12月26日,我國軌道交通事業迎來曆史性(xìng)一刻:中國首條(tiáo)完全自主設計、自主製造、自主施工(gōng)和管理的中低(dī)速磁懸浮商業(yè)運營示(shì)範線“長(zhǎng)沙磁浮快線”正式試運行。
作為(wéi)世界上第三條商業運行的中低速磁浮列車線路,也是目(mù)前全球最(zuì)長的一條中低速磁浮客運(yùn)線路,這(zhè)條承載著我國緊跟並超越世界尖端軌(guǐ)道交通水平的“夢想列車”,更承載著西南交通大學幾代科研工(gōng)作(zuò)者30年來敦篤勵誌、果毅力行的(de)磁浮交通工程(chéng)化之路。
從(cóng)1986年,西南交通大學召開磁浮技術與磁浮列車研究大會,確定(dìng)磁浮技術科學研究方向,起動磁浮技術研究;到(dào)1994年,研製(zhì)成功我(wǒ)國(guó)首台4噸載人磁浮車係統,實現我國在(zài)磁浮(fú)列車懸浮、導向(xiàng)和驅動等係(xì)統首(shǒu)次突破(pò)。
從2006年“青城山磁浮列車工(gōng)程(chéng)試驗線”實(shí)現中低速磁浮車(chē)工程試驗線聯調,到全(quán)麵參與上海、株洲中低速磁浮列車的研製;再到如今(jīn),主導“長沙磁浮快線”磁浮列車懸浮控製係統、直線電機驅動(dòng)係(xì)統、懸浮架(jià)結構等科研(yán)攻關。
30年來,西南交通大學從(cóng)零起步到全麵掌握磁浮交通係統工程化技術,形成可推廣應用能力,走(zǒu)出了一條我國磁浮軌道交通自(zì)主研(yán)製(zhì)之路。
從“漂起(qǐ)”小(xiǎo)鐵球到(dào)懸浮數噸列車
磁浮列車是20世紀的一項技術發明,其原理並不深奧:它運用磁鐵“同性相(xiàng)斥,異性相吸”的性質,使磁鐵具有抗拒地心引力(lì)的能力(lì),即“磁性懸浮”。科學家將(jiāng)“磁性懸浮”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(liè)車”。
早在1986年,西南交大就(jiù)率先召開(kāi)了磁浮技術與磁浮列車技(jì)術研究大會,成為國(guó)內較早啟動(dòng)該(gāi)領域研究的高校科(kē)研單位。在1988年(nián),交大磁浮團隊完成了(le)單自由度鐵球(qiú)懸浮實驗(yàn),對電磁吸力懸浮原(yuán)理有了(le)本質的認識。
今(jīn)年82歲的連級三教授,如今已是我國磁浮領域的著名專家,作為那(nà)次“鐵球懸浮實驗”的親曆者,他回想起當年的研究(jiū)起步不無(wú)感慨:“一個鐵球僅重幾十克(kè),而(ér)小球也僅浮在空中8至10毫米。這看(kàn)似不起眼,但(dàn)電流是波動的、磁力是波動的,要讓鐵球相對穩定懸浮,就必須(xū)有一(yī)個控製係統不(bú)斷地調整(zhěng)。在當時完全從零(líng)起步、實驗條件比較簡單(dān)的情況下,科研人員(yuán)做了很多基礎工作。”
而西南交大的(de)磁浮交(jiāo)通攻關也正是從這個“漂浮”鐵球,邁出了第一步。
1990年(nián),交大(dà)磁浮(fú)團隊研究成功了由 4台小電磁鐵構成的磁浮模型車,並實現了模型車的穩定懸浮和基於直線電(diàn)機的驅動。
1994年10月,連級三(sān)教授帶領(lǐng)的研究團隊成功地研製(zhì)出了我國第一輛可載(zǎi)人4噸磁浮車及其試驗線,並實現了係(xì)統的穩定懸浮與運行,這是我國在磁浮列車領域的首次突破(pò),標誌著我國開始擁有自主知識產權的磁浮列車技術。該項目1996年通過科技成果鑒定,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(bù)三等獎。
此後,西南交通大學開始正式啟動磁浮列車的工程化研究:1997年3月,青城山磁浮車工程試驗線的可行性研究通過國(guó)家科委工業科技司組織的專家評審;1998年,青城山磁浮列車工程試驗示範(fàn)線工程立項,並(bìng)開始籌備建設青城山磁浮列(liè)車工程試(shì)驗線;2001年,開始動工修建長(zhǎng)430m的青城山磁浮列(liè)車工(gōng)程試驗線。
