【文章內(nèi)容簡介】 導(dǎo)磁材料）相斥并保持在槽口中線可懸浮運(yùn)行，電磁導(dǎo)向可實(shí)現(xiàn)零磨擦運(yùn)行，機(jī)械向能接近零磨擦。 永磁懸浮應(yīng)用在交通優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，它阻力系數(shù)約為滾動阻力的1/10，在100km/h運(yùn)行速度內(nèi)與汽車能耗比為1：10。 永磁懸浮交通與有軌交通有著一樣的安全性、永磁懸浮高度是工作在某區(qū)間近似彈簧受力狀態(tài)的一種自由穩(wěn)定懸浮。電磁懸?。ㄈ缟虾腋〗煌?、日本超導(dǎo)懸浮列車方案）是不穩(wěn)定懸浮。要靠復(fù)雜的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)懸浮，即使控制做得非常完善也不能保證永無保障，永不失磁，永磁懸浮能實(shí)現(xiàn)永不失磁。 永磁懸浮交通設(shè)備結(jié)構(gòu)就是電磁軌道與車體永磁條組件、永磁懸浮技術(shù)創(chuàng)新就是改變磁懸浮高技術(shù)、高制造成本、高精度難實(shí)施變?yōu)橐话慵夹g(shù)，低制造成本容易實(shí)施與普及推廣大。永磁磁懸浮是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”?？茖W(xué)家將“磁性懸浮”這種原理運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車，時速可達(dá)幾百公里以上。這就是所謂的“磁懸浮列車”，亦稱之為“磁墊車”。由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是 利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計的電動力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁 鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。 磁懸浮列車與當(dāng)今的高速列車相比，具有許多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)： 由于磁懸浮列車是軌道上行駛，導(dǎo)軌與機(jī)車之間不存在任何實(shí)際的接觸，成為“無輪”狀態(tài)，故其幾乎沒有輪、軌之間的摩察，時速高達(dá)幾百公里； 磁懸浮列車可靠性大、維修簡便、成本低，其能源消耗僅是汽車的一半、飛機(jī)的四分之一； 噪音小，當(dāng)磁懸浮列車時速達(dá)300公里以上時，僅相當(dāng)于一個人大聲地說話，比汽車駛過的聲音還??； 由于它以電為動力，在軌道沿線不會排放廢氣，無污染，是一種名副其實(shí)的綠色交通工具。20世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了3個載人的氣墊車試驗系統(tǒng)，它是最早對磁懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸浮列車技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。1969年，德國牽引機(jī)車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車模型，以后命名為TR01型，該車在1km軌道上的時速達(dá)165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個里程碑。在制造磁懸浮列車的角逐中，日本和德國是兩大競爭對手。1994年2月24 日，日本的電動懸浮式磁懸浮列車，在宮崎一段74km長的試驗線上，創(chuàng)造了時速431km的日本最高紀(jì)錄。1999年4月，日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車在試驗線上達(dá)到時速552km。德國經(jīng)過近20年的努力，技術(shù)上已趨于成熟，已具有建造運(yùn)用的水平。原計劃在漢堡和柏林之間修建第一條時速為400km的磁懸浮鐵路，總長度為248km，預(yù)計2003年正式投入營運(yùn)。但由于資金計劃問題，2002年宣布停止了這一計劃。我國對磁懸浮列車的研究工作起步較晚，1989年3月，國防科技大學(xué)研制出我國第一臺磁懸浮試驗樣車。1995年，我國第一條磁懸浮列車實(shí)驗線在西南交通大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動控制和載人等時速為300km的試驗。西南交通大學(xué)這條試驗線的建成，標(biāo)志我國已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車的技術(shù)。然而，標(biāo)志著我國成為世界上第一個具有磁懸浮運(yùn)營鐵路的國家。磁懸浮軸承①磁懸浮軸承工業(yè)應(yīng)用磁軸承主要應(yīng)用對象有低軌道地球衛(wèi)星和航天器中的超真空泵、中子粉碎機(jī)、衛(wèi)星慣性飛輪和能量存儲飛輪、姿態(tài)控制飛輪、火箭引擎透平泵、制冷透平泵、環(huán)狀懸浮定位系統(tǒng)以及反射鏡的驅(qū)動機(jī)械裝置等。隨著現(xiàn)代工業(yè)對加工精度要求的不斷提高以及機(jī)床轉(zhuǎn)速的增加，傳統(tǒng)的滾動軸承和靜壓軸承均已明顯地不能滿足對支承的要求，其中尤以噪聲、振動、發(fā)熱及使用壽命的問題更為突出。另外，在傳統(tǒng)的軸承中，供油系統(tǒng)是必不可少的。這不僅使結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，同時又產(chǎn)生了諸如污染等問題?？尚业氖巧鲜鰡栴}在采用了磁軸承以后，均能獲得圓滿解決。法國的S2M公司在數(shù)百臺機(jī)床上成功地應(yīng)用了磁軸承，包括各種高精度車床、銑床和磨床，而磨床方面的應(yīng)用尤為突出。