Транспортный магнитный подвес с диамагнитной стабилизацией положения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Ховрич, Вячеслав Алексеевич

• Ховрич, Вячеслав Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ховрич, Вячеслав Алексеевич

Введение, обзор существующих транспортных систем. Цель работы

2. Решение полевой задачи для системы подёеса с постоянным магнитом и высокотемпературными сверхпроводниками

2.1. Постановка задачи

2.2. Выбор метода расчёта магнитной цепи

2.3. Построение расчётной линии возврата и определение коэффициента собственного рассеяния постоянного магнита

2.3.1. Построение расчётной линии возврата

2.3.2. Определение коэффициента собственного рассеяния постоянного магнита

2.4. Расчёт магнитной цепи системы подвеса

2.4.1. Составление исходных уравнений

2.4.2. Порядок расчёта магнитной цепи

3. Учёт реакции высокотемпературного сверхпроводника в расчётах магнитной цепи

3.1. Основные допущения, используемые при описании реакции высокотемпературного сверхпроводника

3.2. Модель состояния ВТСП в магнитном п'оле

3.3. Определение потерь мощности, выделяемых в ВТСП

3.3.1. Определение гистерезисных потерь

3.3.2. Определение вихревых потерь

4. Разработка математической модели колебаний экипажа пригородного сообщения с магнитным подвесом

4.1. Основные допущения, используемые при исследовании динамики подвижного состава

4.2. Определение полной мощности и полной энергии магнитной цепи системы подвеса

4.2.1. Составление исходных уравнений для определения потенциальной энергии подвеса

4.2.2. Определение суммарной магнитной энергии одного магнита подвеса

4.2.3. Определение суммарных колебаний энергии и потерь мощности одного магнита подвеса

4.3. Определение параметров рессорного подвешивания исследуёмой системы подвеса

5. Экспериментальное исследование модели системы подвеса 95 5.1. Экспериментальное исследование магнитной цепи, содержащей постоянные магниты

5.2. Определение силы левитации высокотемпературного сверхпроводника

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Транспортный магнитный подвес с диамагнитной стабилизацией положения»

Цель работай.

В последнее время объём перевозок существенно возрос, что способствовало развитию новых скоростных транспортных систем, преимущественно колёсных. Но результаты исследований [20] (см. табл. 1.1) показывают, что у колёсного транспорта появился серьёзный конкурент—-бесколёсный высокоскоростной наземный транспорт (ВСНТ), который удовлетворяет практически всем требованиям, предъявляемым к современному транспорту.

Таблица 1.1

Сравнение основных видов городского транспорта

Показатели ВСНТ с МП Метро Скоростной трамвай Трамвай Трол лей-бус Автобус Открйтое метро и скоростная железная дорога

Средняя СКРрОСТ-Ь сообщения, км/ч 60+120 40 25 16 18 20 45

Удельные энергозатраты, Вт- ч пасс'км 160 120 125 225 210 210 100

Вредные выбросы в окружающую среду — — - —• — — Выхлопные газы —

Шум, ДО 60 90 95 75 75 100

Капитальные вложения, млн. руб. (на 1990 г.) 6 25 12 1,5 0,6 0,4 8

Приведённые затраты, млн. руб. (на 1990 v.) 100 200 170 170 — 135 130

Тем более что в ряде крупных городов метро с колёсным подвижным составом не справляется с существующим пассажиропотоков [8] и [9]. По этой причине мнения специалистов относительно конструкции скоростного подвижного состава разделились.

В настоящее время прорабатываются две основные концепции развития наземного транспорта: бесколёсный транспорт с электромагнитным или электродинамическим подвесом и линейным двигателем [20] и [69], а также скоростные колёсные поезда [47].

