總重20頓的列(liè)車要保持8毫米的穩定懸浮,每列車都設有60懸浮控製器,要保證懸浮穩定,涉(shè)及到係統設計、電磁兼容(róng)、控製理論和控製算法等技術問題;而(ér)針對(duì)道路的直線、道岔、坡道(dào)和軌縫(féng)等問題,“間隙傳感器”,需要每秒鍾感應(yīng)數(shù)千次甚至上萬(wàn)次道路情況,並傳輸給懸(xuán)浮控製係統進行調(diào)整。
不懈追求 打造“交大磁浮(fú)”名(míng)片
此次“長沙磁(cí)浮(fú)快線”的試運行,標誌著曆經30年的不懈追求,西南交通大學(xué)磁浮技術已經成熟,並已率先走向工程化,“交大磁浮”已(yǐ)真正成為西南交通(tōng)大學(xué)的名(míng)片。
目前,西南(nán)交大已(yǐ)參與建立了中低速磁浮交通(tōng)工程的基礎、通用(yòng)和(hé)專用等三類標準體係,參與頒布了《中低速磁浮交通車輛通用技術條件》、《中低速磁浮交通軌排技術條件》等國(guó)家、行業標準5項(xiàng);《中低速磁浮交通設計規範(fàn)》、《中低速磁浮交通運行控製技術規範》等相關國家、行業標準亦將陸續頒布;擁有授權專利259項,其(qí)中(zhōng)發明專利114項,實用新(xīn)型專利145項。
此外,我國另一種最有可能商用、采用新型懸浮架和連續直線電機概念和運行時速達140公裏的中(zhōng)低(dī)速磁浮(fú)列(liè)車,擬在上海臨港1.7公裏(lǐ)的中低速磁浮列車係(xì)統試驗線進行試驗,也將采用西南交(jiāo)大的多項核心成果。
而為了進(jìn)一步擴大磁浮技術的影響力,培養相當規(guī)模的(de)磁浮技術相關人才,西南交通大學已於2000年設立了“磁(cí)浮與城市軌道交通自動化”本科生專業方向並(bìng)開始招收本科生;2004年,西南交通大學電氣工程學院申報並獲批準自主設置“電磁懸浮與超導工程”碩士點和博士點,至此建立了國內唯一的從本科、碩士到博士的磁浮技術的人才培(péi)養體係。
目前(qián),在錢(qián)清泉院士牽頭下,西南交大正組織電(diàn)氣工程學院和牽引(yǐn)動力實驗室的研究團隊,聯合同濟大學團隊和深圳大學團(tuán)隊,開展高(gāo)速磁浮(fú)交通技術戰略研究。在已掌握中低速磁浮交通核心技術、特殊(shū)技術、試驗(yàn)驗證技術和係統集成技術的基礎上,進一步開展高速磁浮交通係統技(jì)術研究,主要包括真空管道軌道交通技術、高溫超導磁浮列車技(jì)術研究和電動斥力磁浮列(liè)車技術研究等。西(xī)南交通大學正在磁浮列車係統設計與集成、軌道與線(xiàn)路設計、牽引與供電係統(tǒng)設計與製造、通信信號(hào)係統裝(zhuāng)備設計(jì)與(yǔ)製造(zào)、工程建設與管理(lǐ)等方(fāng)麵,形成完整的磁浮(fú)交通產業發展(zhǎn)能力。