期間在鐵道部、教育部、科技(jì)部等部(bù)門關注支持(chí)下,在兩期國(guó)家863磁浮交通係統重大專項支撐下,西南交大先後完成了中低速磁浮列車的車輛結構設計、軌道及線路設計、懸浮控製器研製、懸浮傳感器研製、電磁(cí)鐵設計、直線(xiàn)電機設計等一係列全麵可行的磁浮列車相(xiàng)關技術——2006年4月30日,我國(guó)磁(cí)浮交通科研又一次在西南交大取得(dé)進展(zhǎn):采用三懸浮架結構,長11.2米,寬2.6米,高3.3米,軌距1700mm的“青城山中(zhōng)低速(sù)磁浮車工(gōng)程實驗線”聯調成功,一(yī)輛具有自主知識產權(quán)的中低速磁(cí)浮列車實地正式實驗運行,這標誌西南交大初步掌(zhǎng)握磁浮列車係統設計技術,驗證並初步掌(zhǎng)握中低速磁浮交通係統關鍵技術(shù),為以後(hòu)的中(zhōng)低速(sù)磁浮車工程化和應用打下必(bì)要的技術基礎。
至此,曆經數年持(chí)之以恒(héng)的探索研究,“磁浮列車(chē)”這個過去僅(jǐn)停留在理論上的“空中花園”,終於在(zài)我(wǒ)國(guó)初步具備產(chǎn)業化的能力。
瞄準產(chǎn)業前沿(yán) 助推“中(zhōng)國磁浮”之(zhī)路
磁浮列(liè)車,由(yóu)於擺脫了輪軌關係的限製,具有(yǒu)了快速、低噪和環境適應性強等獨特優勢,也是世界交通強國競(jìng)爭製(zhì)高點(diǎn)之一。自20世紀60年代以來,以德國和日本為代表的發(fā)達國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(yè)線路通車運營,其高速磁浮運營(yíng)線也正在建設中。
麵對激烈國際競爭,在完成了理論研究與原理試驗、係統研(yán)究與功能試驗兩個科(kē)研(yán)階段後,未來我國自己(jǐ)的“磁懸(xuán)浮”該怎麽建(jiàn)、又如何走?西南交通大(dà)學再次“領命”。而與過去的埋(mái)頭“實驗室”做基礎攻關(guān)不同,這一次交(jiāo)大磁浮團隊將攻(gōng)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化中,西南交大於2005年(nián),就與上海磁浮交通工程技術中心簽訂了“上海城軌磁浮列(liè)車車輛總體設計”合同,並於次年3月又簽訂了“上海低速(sù)(城軌)磁浮交通試驗線工程懸浮(fú)控製設備供貨及服務”合同,全麵參加(jiā)上(shàng)海(hǎi)城軌磁浮試驗線磁浮列車研製。該試驗列車為三節編組,為全新結構(gòu)設計並創下(xià)多個“首次”:國內首次(cì)采用整(zhěng)體電磁鐵結構(gòu),首次采用五懸浮架結構,首次采用DC330V懸浮電源,首次采用三選二懸浮傳感(gǎn)器,列車最高運行(háng)速度100km/h。
2008年和2009年(nián),西南(nán)交大又與中國南車股份有限(xiàn)公司簽訂“中低速磁浮交通係統方案設計研究”合同,與南(nán)車株洲電力機車有限公(gōng)司簽訂“中低速磁浮列車(chē)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(shì)用於中(zhōng)國國情的1860mm軌距和2800mm車寬。這標誌著西南交(jiāo)通大(dà)學在聯(lián)合企業推進中(zhōng)低速磁浮列車產業(yè)化的工作中又邁進一步。
為(wéi)進(jìn)一步推動中低速磁浮列車工程化,交大與南車株洲電力(lì)機車有限公司於2011年又簽訂了“常導短(duǎn)定子異步驅動懸浮架試驗(yàn)車懸浮控製係統研製”和“常導短定子異步驅動中低速磁浮列車係統設計與試驗研究(jiū)”合同;於2011年簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅動中低速磁浮列(liè)車懸浮控(kòng)製係統”,全麵參加了株洲中低速磁浮列車的研(yán)製。2012年1月20日,中(zhōng)低(dī)速磁浮列車在南車株洲電力機車有限公(gōng)司內下(xià)線,這(zhè)是一條按商業運行條件設計的磁浮列車及試驗線路,磁浮(fú)列車運行速度100km/h,能適應試驗線(xiàn)各種曲線及坡道的要求。
為推動中(zhōng)低速磁浮交通的發展與應用,2013年由錢清(qīng)泉院士牽(qiān)頭的中國工程院 “中低(dī)速磁浮交(jiāo)通(tōng)技術與係統發展戰略研究” 項目立項,項目研究匯聚國內磁(cí)浮領域的院士專家,包括(kuò)電氣工程學院和牽引動力實驗室相關專家教授,對我國中低速磁浮交通(tōng)的發展戰略進行了深入研究,論證了我國(guó)發展中低速磁浮必在性和戰略意義,進一步推動了長沙中低速(sù)磁浮(fú)工程應用線(xiàn)的建設。