Пока нет единой устоявшейся точки зрения относительно этих двух направлений. Опыт развития ведущих в этом отношении стран показывает, что и в том и в другом случае не-" обходимо строить отдельные пути сообщения или совершенств вовать уже существующие. Скоростные колёсные транспортные системы достаточно успешно осуществляют коммерческие перевозки в таких государствах как Франция, Германия, Италия, Испания, Япония, Швеция, Англия и многих других странах. И, скорей всего, в ближайшем будущем колёсный транспорт, которому присущи серьёзные недостатки, не будет полностью вытеснен бесколёсным. А общая тенденция в развитии транспорта—строительство бесколёсных транспортных систем на наиболее загруженных участках перевозок грузов и пассажиров.

С ростом скорости уменьшается величина сцепления колеса с рельсом и увеличивается сопротивление движению [6Ь [В], [18], [20], [25], [47], [69], в результате максимальная скорость движения колёсного пассажирского состава ограничена на уровне 300 км/ч [25].

Таблица 1.2

Сравнение пассажирских высокоскоростных поездов

Наименование параметров ICE Trans rapid -Об TGV Atlantic ETR 500 AYE N 2000 PEN-DOLI -NO

Сила тяги при тро-гании, кН 400 560 210 400 220 160 190

Коммерческая скорость, км/ч 300 400 300 300 300 210 250

Тяговая мощность при максимальной скорости, МВт 9,6' 18 8,6 8,8 8,8 3,3 6,25

Потребление электроэнергии, кВТ'Ч поезд-км 36,4 51,7

Длина поезда, м 358 260 237 326 200 140 237

Масса тары поезда,т 786 394 447 586,6 393 320 403

Полезная нагрузка,т 58 69 43 53,4 28 23 37

Масса поезда брутто, т 844 463 490 640 421 343 440

Число мест для пассажиров 650 810 485 600 321 254 416

Удельный расход электроэнер- Вт-ч ГИИ, -■—:- пасс-км 49,2 60 59,1 48,9 91,4 61,9 60,1

Удельная масса, т/место 0,99 0,46

Коммерческий показатель , % 8 17,5 9,6 9,1 ■м 7,2 9,2

Уровень шума от движущегося поезда, ДБ 94 84

На расстоянии 25 м При 300 км/ч

При 400 км/ч — 95

Внутри вагона при 300 км/ч 73 63

Конструкция пути Плиты Эстакада

Стоимость 1 км пути, млн. нем. марок 17,2 16,7

При такой скорости коммерческий показатель лучших колёсных поездов не превышает 10%, в то время как у

Transrapid-Об" он составляет 17,5% (см. табл. 1.2), что позволяет говорить о большой перспективе развития бесколёсного ВСНТ.

Особое значение ЁСНТ имеет в жизни крупных городов и их пригородов. По данным работ [8] и [9] пассажирский транспорт ряда крупных городов, которому свойственны такие недостатки, как 'низкий комфортsи скорость, повышенное загрязнение среды и значительное потребление нефтепродуктов, а также высокая аварийность, уже сейчас не справляется со своими задачами. Анализ воздуха в крупных городах показывает, что концентрация токсичных примесей непрерывно возрастает и приближается к пределу для жизни людей. В то время как в ВСНТ с магнитным подвесом вредные выбросы в окружающую среду отсутствуют.

Настоящим бедствием для населения, живущего вблизи скоростных магистралей, стал нескончаемый шум транспорта (уровень шума под полом подвижного состава достигает 100 дБ) . В бесколёсном подвижном, составе отсутствуют основные источники возникновения шума при движении железнодорожного транспорта: колёсная пара (как несущий элемент), вращающийся тяговый двигатель и редуктор для передачи тягового усилия, что позволяет уменьшить уровень шумового воздействия почти в два раза.

Таким образом, применение линейного двигателя и системы подвеса позволяют понизить уровень шумового воздействия, снизить практически до нуля неподрессоренную массу подвижного состава (уменьшается динамическое воздействие на путь)/ уменьшить сопротивление движению поезда, сократить удельный расход Электроэнергии, снизить до минимума выбросы вредных веществ в атмосферу [8], [9], [11].

В настоящее время выделились три основные тенденции в развитии ВСНТ: городской пассажирский транспорт, пригородное сообщение и магистральные поезда.

