مقالات
در حال خواندن
آشنایی با قطارهای پرسرعت مگلو(Maglev trains) + فیلم
0

آشنایی با قطارهای پرسرعت مگلو(Maglev trains) + فیلم

توسط میثم نجفی ارشادی۲۶ آبان, ۱۳۹۵

مقاله ای در مورد آشنایی با قطار های پرسرعت مگلو (Maglev trains) به همراه ویدیو مستند معرفی تکنولوژی مگلو

اگر با آهنربا كار كرده باشيد مي دانيد كه قطب‌هاي مخالف هم‌ديگر جذب و قطب‌هاي مشابه هم‌ديگر را دفع مي‌كنند. اين اصلي است كه طرد مغناطيسي را هدايت مي‌كند. آهنرباي الكتريكي مشابه ديگر آهنرباها هستند كه در جذب اجسام فلزي نقش دارند، كشش مغناطيسي موقتي است. مي‌توانيد آهنرباي‌الكتريكي كوچكي با اتصال انتهاي يك سيم مسي با انتهاي مثبت و منفي باتری معمولي درست كنيد.

اين باتری يك ميدان مغناطيسي كوچك درست می كند. اگر انتهای سيم را از باتری قطع كند، ميدان مغناطيسي از بين مي‌رود. ميدان مغناطيسي در اين آزمايش سيم – باتری درست مي‌شود كه اين ايده‌ی ساده پشتوانه‌ی قطارهای مگلو استو بود . مکانیزم کار قطار های مگلو (Maglev) نیز تحت تاثیر همین نیروهای مغناطیسی می باشد.

jr_maglev-lev

اثرات نیروهای مغناطیسی در قطارهای مگلو

 

نام مگلو از ترکیب دو واژه انگلیسی Magnetic (مغناطیسی) و levitation (شناوری) درست شده‌است. بطور نظری مگلوها می‌توانند به سرعت‌هایی قابل مقایسه با سرعت توربوپروپ و هواپیمای جت (۵۰۰ تا ۵۸۰ کیلومتر در ساعت) دست بیابند.

Maglev   یا حمل و نقل شناور مغناطیسی(Magnetic Levitation), نام تکنولوژی جدیدی می باشد که با توجه به مشخصه های برجسته اش انقلابی در صنعت حمل و نقل ایجاد خواهد کرد. “مگلو” نوعی از حمل و نقل می باشد که قطار را به طور شناور و کاملا جدا از زمین به وسیله نیروی الکترومغناطیسی به طرف جلو می راند. این روش جدید سریع تر، راحت تر و مطمئن تر از روش حمل و نقل کنونی، همراه با چرخ های مرسوم می باشد.
به دلیل وجود نیروی محرکه اصلی این سیستم در ریل آن، به جای خود قطار، این قطارها بسیارسبک و کنترل آنها در سراشیبی ها بسیار آسان می باشد. ریل های استفاده شده در این سیستم نیز از مواد سبک ساخته شده است. تکنولوژی مگلو ( Maglev ) این اجازه را به قطار می دهد که به راحتی به سرعت هواپیما ها ( ۵۰۰ تا ۵۸۰ کیلومتر در ساعت ) دست یابد.
در مگلو تماس با ریل وجود ندارد و قطارها به جای غلتیدن چرخ‌ها بر روی ریل با نیروی مغناطیسی در هوا شناور شده بود و به جلو رانده می‌شوند. در فناوری مگلو نیروی مغناطیسی قطار را از زمین بلند کرده و با استفاده از موتور خطی و نه دوار رانده و در یک مسیر مشخص هدایت می‌کند.
این قطارها نصف انرژی هواپیما را مصرف کرده و با همان سرعت نیز حرکت میکنند.

1406278643_maglev-lede-630-de

 

مکانیزم ريل های  مگلو
سيم‌پيچ‌هاي مغناطيسي در طول ريل «خط راهنما» ناميده مي‌شوند. نیروی مغناطيسی بزرگي بر قسمت زيرين قطار وارد مي‌شود. قطار بين ۳۹/۰ تا ۹۳/۳ اينچ (۱ تا ۱۰ سانتي‌متر) بالاي اين خط راهنما معلق مي‌شود. وقتي قطار معلق مي‌شود،‌ منبع تغذيه سيم‌پيچ‌هاي درون ديوار‌هاي خط راهنما را فراهم مي‌آورد كه يك سري از ميدان‌هاي مغناطيسي درست مي‌كند كه قطار را به ‌طور دائم مي‌كشد و هل مي‌دهد.