“正是這一係(xì)列與企業(yè)的合作,以及國(guó)內磁浮(fú)專家的聯合(hé),使我們慢慢找到了符合我國國情、交通需(xū)求特點的中低速磁懸浮產(chǎn)業化應用之路。”西南交通大學電(diàn)氣(qì)工程學院張昆侖教(jiāo)授,是(shì)磁浮技術與磁浮列車教育部重(chóng)點實驗(yàn)室副(fù)主任,也是西南交大中低速磁浮列車項目的(de)負(fù)責人。在他看(kàn)來,緊跟產業需(xū)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業應用提(tí)供(gòng)了保障。
據了解(jiě),26日試運行的長沙(shā)高鐵南站至黃花機場的(de)18.55km“長沙磁浮快線”采用了此前西(xī)南交大與南車株洲電力機車有限(xiàn)公司研製的中低速磁浮列(liè)車係統技術,該列車懸浮係統核心技(jì)術由西南交通大學提(tí)供。
“比如長沙磁浮列車運營線,是目前國內外最長的中低速磁浮列車運營線,磁浮列車懸浮控製係統在適應列車在庫線、直線、道岔、70‰坡道(dào)、50米半徑曲線,以及各(gè)種(zhǒng)軌道接縫等不同線路(lù)條件下實現平穩懸浮。這(zhè)就(jiù)需要理論(lùn)結合實踐的不(bú)斷摸索。”他以團隊獨創的“電磁懸浮控製係統技(jì)術”舉例說,過去的金屬球是單點懸浮,如今總重20頓的列車要保持8毫米的穩定懸浮,每列車都設(shè)有60懸浮控製器(qì),要保(bǎo)證懸(xuán)浮穩定,涉及到係統設計、電磁兼容、控製理論和控製算法等技術(shù)問(wèn)題;而針對道路的直線、道岔、坡道和軌(guǐ)縫等問題,“間隙傳感器”,需要每秒(miǎo)鍾(zhōng)感應數千次甚至上萬次道路情況,並傳輸給懸浮控製係統進行調整。
不懈追求 打造“交大磁浮”名片
此次“長沙磁(cí)浮快(kuài)線”的試運行,標誌著曆經30年的(de)不懈追求,西南交通大(dà)學磁浮技術已經成熟,並已率先走(zǒu)向工程化,“交大磁浮(fú)”已真正成為西南交通大學(xué)的名片。
目前,西南交大已參與建立了中低(dī)速磁浮交通工程(chéng)的基礎、通用和專用等三類標準體係,參與頒布了(le)《中低速磁浮交通車輛通用技術條件(jiàn)》、《中低速磁浮交通軌排技術條件(jiàn)》等國家、行(háng)業(yè)標準5項;《中低(dī)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(fàn)》等相關國家、行(háng)業標準亦將陸續頒布;擁有授權專利259項,其中發明專利114項,實用新型專利145項。
此(cǐ)外,我國另(lìng)一種(zhǒng)最有可能商用、采用新型懸浮(fú)架(jià)和連續直線電機概念(niàn)和運行時速達140公裏的中低(dī)速磁浮列車,擬(nǐ)在上海臨港1.7公裏的中低速磁(cí)浮列車係統試驗線進(jìn)行試驗,也將采用(yòng)西南交大的多項核心成果。
而為了進一步擴大磁浮技術的影響力,培養相當規模的(de)磁浮技術相關人才,西南交通(tōng)大學已(yǐ)於(yú)2000年設(shè)立了“磁浮(fú)與城市軌道交通自動化”本科(kē)生專業方(fāng)向並開始招收本科(kē)生;2004年,西南(nán)交通大學電氣(qì)工(gōng)程學(xué)院申報並獲批準自主設(shè)置(zhì)“電磁懸浮與超導工程”碩士(shì)點和(hé)博士點,至此建立了國內(nèi)唯一的從本科、碩士到博士的磁浮技(jì)術的人才培(péi)養體係。
目(mù)前,在錢清泉院士牽頭下,西南交大正(zhèng)組織電氣(qì)工程學院和牽引動力實驗室的研究團隊,聯合同濟大(dà)學團隊和深(shēn)圳大學團隊,開(kāi)展高速磁浮交通技術戰略研究。在已掌握中低速磁浮交通核心技術、特殊技術、試驗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術(shù)研究和電動斥力磁浮列車技術(shù)研究(jiū)等。西南交通大學正在磁浮列車係統設計與集成、軌道與(yǔ)線路設(shè)計、牽引與(yǔ)供電係統設計(jì)與製(zhì)造、通信(xìn)信號係(xì)統(tǒng)裝備設計與製造、工程建設與管理等方(fāng)麵,形成完整的磁浮交通產業發展能力。