В Германии для междугородних сообщений создана система Transrapid-07 (модификация Transrapid-06, см. рис.1.1) с электромагнитным подвесом и линейным синхронным двигателем с длинным статором. Этот поезд на полигоне длиной 30,5 км развил скорость движения свыше 400 км/ч.

В Японии разработаны системы: HSST с электромагнитным подвесом и линейным асинхронным двигателем для сообщения „город-—аэропорт", MLU-003 с электродинамическим подвесом и линейным синхронным приводом со сверхпроводящими обмотками для междугороднего сообщения(см. рис. 1.2).

Рис.1.1. Поезд с электромагнитным подвесом и линейным синхронным приводом Transrapid-06

Рис.1.2. Поезд с электродинамическим подвесом и линейным синхронным приводом со сверхпроводящими обмотками MLU-003

Опыт создания скоростного транспорта (в том числе и бесколёсного) показывает, что качество подвижного состава существенно зависит от системы подвеса. А в ряде случаев именно система подвеса является основным препятствием в реализации того или иного проекта [2], [3]/ [8]-г [12], [17], [18], [20], [22], [30], [44], [49], [53], [69].

В традиционном железнодорожном подвижном составе колесо выполняет сразу несколько функций: опора, направление движения экипажа и передача тяговых усилий (движитель ). Подбором соответствующих упруго-диссипативных элементов можно добиться устойчивого движения колёсного транспортного средства в некотором диапазоне скоростей движения [45], [47].

Таким образом, „система подвеса" колёсного транспортного средства может быть „пассивной" (неуправляемой).

В бесколёсном подвижном составе контакт элементов экипажа с путевым полотном при движении поезда в рабочем диапазоне скоростей недопустим, поэтому требуется надёжная система подвеса и система управления подвесом для каждого вагона.

По данным работ [10], [11], [20], [41], [46], [49] и [58] на сегодняшний день наиболее эффективными системами подвеса бесколёсных пассажирских поездов являются устройства, основанные нй действии электромагнитного поля [20] (см. табл. 1.3).

Несмотря на многообразие исследованных типов и большое число схем подвеса, на практйке добиться больщих удельных подъёмных сил в сочетании с динамической устойчивостью системы! в большом диапазоне скоростей движения экипажа удалось пока применительно к электромагнитному и электродинамическому типам подвеса. Однако эти типы подвеса обладают и существенными недостатками:

1)электромагнитный подвес: a)наличие сложной системы управления подвесом; b)принудительное охлаждение электромагнитов; c)большие расходы на обслуживание системы управления электромагнитов подвеса (номинальный зазор 10 мм предъяви ляет высокие требования к точности аппаратуры);

2)Электродинамический подвес: a)левитация экипажа возможна только при скоростях движения свыше 8б-*-100 км/ч; b)использование дорогостоящих высокоэффективных бортовых рефрижераторных установок для охлаждения низкотемпературных сверхпроводников жидким гелием; c) применение специальных экранов для защиты салона экипажа от сильных магнитных полей (индукция в воздушном зазоре составляет 3*5 Тл).

ТаОлица 1.3

Основные принципы подвеса (левитации) тел

Тип под- Источник Подве- Принцип Источни- Основ- Основное веса поля шиваем подвеса ки по- ные недосмое те- (левита- требле- досто- татки ло ции) ния энергии инства

Магнит- Постоян- Ферро- Взаимодей- Трение Просто- Подвес ный под- ные маг- магне- ствие по- та под- динамивес ниты тик (магнит) люсов магнитов веса чески неустойчив

Электро- Регули- Ферро- Магнитные Создание Подвес Сложная магнит- руемый магне- силы при- магнит- при лю- система ный под- электро- тик тяжения ного по- бой управлевес магнит (магнит) ля скорости ния

Электро- Сверх- Корот- Взаимодей- Создание Просто- Сила лединами- проводя- козамк- ствие на- поля с та сис- витации ческий щий нутые ведённого высокой темы зависит подвес электро- контуры поля с ос- индукции управ- от скомагнит новным ления рости