جريان الكتريكي پشتيبان سيم‌پيچ‌هاي داخل ديواره است كه به ‌طور ثابت قطب سيم ‌پيچ‌هاي مغناطيسي را تغيير مي‌دهد. اين تغيير قطب باعث مي‌شود كه ميدان مغناطيسي پشت قطار آن را به سمت پشت كشيده مي‌شود، كه ميدان مغناطيسي پشت قطار به آن اضافه مي‌شود.

bt-ph-066-4

 

قطارهاي مگلو بر پيچه‌ي هوا و اصطكاك قابل صرف ‌نظر كردن شناور است. اين فقدان اصطكاك و آيروديناميك قطار اجازه مي‌دهد كه اين قطارها به شكل غيرقابل باوري حمل و نقل را سريع انجام مي‌دهد. اين سرعت بيش‌از ۳۱۰ كيلومتر در ساعت يا دوبرابر سريع ترين قطارهاي آمتراك (Amtrak) است. در مقايسه با هواپيماهاي مسافري بوئينگ ۷۷۷ كه براي مسافت‌هاي زياد مورد استفاده قرار مي‌گيرد مي‌تواند به سرعت‌ ۵۶۲ مايل در ساعت (۹۰۵كيلومتر در ساعت) دست يابد. طراحان قطار مي گويند خطي را تا بيش از ۱۰۰۰ مايل (۱۶۰۹ كيلومتر) خواهند كشيد. با ۳۱۰ كيلومتر در ساعت مي‌توانيد از پاريس تا رم را فقط در ۲ ساعت طي كنيد.

آلمان و ژاپن هردو از اين فناوري سود مي‌برند و پيش‌طرحي را از اين قطارها آزمايش مي‌كنند.. در آلمان مهندسين روي دستگاه تعليق الكترومغناطيسي (EMS) را به‌نام ترانس رپيد (Transrapid) كار مي‌كنند. در اين دستگاه، در انتهاي قطار سيم‌پيچ دور خط راهنماي استيل پيچيده شده است. آهنرباي الكتريكي در زير قطار كار گذاشته شده كه مستقيماً با خط راهنما در ارتباط است. در اين حالت قطار ۳/۱ اينچ (۱ سانتي متر) با سطح ريل فاصله دارد و قطار حتي وقتي حركت نمي‌كند معلق است. ديگر راهنماهاي مغناطيسي در بدنه‌ي قطار تعبيه شده‌اند و آن را در طول سفر حفظ مي‌كند. آلمان نشان داد كه قطار ترانس رپيد مگلو مي‌تواند به سرعت‌هاي بالاي ۳۰۰  دست يابد.

تکنولوژی مگلو
در حالت کلی دو نوع مگلو وجود دارد، یکی سیستم تعلیق الکترومغناطیسی ( EMS ) و یکی سیستم تعلیق الکترو دینامیکی (EDS )
در سیستم تعلیق الکترو مغناطیس، قطار با داشتن الکترومغناطیس بسیار قوی بر روی ریل فشار آورده که همین عمل باعث معلق ماندن آن می شود. این مغناطیس ها در جهت ریل تنظیم شده و بوسیله کنترل باز خورد (feedback control)، میزان تعلیق خود را محاسبه و حفظ می نماید.
سیستم تعلیق الکترودینامیک به شیوه دیگری عمل می کند بدین صورت که هم ریل و هم قطار دارای مغناطیس می باشند که قطار به وسیله نیروی دافعه قطب های هم نام ارتفاع و فاصله خود را از ریل نگه می دارد.
قسمت مغناطیس قطار از الکترومغناطیس های به هم پیوسته ( مثل مگلو JR ) یا از مغناطیس های پایدار تشکیل شده است. قسمت مغناطیس ریل ها نیز از تحریک منطقه توسط سیم پیچ های مغناطیسی به وجود می آید.
درسرعت های پایین سیم پیچ های کنونی توانایی تحمل وزن قطار را دارا نمی باشند و باید برای ثبات آنها در هنگام ایست کامل و در سرعت های پایین چرخ ها و یا وسایل شبیه آن در زیر قطار وجود داشته باشند تا قطار به سرعت های بالا دست یافته و از زمین جدا شود. برای این منظور سیم پیچ های بکار رفته در ریل ها، باعث حرکت رو به جلو قطار شده و همچنین با نیروی مغناطیسی فوق العاده خود باعث تعلیق قطار می شوند. همچنین این سیم پیچ ها یک موتور طولی نیز محسوب می شوند و حالت پیچشی آنها باعث بوحود آمدن یک جریان مداوم الکترو مغناطیس در کل ریل می شود.