在一般工業(yè)生產(chǎn)中第一個裝有磁軸承的是德國LeybolHeraeus公司發(fā)明的渦輪機(jī)驅(qū)動的真空泵，其額定轉(zhuǎn)速達(dá)30,000r/min，工作氣隙直徑90mm，轉(zhuǎn)子重7kg，高真空、高轉(zhuǎn)速、長壽命。在輕工業(yè)中，磁軸承主要應(yīng)用于渦輪分子真空泵、離心機(jī)液態(tài)泵、紡織機(jī)主軸、小型低溫壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)光學(xué)境主軸、旋轉(zhuǎn)陽極射線管、中子分選器等。法國研制成功一臺冶金實(shí)驗用的小型超高速離心機(jī)，其轉(zhuǎn)速達(dá)800,000r/min。在重工業(yè)中，磁軸承也得到了應(yīng)用。德國ABB公司采用磁軸承系統(tǒng)研制成功第一臺大型核能用部件，即MALVE實(shí)驗循環(huán)器，其轉(zhuǎn)子重2噸，功率400kw。由于磁軸承具有獨(dú)特的優(yōu)良性能，在能源工業(yè)中，特別是核能技術(shù)的研究中，它將發(fā)揮越來越大的作用。此外，磁軸承在航海技術(shù)、紡織技術(shù)、醫(yī)療器械、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、噴氣機(jī)、電度表、機(jī)器人技術(shù)、振動控制等方面都得到了應(yīng)用。②磁懸浮軸承國內(nèi)外發(fā)展概況磁軸承的發(fā)展與研究一直受到國內(nèi)外工業(yè)界的廣泛關(guān)注。自1988年起，國際上每兩年舉行一屆磁軸承國際會議，交流和研討該領(lǐng)域的最新研究成果。目前較為活躍并處于領(lǐng)先地位的主要有瑞士聯(lián)邦工學(xué)院(ETH)，美國Maryland大學(xué)和Virginia大學(xué)、日本東京大學(xué)和英國Sussex大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，以及法國S2M、瑞士IBAG、英國Glacier、美國Avcon、MTI、Satcon等生產(chǎn)廠家。磁軸承在國外有較長的研究歷史，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段：1969年，法國軍部實(shí)驗室(LRBN) 開始磁懸浮軸承研究，1972年將第一個磁懸浮軸承應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)向器飛輪支承上；美國在1983年11月搭載于航天飛機(jī)的歐洲空間實(shí)驗艙采用了磁懸浮軸承真空泵；1995年，日本精工精機(jī)公司在意大利國際機(jī)床博覽會上展出了采用了磁軸承主軸的機(jī)械加工中心MV40B。法國SEP公司的磁懸浮軸承產(chǎn)品，轉(zhuǎn)速范圍0800,000r/min，轉(zhuǎn)子直徑14600mm，單個軸承承載能力3,000～50,000N， 使用溫度范圍253～450℃。美國FederalMogul公司生產(chǎn)的磁軸承轉(zhuǎn)速在400～120,000r/min，最大線速度可達(dá)264m/s，軸向承載222kN，徑向承載80kN。從目前國外的應(yīng)用狀況來看，在高速旋轉(zhuǎn)和高精度的應(yīng)用場合，磁軸承具有極大的優(yōu)越性，并已逐漸成為應(yīng)用的主流。 我國對磁軸承的研究起步于80年代，國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)等均開展了相應(yīng)的研究。1994年，清華大學(xué)機(jī)電與控制實(shí)驗室研制成功臥式五自由度磁軸承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速高達(dá)53,200r/min，1997年成功進(jìn)行了內(nèi)圓磨削實(shí)驗，1999年實(shí)現(xiàn)了數(shù)控，轉(zhuǎn)速高達(dá)50,000r/min， 回轉(zhuǎn)精度lμm。1996年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功數(shù)控機(jī)床用高剛度磁力軸承主軸，主軸轉(zhuǎn)速20,000r/min，磨頭端部剛度20N/μm，軸承處徑向靜剛度169N/μm，主軸運(yùn)動誤差小于25μm，目前，正致力于磁軸承衛(wèi)星飛輪應(yīng)用技術(shù)的研究。同時，西安交通大學(xué)研制成功用于渦輪膨脹機(jī)的磁軸承系統(tǒng)。但到目前為止，開發(fā)的多數(shù)產(chǎn)品還處于實(shí)驗室階段，而且在承載剛度和承載能力方面距離大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離。國外磁軸承的價格十分昂貴，而且處于技術(shù)上保密的原因，不對國內(nèi)進(jìn)行小批量磁軸承的出售。磁軸承能否產(chǎn)業(yè)化，其發(fā)展速度和水平關(guān)系著民族工業(yè)的前途，其市場潛力也非常巨大。 本文的主要內(nèi)容本課題題目是永磁磁懸浮演示裝置，其原理如圖所示，A為與動子相連的某一永磁體，1~3為與A相鄰的定子磁陣列上的永磁體。當(dāng)動子由于外力從圖4中的位置下沉，則永磁體A也下沉。從圖4中的極性可以看出，永磁體A將受到永磁體2向上的吸引力，同時受到永磁體3向上的斥力，這向上的吸力和向上的斥力的共同作用阻止A下降，也就是阻止動子下降。反過來當(dāng)動子受到外力（如振動）而向上運(yùn)動，則動子磁陣列也向上運(yùn)動。這時永磁體A受到永磁體2向下的吸力，同時受到永磁體1向下的斥力，這兩個力的共同作用阻止永磁體A上升，也就是阻止動子上升。所有動子永磁體受到的作用力和A類似，從而使動子懸浮，并且阻止動子下振動。 圖14 永磁磁懸浮原理第二章 磁懸浮演示裝