Индукци- Электро- Элек- Взаимодей- Создание Просто- Большие онная магнит с тропро- ствие нес- поля вы- та сис- потери опора током водящее ведённого сокой темы от вихвысокой тело поля с ос- частоты подвеса ревых частоты новным токов

Кондук- Провод- Элек- Взаимодей- Создание Возмож- Большой ционный ник с тропро- ствие внешнего на сис- расход подвес током в водящее внешнего и собст- тема электромагнит- тело поля с венного подвеса энергии ном поле собственным йолей и левитации

Диамаг- ; Постоян- Диамаг- Выталкива- Создание Просто- Малая нитный ный маг- нетик ние диа- магнит- та сис- сила леподвес нит магнетика полем ного поля темы витации

Сверх- Сверх- Сверх- Выталкива- Создание Большая Наличие проводя- проводя- провод- ние СП по- поля, сила жидкого щий под- щий маг- ник лем охлажде- левита- хладавес нит (СП) ния СП ции гента

Электрод- Электро- Элек^ Взаимодей- Трение Высокая Малая статиче- статиче- тропро- ствие за- ско- сила ский ские водящее ряженных рость подвеса подвес контакты телоч полюсов регулирования

В работе [17] была предложена принципиально новая система подвеса, являющаяся комбинацией магнитного и сверхпроводящего подвеса (см. табл. 1.3). Магнитное поле в замкнутой магнитной цепи систему подвеса создаётся высокоэнергетическими редкоземельными постоянными магнитами тцпа фенебор Dy-Nd-Fe-B. Между полюсами постоянных магнитов и путевой структурой возникает сила притяжения. Ме-таллокерамический высокотемпературный сверхпроводник типа Y-Ba-Cu-О создаёт силу выталкивания под действием магнитного поля в зазоре ферромагнитного шунта' путевой структуры. Варьируя параметрами системы подвеса можно добиться устойчивого положения равновесия при номинальном зазоре. По данным работы вице-президента Академии наук Российской Федерации К.В. Фролову [22] при соответствующем подборе параметров колебания системы подвеса на основе высокотемпературного сверхпроводящего магнита относительно положения равновесия могут быть асимптотически устойчивыми. ТО есть, подобную систему можно применять для подвеса скоростных пассажирских -поездов. Рассматриваемая система подвеса устраняет недостатки и сочетает в себе преимущества электромагнитного и электродинамического типов подвеса, позволяющие использовать новый принцип левитации для подвеса бесколёсных пассажирских подвижных составов:

1)устойчивый подвес прй любой скорости движения;

2)устраняется потребность в применении сложной системы управления подвеской, так как устойчивость обеспечивается за счёт реакции системы на возмущение со стороны пути;

3)отсутствие энергопотребления при реализации подвеса (левитации);

4)возможность использования пассивной защиты для экранирования электронного оборудования и салона вагона от электромагнитных Нолей (поле в воздушном зазоре порядка 0,6*1 Тл);

5)использование высокотемпературной сверхпроводимости не требует применения громоздких и дорогостоящих рефрижераторных установок для охлаждения идеальных диамагнитных тел.

Актуальность темы.

Увеличение объёмов перевозок побуждает к созданию новых технологичных и эффективных транспортных систем.

Особое место в развитии высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ) имеет исследование системы подвеса транспортного средства. Существующие системы подвеса обеспечивают стабилизацию поезда с линейным приводом либо за счёт применения сложной системы управления (электромагнитный подвес), либо за счёт использования дорогостоящих высокоэффективных бортовых рефрижераторных установок для охлаждения низкотемпературных сверхпроводников жидким гелием (электродинамический подвес).

На сегодняшний день одним из перспективных направлен ний в исследовании бесколёсного подвижного состава является разработка систем подвеса на базе высокоэнергетических постоянных магнитов с диамагнитной стабилизацией положения высокотемпературными сверхпроводниками. Подобные устройства обладают меньшими массогабаритными показателями по сравнению с электромагнитной подвеской, не требуют применения сложных устройств регулирования и используют азот вместо гелия для охлаждения магнитов. Возможность применения на пассажирском подвижном составе с линейным приводом самостабилизируемых систем подвеса яйляется одной из актуальнейших задач современного этапа развития высокоскоростного наземного транспорта.