 

maglev20

 

هم اکنون نگاهی داشته باشیم به مزایا و معایب تکنولوژی مگلو EMS ( سیستم تعلیق الکترو مغناطیسی ):

از مزایای این سیستم می توان مغناطیس بسیار نا چیز در درون و بیرون قطار، تکنولوژی بالا که می توان بوسیله آن به سرعت ۵۰۰ کیلومتر در ساعت دست یافت و عدم نیاز به چرخ یا نیروهای محرکه دیگر را نام برد.
از معایب آن نیز می توان به فاصله موجود میان قطار و ریل که خواهان بررسی بی درنگ توسط کامپیوتر برای ممانعت از برخورد آنها با یکدیگر می باشد اشاره کرد.

سیستم مغناطیسی ابر رساناها 
مغناطیس های بسیار قوی بر روی ابر رساناهایی نصب شده اند که فاصله زیاد ریل از قطار که منجر به دسترسی این قطار به سرعت ۵۸۱ کیلومتر شده است را باعث شده اند، و همچنین ظرفیت بار بسیار زیاد آن از مزایا این سیستم می باشد. یکی از همین قطارها در دسامبر سال ۲۰۰۵ به صورت تبلیغی از ابر ساناها با درجه حرارت بالا در مغناطیس های خود استفاده کرد که  به وسیله مایع خنک کننده گران نیتروژن خنک می شدند.
از معایب این سیستم نیز می توان به عدم توانایی در برقراری ارتباط های تلفنی، عدم توانایی در برقراری ارتباط مسئولین قطار به واگن مسافران بوسیله سیستم صوتی داخل کابین ها و عدم توانایی در استفاده از وسایل الکترونیکی مثل ذخیره کننده های مغناطیس به علت وجود جریان مغناطیسی بالا در قطار اشاره کرد. همچنین این مشکلات و هزینه بالای این سیستم باعث باقی ماندن این تکنولوژی در مرحله تست شده است.

سیستم مغناطیسی پایدار EDS: 
از مزایای این سیستم می توان به سیستم تعلیق بدون اشکال، عدم نیاز به نیرو برای فعال کردن مغناطیس ها، قرار گیری منطقه مغناطیسی در زیر قطار و توانایی ایجاد مغناطیس بالا در سرعت های بسیار پایین ( ۵ کیلومتر در ساعت ) برای تعلیق قطار نام برد. همچنین در صورت بروز مشکل، قطار قبل از ایست کامل به صورت کاملا آهسته و با ریتم یکنواخت سرعت خود را کم کرده تا کاملا متوقف شود و از معایب آن نیز می توان به نیاز آن به چرخ برای به حرکت در آوردن آن در هنگام ایست کامل و تکنولوژی کاملا جدید و در نتیجه تستی بودن آن اشاره کرد.
هیچ کدام از سیستم های فوق هدایتگر و مغناطیس پایدار قادر به تعلیق قطار در وضعیت سکون نیستند، ولی با این حال سیستم مغناطیسی پایدار قطار را در سرعت های پایین، نزدیک به ریل نگه می دارد، ولی در هر دو آنها به چرخ در هنگام سکون و سرعت های پایین نیاز هست. در حالی که EMS سیستم تعلیق الکترومغناطیس مجهز به هیچگونه چرخی نمی باشد.

maglev2

نمای داخلی قطارهای مگلو

نیروی محرکه: 
سیستم تعلیق الکترومغناطیس قادر به ارائه تعلیق و نیروی پیش راننده بوسیله موتور طولی ( سیم پیچ ) می باشد، و این در حالیست که سیستم تعلیق الکترودینامیکی تستی قادر به معلق ساختن قطار بوسیله مغناطیس های نصب شده بر روی خود می باشد.

