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创新原理应用论文班级：机械0902姓名:李强学号：200904000113指导教师：戴庆辉机械系统的代替之磁悬浮列车机械系统替代原理是TRIZ(发明问题解决理论)40条创新原理的第28条。TRIZ对机械系统替代原理的解释是:“利用物理场或其它的形式、作用和状态来代替机械的相互作用、装置、机构及系统。”它包括用一切非机械的作用如电、磁、光、热、声、化学等对机械作用的替代。下面针对机械系统用电场、磁场以及电磁场完成与物体的相互作用：磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油，污染少等优点。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。磁悬浮列车捷运系统是自第一条铁路建设以来在列车技术领域内第一项本质上的创新。它的无接触技术，以电子器件代替机械部件，首次突破了由轮轨所确定的技术及经济界限。磁悬浮运捷系统相比其它的铁道系统在运行中更安静，省电并更经济。它不会脱轨，在所有的速度范围内都很舒适，磁悬浮运捷系统的轨道占地少，并可灵活选线。磁悬浮列车既没有轮子，轴，也没有传动装置。它不是行驶，而是悬浮。在轮轨系统中的轮与轨的位置代替的是无接触的电磁的支撑，导向与驱动系统。由电子控制的支撑磁铁将列车自下拉上轨道方，导向磁铁保证列车两侧靠近轨道。支撑与导向磁铁安置在整个机车的两侧。一个高度冗余设计的电磁控制系统保证列车在与轨道相距10mm距离上悬浮。一个同步长定子线性电机为磁悬浮列车进行驱动与制动。它的工作原理可以通过旋转电机来说明，当将其定子间断并安装在轨道下面，这时它产生的是一个移电磁的移动磁场而不是旋转磁场。转动支撑磁铁相当于电机的转子（励磁机）。列车速度是通过改变交流电三相电流的频率进行无级控制。一旦改变移动磁场的力乡，电机将成为发电机，从而对机车实施无接触的制动。刹车的能源可以返供回电网储存。在轨道上的长定子线性电机被分割为单独的可开关段，通常总是对列车通过的区段供电。捷运列车不需要受电弓。在具有较强推力的电机段（如，上坡或加速）其变电站功率的配电强于在水平路段，即列车匀速行驶的路段。由于驱动系统主要是安装于轨道上，磁悬浮列车不必象其它交通系统那样，电机总功率须满负荷行驶。支撑与导向系统供电由与支撑磁铁一体的线性发电机提供。若出现断电的情况，则由车载蓄电池支持。车载电池在列车行驶中由线性发电机充电。加速到300km/h所需的线路长度。磁悬浮较大的速度优势建筑在其加速的性能。加速到300km/h，它只需要5km的距离。而现代高速列车却需要长于30km的路程并至少需要相当于磁悬浮4倍的时间。由于其加速能力，磁悬浮系统不仅限于用于长途干线，同时也特别应用于中断土，或者居住密度高、车站间距离小的线路上。作为灵活的交通系统，磁悬浮也可以在居住区附近为降低噪音的排放，在一个很短的时间内减速，而不会对旅行时间产生影响。磁悬浮单线或双线轨道都是由单根的钢制或混凝土的轨道梁（长度为6-62m）构成。轨道梁可以为地面或高架轨。在双轨情况下，两轨中间点的间距为4.4米（速度小于300km/h）或者5.1米（速度小于500km/h）。轨道的净空界为10.1米，或11.4米，轨道宽度为2.8米。轨道的转换是通过钢制可弯曲道岔完成的。它们是一个78-148米长连续的钢梁，其弹性弯曲是通过一个电动机械的驱动装置实施的。在直置的道岔上，车辆的行驶速度是没有限制的，而在弯曲设置时，车辆的通过速度为200km/h(快速道岔)或100km/h(慢行道岔)。长度：首尾车：27米中间车厢长度：24.8米宽：3.7米高：4.2米高度设计：500km/h客车每节净重：约53吨货车每节净重：约48吨货车每节载重：约15吨客车首尾车座席：最多92座客车中间车厢座席：最多126座悬浮运捷列车系统是所有已知交通系统中最灵活的。它可以用于连接大都市的中、长途干线，也可以用于短途的机场快线或区域间的交通。在高密度的居住区，磁悬浮意味着最少的的额外负担。它更安静，消耗更少的能源，即可运客也可运货，且在既有的结构下，具有美化环境的应用。依据客流量的要求，列车编组可以灵活选择：由2节到10节。运捷列车不但可以运客，而且也可以运货。在快速货物运输时可采用特别的货运车厢。这种车厢也可以与客运车厢结合在一起。在磁悬浮列车上，人们会比在其它的交通工具中更安全。因为它的车体环抱轨道，从而不可能脱轨。同时，没有其它系统与磁悬浮轨道相交。与其它的交通系统相比较，磁悬浮列车的轨道与其它附属设施对占地的要求小。一条为建造磁悬浮轨道所需的道路，不必要保留用于系统安全及维护的考虑。由于其选线参数的优势（高爬坡，倾角而带来的更小半径）磁悬浮的轨道可灵活一地势情况安排，且通常与现有的交通道路结合。这样，不同于现代轮轨高速列车（较低的爬坡能力，较大的转弯半径），磁悬浮也可以与现有的交通公路结合选线。磁悬浮列车有许多优点：列车在铁轨上方悬浮运行，铁轨与车辆不接触，不但运行速度快，能超过500千米／小时，而且运行平稳、舒适，易于实现自动控制；无噪音，不排出有害的废气，有利于环境保护；可节省建设经费；运营、维护和耗能费用低。它是21世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前，我国和日本、德国、英、美等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验，即将进入实用阶段，运行时速可达500千米以上。到目前可以讲，磁悬浮列车轨道技术在中国，磁悬浮列车技术仍在德国，引进产品是引进不来技术的。我国的轮轨铁路技术有近百年的历史，形成了专门从事机车设计、科研创新的产业大军，拥有数十年设计、制造、运营、维修配套的四十多万人的产业链。磁悬浮技术掌握在少数专家、教授手中，是不具备应用条件的。磁悬浮列车需要高架，高架梁的绕度必须小于1毫米，因此，高架桥跨一般要小于25米，桥墩基础要深30米以上。因此，在上海到杭州的地面上要形成一道200多公里的挡墙。此外，由于运行动力学的影响，轨道两侧各100米内是不允许有其他建筑物的。修建沪杭磁悬浮，占地多，对环境影响比较大。磁悬浮列车的缺点：2006年，德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞，报道称车上共29人，当场死亡23人，实际死亡25人，4人重伤。这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，不如轮轨列车。在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。因为列车要从动量很大降到静止，要克服很大的惯性，只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动摩擦是很危险的。此外，磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在5米高处救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。总之任何新技术的引进与应用不仅要考虑到技术、经济、先进性等因素，还要考虑到其与使用者的自身相关利益。在这些综合条件下的考虑下做到最合理的应用。随着科学技术的进步，许多更新的技术将会运用到各行各业，进一步提高人民的生活质量。