Цель работы.

Разработка математической модели Системы магнитного подвеса пассажирского поезда с диамагнитной стабилизацией положения высокотемпературными сверхпроводниками с последующим определением основных характеристик подвеса в установившемся режиме.

Основные задачи: выбор метода расчёта магнитной цепй; определение параметров постоянного магнита и коэффициента собственного рассеяния полюсов; расчёт магнитной; цепи с постоянными магнитами;

-—разработка модели состояния высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) в магнитном поле; определение потерь мощности, выделяемых в диамагнитных элементах;; составление исходных уравнений для определения полной мощности и полной энергии магнитной цепи системы подвеса; определение параметров первичной ступени подвешивания бесколёсного поезда; экспериментальное исследование магнитной цепи с постоянными магнитами и определение силы левитации ВТСП.

Методы исследований.

Математическая модель системы магнитного подвеса поезда с диамагнитной стабилизацией положения высокотемпературными сверхпроводниками разработана на основе решения полевой задачи, базирующейся на использовании графоаналитического метода в сочетании с методом пропорциональных величин.

Учёт влияния шунтирующих полей на решение задачи проводилось на основе построения упрощённой дйухмерной полевой структуры*

При определении реакции взаимодействия диамагнетиков с магнитным полем была использована микроскопическая теория для низкотемпературных сверхпроводников применительно к высокотемпературным сверхпроводникам.

Экспериментальные исследования были выполнены на статическом стенде, позволяющем исследовать величину поля в воздушном зазоре и определить силу левитации, развиваемую диамагнетиком.

Научная новизна.

Основу математической модели системы прдвеса поезда составляют не результаты Экспериментов, что чаще всего применяется при исследовании нелинейных систем, а анализ кривых намагничивания (размагничивания) материалов магнитной цепи.

Определение суммарной силы взаимодействия системы подвеса с путевой структурой проводилось не на основе интегральных выражений, а через определение энергетического состояния магнитной цепи при изменении воздушного зазора.

Практическая ценность.

Методика расчёта магнитной цепи может быть использована цри определении параметров постоянного магнита (линия возврата и Коэффициент собственного рассеяния Полюсов) , а так же при исследовании механических колебаний магнитного подвеса поезда.

Мрдель состояния ВТСП позволяет исследовать изменение потока в цепи, содержащей диамагнитные элементы, и определять силу левитации высокотемпературного сверхпроводника типа Y-Ba-Cu-Ю, помещённого во внешнее магнитное поле, при температуре жидкого азота (77°К или -19б°С).

Известные параметры первичной ступени рессорного подвешивания вагона могут быть иОпользованы при исследовании механических колебаний экипажа с исследуемой системой подвеса.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Ховрич, Вячеслав Алексеевич

Выводы по четвёртой главе.

С учётом этого представленный в П.4. материал следует рассматривать только как один из этапов в разработке математической модели колебаний экипажа с линейным приводом

R2k ^ ' Г2к " ( GSk = 8.sSk.(-l J

Значения коэффициентов Ra и магнитным подвесом. В рамках этого этапа были рассмотрены следующие вопросы.

1.Получены исходные выражения (4.41) и (4.44) для составления и решения уравнений механических колебаний подвижного состава [47].

2.Рассмотрено влияние элементов магнитной цепи на определение суммарной энергии и суммарных потерь мощности системы подвеса без учёта вихревого поля (см. П.4.2.): решение задачи статики было использовано при решении задачи динамики [2], [3], [20], [30], [49], [68].

3.Определена суммарная сила взаимодействия одного магнита подвеса с путевой структурой (см. рис.4.5).

4.Выбран тип рессорного подвешивания экипажа с линейным приводом (см. П.4.3.).

5.Вследствие сложности и неопределённости решения поставленной задачи [22] (см. П.4.1.) исследование колебаний системы подвеса с постоянными магнитами и высокотемпературными сверхпроводниками ограничено определением параметров первичной ступени подвешивания (см. П.4.З.).