پایداری:
قدرت تحمل وزن مغناطیس هایی که تنها از الکترومغناطیس و پرمنگنات در آنها استفاده شده است به اندازه کافی نمی باشد، این تئوری را Earn Shaw بیان می کند. EMS بر پایه پایداری فعال الکترونیکی طراحی شده است. این چنین سیستم هایی بصورت پایدار میزان فشار وارد بر مغناطیس را اندازه گرفته و نیروی الکترومغناطیسی را تنظیم می کنند. همچنین با توجه به اینکه تمامی سیستم های تعلیق الکترودینامیک سیستم های متحرک هستند تئوری Earn Shaw در مورد آنها صادق نمی باشد.

مقایسه مگلو با قطارهای مرسوم
به علت عدم وجود تماس بین ریل و قطار در قطارهای مغناطیسی، اصطکاک بسیار کمی آن هم تنها اصطکاک بدنه قطار و هوا وجود دارد. مصرف قدرت قطارهای ماگلو برای هر مسافر بر کیلومتر در سرعت ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت ، ۲۴% کمتر از قطارهای معمولی در سرعت ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت می باشد.
به خاطر عدم حرکت ماگلو بر روی ریل، این قطارها محدودیت سرعت قطارهای معمولی را به خاطر تلرانس ریل و پیچ ها ندارند. سرعت این قطار ها هم اکنون در بعضی موارد به ۶۵۰ کیلومتر بر ساعت نیز رسیده است و پیش بینی می گردد سرعت آنها تا ۱۰۰۰ کیلومتر نیز افزایش یابد.
وزن الکترومغناطیس در طراحی EMS ها و EDS یک فاکتوربسیار مهم تلقی می شود، یک میدان مغناطیسی بسیار قوی نیز برای بلند کردن این قطار سنگین وزن مورد نیاز می باشد. در یک مقاله چاپ شده در سال ۲۰۰۴ که متعلق به “انجمن آکوستیک آمریکا” می باشد، چنین ذکر شده است که صدای تولید شده توسط این قطارها بسیار بیشتر از صدای تولیدی قطارهای معمولی با وجود تماس فولاد با فولاد می باشد.
تفاوت صدای این قطارها با قطارهای معمولی ۵ دسیبل می باش که عدد کمی نیست. قطارهای فوق سریع الکترومغناطیس خواستار بودجه هنگفتی برای به تولید رسیدن هستند، ولی می توان این هزینه را با هزینه ساخت قطار های معمولی و یا فرودگاه مقایسه کرد. ولی واقعیت دیگری نیز در مساله اقتصادی این قطارها وجود دارد، هزینه کمتر نگهداری و تعمیر این قطارها نسبت به قطارهای معمولی می باشد که همین یکی از نکات مثبت آنها به حساب می آید.
قطار سریع السیر شانگهای با هزینه ۱.۲ میلیون دلار ساخته شده و هزینه هر مسافر ۶ دلار برآورد شده است. این قطار روزانه توانایی جابجایی ۲۰.۰۰۰مسافر را داراست.

32038_329

فناوري مگلو در حال حاضر
اولين حمل و نقل مگلو بيش از يك قرن پيش پايه‌گذاري شد ولي اولين استفاده‌‌ي تجاري از آن در شانگهاي (چين) به سال ۲۰۰۲ مورد بهره‌برداري قرار گرفت. اين طرح را كشور آلمان به عهده داشت. حط مشابهي يك سال بعد (۲۰۰۳) مورد بهره‌‌برداري قرار مي‌گيرد. خط شانگهاي در حال حاضر تا ايستگاه لوونگ‌يانگ در مركز شهر و فرودگاه پودونگ كشيده شده است. اين سفر با سرعتي حدود ۴۳۰ كيلومتر در ساعت، ۱۰ دقيقه‌ طول مي كشد، در حالي كه اين فاصله‌ي ۳۰ كيلومتري با ماشين يك ساعت طول مي‌كشد.

كشورهاي متعددي در حال بهره‌برداري از اين نوع قطارها هستند، ولي چين همچنان تنها كشوري است كه اين طرح را به‌صورت تجاري مورد استفاده قرار می دهد.

 

برای آشنایی بیشتر با  تکنولوژی مگلو حتما تریلر اختصاصی زیر رو مشاهده نمایید

جهت دانلود قسمت کامل این ویدیو بر روی لینک زیر کلیک نمایید

 

منابع:

Infrastructure Design, Signalling and Security in Railway ,Dr. Xavier Perpinya

پایگاه مگلو ایران (Iran maglev technology)

سایت انجمن آکوستیک و ارتعاشات آمریکا(AAS)

ویکی پدیا

 

 

 

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میثم نجفی ارشادی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید