中国高速磁悬浮技术助力高速铁路发展

1．上海磁悬浮技术

2003 年，中国建成了世界上第一条磁悬浮列车示范运营线——浦东龙阳路站到浦东国际机场，即上海磁悬浮交通线路。该工程通过中德技术合作，于2001 年 3 月1日在浦东开工建设，西起上海轨道交通2号线的龙阳路站，东至上海浦东国际机场，全长 29.863 km，2002年12月31日实现全线试运行，2003 年 1 月正式商业运行，运营速度一般为 430 km/h，部分时段运营速度300 km/h，全程仅需 8 min，极大地方便了上海市区与浦东机场的旅客运输。上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”磁悬浮列车，利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起来（利用同名磁极相互排斥）。当列车运行20 s后，提速到 100 km/h，4 min后列车达到430 km/h。列车在车厢底部及两侧转向架顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢轨。电磁铁的电流，使电磁铁和轨道间保持 1 cm 的间隙，使转向架和列车间的吸引力与列车重力相平衡，利用磁铁吸引力将列车悬浮起 1 cm，对电磁铁的电流控制精度非常高。此外，一个供电区只能允许一辆列车运行，轨道两侧25 cm处有隔离网，上下两侧有防护设备，曲线半径一般为 8 000 m，最小曲线半径为 1 300 m，轨道全线两侧 50 m 范围内装有隔离装置，如图 6.5 所示。

图6.5　上海浦东磁悬浮列车

2．中国时速 600 km 高速磁悬浮

（1）中车四方高速磁悬浮

2019年5月23日，中国时速 600 km 高速磁悬浮试验样车在青岛下线，标志着中国在高速磁悬浮技术领域实现重大突破。高速磁悬浮列车可以填补航空与高铁客运之间的旅行速度空白，对完善中国立体高速客运交通网具有重大的技术和经济意义。国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项对时速 600 km 高速磁悬浮交通系统进行了部署，其目的是攻克高速磁悬浮核心技术，全面自主掌握高速磁悬浮设计、制造、调试和试验评估方法，研制具有自主知识产权的时速 600 km 高速磁悬浮工程化系统，形成中国高速磁悬浮产业化能力。该项目于2016年7月启动，由中国中车组织，中车四方股份公司具体实施，聚集中国高铁、磁悬浮领域优势资源，联合30余家企业、高校、科研院所组成“联合舰队”共同攻关，包括了中国中车企业14家、其他企业30家、院校16所、科研院所5家。项目团队共计 1 529 人，包括国家重点实验室21个、国家工程研究中心21个、国家工程实验室16个。经过近3 年的技术攻关，课题团队成功突破高速磁悬浮系列关键核心技术，车辆、牵引、运控通信等核心子系统研发取得重要阶段性成果。

围绕高速磁悬浮项目，中车四方股份公司目前正在建设高速磁悬浮实验中心、高速磁悬浮试制中心。试验样车作为高速磁悬浮项目研发的重要环节，是高速磁悬浮的“实车级”试验验证平台。通过试验样车，可对高速磁悬浮关键技术及核心系统部件进行验证和优化。试验样车的下线为后续工程化样车的研制打下了技术基础。试验样车如图6.6所示。

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图6.6　时速 600 km 高速磁悬浮试验样车

（2）西南交通大学高速磁悬浮

2021年1月13日，具有完全知识产权的高温超导高速磁浮工程化样车机试验线在西南交通大学九里堤校区正式启用，这是中国研发的第二款高速磁悬浮列车。该试验线是世界首条高温超导高速磁浮真车验证线，速度可达600～800 km/h，其开跑将为陆地交通带来前瞻性、颠覆性变革。

高温超导磁浮列车技术作为革命性的技术创造，诞生于西南交通大学。西南交通大学从20世纪80年代开始磁浮技术的研制，1997年获批国家863计划项目“高温超导磁悬浮实验车”，正式开展高温超导磁浮车的研究。经过近40年的科研攻关，几代人不懈努力，形成了车载高温超导体-永磁轨道相互作用理论，建立起高温超导磁浮电磁热力多场耦合模型，构建了高温超导磁浮车轨耦合动力学模型，揭示了其高速运行动态悬浮特性变化机理，突破了大载重、高速高温超导悬浮技术，掌握了高温超导高速磁浮列车及其运行系统的设计技术，验证并探索了低真空管（隧）道+高温超导磁浮的可行性和优势，在高温超导磁浮基础理论研究和关键技术创新方面已经形成了优势和基础，具备了工程化的条件。该车采用轨抱车安全结构技术、大载重高温超导磁浮技术、长定子永磁同步直线电机、全碳纤维轻量化车体、低阻力头形、电涡流制动与安全导向一体化等新技术和新工艺，如图6.7所示。

图6.7　西南交通大学高温超导磁浮样车

高温超导磁浮列车技术拥有无源自稳定、结构简单、节能、无化学和噪声污染、安全舒适、运行成本低等优点，适用于多种速度域，尤其适合高速及超高速线路的运行，是面向未来发展、应用前景广阔的新制式轨道交通方式。该技术拟首先在大气环境下实现工程化，预期运行速度目标值大于600 km/h，可望创造在大气环境下陆地交通的速度新纪录。下一步计划将结合未来真空管道技术，开发填补陆地交通和航空交通速度空白的综合交通系统，将为远期1 000 km/h以上速度值的突破奠定基础，从而构建陆地交通运输的全新模式。