Кроме того, в работе изложен один из возможных подходов к определению качества магнитного подвеса подвижного состава при отдельном рассмотрении электромагнитных, механических и тепловых процессов подвески— одночастотный критерий плавности хода (см. Прил.Б.).

Для подтверждения основных положений, используемых при разработке математической модели подвески экипажа (см. П.2., П.З. и П.4.), было проведено экспериментальное исследование системы подвеса поезда на основе постоянных магнитов и высокотемпературных сверхпроводников с помощью физической модели (см. П.5.).

5. Экспериментальное исследование модели системы под

ВФОЭ» •

Создание и экспериментальное исследование физических моделей подвеса транспортных средств является одним из основных этапов в проектировании новых и совершенствовании существующих транспортных систем [8], [9]. Задачей данного этапа является выявление и устранение основных различий в закономерностях, полученных теоретически с помощью математических моделей и по результатам опытов. Если эти различия окажутся большими, то использовать имеющуюся модель для описания исследуемой системы без внесения соответствующих изменений нельзя [52], [53]. В этом случае необходимо скорректировать эту модель в соответствии с результатами экспериментов [34], [35].

Кроме того, на этапе моделирования выявляются основные показатели (масса, габариты, используемые материалы, потребление энергии, условия эксплуатации, ожидаемый эффект внедрения и т. д.), служащие базой для экономической оценки и последующего создания опытных образцов исследуемых систем, то есть, решается вопрос: имеет ли практическое значение продолжение исследования рассматриваемого устройства [27], [28], [52].

В одной работе получить исчерпывающий ответ на все вопросы практически невозможно. Поэтому настоящая глава посвящена лишь части экспериментального исследования системы подвеса на основе постоянных магнитов и высокотемпературных сверхпроводников, а именно: проверка работы подвески в статическом режиме [73].

Основу математической модели колебаний бесколёсного подвижного состава с линейным приводом составляют результаты расчёта магнитной цепи и определения энергетического состояния высокотемпературного сверхпроводника (см. П.4.). Экспериментальному подтверждению основных теоретических предположений, использованных при расчёте магнитной системы с ВТСП, и будет посвящена настоящая глава.

5.1. Экспериментальное исследование магнитной цепи, содержащей постоянные магниты.

Рассмотрим простейшую магнитную цепь, состоящую из источника поля в виде постоянных магнитов, магнитопровода и воздушного зазора (см. рис.5.1).

Согласно изложенной в П.2.4. методике расчёта цепи для рассматриваемой магнитной системы с постоянными магнитами можно изобразить двухмерную картину распределения полей на плоскости, моделирующую реальную полевую структуру (см. рис.5.2).

Рис.5.1. Магнитная цепь, содержащая постоянные магниты ф8 ф8

Рис.5.2. Распределение полей в магнитной цепи

Для того чтобы получить экспериментальное подтверждение или опровержение рассматриваемой в работе методики расчёта магнитной цепи с постоянными магнитами, необходимо по данным магнитных измерений построить реальную картину полей, определить фактические значения потоков Ф8, Фом, ФС8, фстд И сравнить их с расчётными [3], [7], [12],

33], [35], [39], [41], [55]. Подобная процедура требует очень точного „пространственного" определения индукции и сопряжена с большим объёмом вычислений, так как в рассматриваемом случае непосредственно измерить величину потока практически невозможно [51], [53], [54]. То есть, в этом случае погрешность измерения потоков будет определяться точностью измерительной аппаратуры и шагом замеров. Если результирующая погрешность окажется соизмеримой с величиной рабочего поля, то оценивать точность теоретических вычислений можно только приближённо [36], [64].

По данным работ [14], [15], [16], [46], [51], [60] погрешность расчётов магнитной цепи, базирующихся на решении одномерной полевой задачи, можно определять по известному значению индукции в рабочем воздушном зазоре В6 .

Как правило, неоднородность поля в рабочем воздушном зазоре невелика, то есть, величина В5 практически не зависит от координаты замера индукции в зазоре [60]. А использование современных магнетометров позволяет достаточно точно определять значение индукции по сравнению с измерениями потока [71], [72].

Из параметров, оказывающих наибольшее влияние на распределение магнитных полей, можно выделить объём постоянных магнитов и параметры воздушного зазора [14], [35].

Варьировать параметрами воздушного зазора в системе, изображённой на рис.5.1, достаточно трудно из-за малой величины зазора ам, В таких случаях обычно проводят исследование магнитной цепи при изменении параметров постоянных магнитов [33], [40], [51], [68].

Соединив последовательно вдоль направления оси намагничивания магнитотвёрдого материала один за другим несколько постоянных магнитов, можно дискретно изменять суммарную длину магнита. Исследование зависимости величины индукции в рабочем воздушном зазоре от длины постоянных магнитов позволит оценить пригодность использованной в работе методики расчёта магнитной цепи для моделирования магнитного подвеса систем.

Источником магнитного поля в описываемом опыте являлись постоянные магниты типа фенебор Dy6 - Ndlx - Fe75 - В8 с коэрцитивной силой 654 кА/м и остаточной индукцией 0, 946 Тл [62]. Основные геометрические размеры магнитной цепи приведены в табл.5.1

Заюдочение.

В работе затронута одна из актуальнейших на сегодняшний день проблем развития транспорта— разработка новых и совершенствование существующих способов подвеса/левитации скоростных пассажирских поездов. По сути, эта проблема является одним из этапов в решении глобальной задачи— переход от колёсного транспорта к бесколёсному подвижному составу, что в конечном итоге должно привести к увеличению КПД транспортной сети в целом.

В рамках этой задачи в работе была проведена разработка, а так же исследование системы подвеса с помощью редкоземельных постоянных магнитов с замороженным полем высокотемпературных сверхпроводников, которая устраняет недостатки и сочетает в себе преимущества электромагнитного и электродинамического типов подвеса:

1)независимость подвеса от скорости движения поезда;

2)отсутствие сложной системы управления подвеской;

3) минимальное потребление электроэнергии;

4)использование пассивной защиты для экранирования электронного оборудования и пассажирского салона;

5)небольшие размеры и масса системы охлаждения.

Представлена методика расчёта исходных параметров постоянного магнита, основанная не на экспериментальном, а на теоретическом исследовании магнитотвёрдого материала.

Рассмотрен метод расчёта магнитной цепи системы подвеса, базирующийся на построении простейшей картины двухмерного безвихревого поля магнитной цепи с последующим переходом к решению одномерной полевой задачи графоаналитическим методом в сочетании с методом пропорциональных величин.

На базе микроскопической теории, использованной применительно к высокотемпературным сверхпроводникам, была разработана модель состояния ВТСП в системе подвеса с постоянными магнитами, в которой сверхпроводник рассматривается как однородный материал с постоянным значением объемной критической плотностью тока.

В отличие от общепринятых подходов представлена методика расчёта потерь мощности, выделяющихся в объёме ВТСП под действием внешнего поля, базирующаяся на отыскании объёмной мощности магнитных потерь через решение полевой задачи в предположении, что транспортный ток является эквивалентным вихревым током.

Разработана математическая модель колебаний экипажа с магнитным подвесом и диамагнитной стабилизацией положения (определены параметры первичной ступени подвешивания и суммарная сила системы подвеса), основанная на определении энергетического состояния магнитной цепи при колебаниях воздушного зазора.

На базе одночастотного критерия плавности хода была проведена оценка качества подвеса пассажирского подвижного состава с помощью представленной подвески, а также определены потери диамагнитных элементов и минимально необходимая мощность рефрижераторных установок для охлаждения высокотемпературных сверхпроводников вагона.

Экспериментальная проверка основных положений, используемых при исследовании магнитного подвеса с диамагнитной стабилизацией положения системы высокотемператур-^ ными сверхпроводниками, показала высокую сходимость результатов измерений с расчётными значениями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ховрич, Вячеслав Алексеевич, 2000 год

1. Клименко.-—> М.: Мир, 1985.— 405 с.71. — Физический энциклопедический словарь/ Под ред.