قطار شناور مغناطیسی
تألیف و ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع:راسخون
توسعه‌ی اقتصادی هر کشور، ترقی روزافزون مردمش، و کارایی ارتباطات آن به طور تنگاتنگی به یک‌دیگر وابسته‌اند. از این رو راه آهن و گسترش شبکه‌ی آن – به عنوان جزئی از ساختار ترابری – نقشی قطعی در رشد صنعتی کشورهای پیش‌رفته‌ی صنعتی در یکی دو قرن اخیر بازی کرده است. از زمانی که نخستین راه آهن جهان در سال 1825 میلادی بین دو شهر استاکتن و دارلینگتون احداث شد همواره دانشمندان و مهندسان در راه سریع‌تر، راحت‌تر، و ایمن‌تر نمودن سفر با قطار کوشیده‌اند. پیشرفتهای زیادی انجام گرفته است، اما در عین حال معلوم شده است که پیش‌رفتِ هرچه بیش‌تر در این نوع سیستم حمل و نقل که مبتنی بر اصطکاک میان چرخ‌های فولادی و ریل‌های فولادی است به محدودیت‌های فنی و اقتصادی نزدیک می‌شود. با آگاهی از این محدودیت‌ها، و با توجه به پیشرفت علم و فن در شاخه‌های گوناگون، یافتن راه حل‌های جدید وسعت یافت و مطالعات به سوی طرح یک سیستم شناور که در عین حفظ مزایای حمل و نقل ریلی از تکنیک‌های پیش‌رفته نیز بهره‌مند باشد سوق داده شد. فعالیت‌های نخستین با ساخت و آزمایش خودروهای هوارو در سال 1864 میلادی در فرانسه آغاز گشت. ایده‌ی شناور نمودن وسیله‌ی نقلیه بر روی بالشتک هوای متراکم، مورد استقبال قرار گرفت و به زودی پیش نمونه‌های آزمایشی یکی پس از دیگری در کشورهایی چون فرانسه مورد آزمایش قرار گرفتند. سرعت‌هایی بی‌سابقه در حمل و نقل به دست آمد و به زودی طرح‌هایی اغراق‌آمیز در استفاده از خودروهای هوارو به عنوان وسایل نقلیه‌ی عمومی مطرح شد. اما واقعیت این است که استفاده از متراکم کننده‌های هوا نه تنها بسیار پرهزینه است بلکه حتی استفاده از آن در وسیله‌ی نقلیه‌ای به ابعاد یک قطار، غیر ممکن است. از طرف دیگر، پیش‌رانی این نوع خودروها توسط سیستم پرمصرف، پرسروصدا، و آلودگی‌زای موتور جت تأمین می‌شود. به این ترتیب و به مرور زمان، گستره‌ی استفاده از این نوع خودروها به نمایش‌گاه‌ها محدود شد: در ابعاد مدل‌های نمایشی – و نه قطارهای قابل بهره‌برداری – و برای انتقال تفریحی مردم. سیر تحقیقات، سرانجام به پایه گذاری یک تکنولوژی نوین در صنعت حمل و نقل انجامید. از سال 1935 میلادی که هرمان کمپر آلمانی، بنیان گذار ترابری مغناطیسی، اختراع خود، یعنی شناوری مغناطیسی (Magnetic Levitation Technology) را رسماً به ثبت رساند، مبانی اساسی تکنولوژی شناوری مغناطیسی شناخته شد، اما توانایی‌های فنی و صنعتی، پیشرفت این تکنولوژی را تنها در طی چهل سال اخیر ممکن نموده است. در این مدت پژوهش‌ها و آزمایش‌های گسترده‌ای صورت گرفته و سیستم‌های متفاوتی به وجود آمده‌اند، اما اساس همه‌ی آن‌ها تکنولوژی شناوری مغناطیسی است. در این مقاله پروژه‌ی ترانس راپید (Transrapid) در این رابطه مورد بررسی قرار می‌گیرد.
عموماً سال 1969 میلادی به منزله‌ی سال تولد سیستم ترانس راپید محسوب
می‌شود. این تحول مقارن با زمانی بود که دولت فدرال آلمان، مطالعات وسیعی
را با عنوان راه آهنی سریع و با قابلیت بالا آغاز کرد. نتایج حاصل از این
مطالعات، همگان را متوجه نیاز به توسعه‌ی ترانس راپید نمود. از این رو
وزارت پژوهش و تکنولوژی فدرال، مسئولیت راهبری و پشتیبانی این سیستم را تا
رسیدن به مرحله‌ی بهره برداری به عهده گرفت. در همان سال، طراحان،
اندیشه‌های جدید خود را با آزمودن یک مدل آزمایش‌گاهی محک زدند. این
وسیله‌ی شناور که از پیش‌رانی موتور خطی آسنکرون بهره می‌بُرد نام ترانس
راپید-1 را به خود گرفت و اکنون به عنوان نخستین وسیله‌ی شناور مغناطیسی در
موزه‌ی آلمان نگهداری می‌شود. ترانس راپید-02 نخستین پیش نمونه‌ی
سرنشین‌داری بود که در سال 1971 میلادی به سرعتی معادل صد و چهل و شش
کیلومتر در ساعت دست یافت.برای مقایسه‌ی شناوری مغناطیسی با تکنیک بالشتک هوا، در سال 1972 میلادی، ترانس راپید-03 با سیستم شناوری بر هوای فشرده، به سرعت صد و پنجاه و سه کیلومتر در ساعت رسید. در این زمان بود که متخصصان آلمانی برای همیشه تکنیک هوای فشرده را به نفع شناوری مغناطیسی کنار گذاردند. یک سال بعد نمونه‌ای دیگر با دست‌یابی به سرعت دویست و پنجاه و چهار کیلومتر در ساعت، قابلیت‌های واقعی یک قطار شناور مغناطیسی را نشان داد. این وسیله‌ی هجده تُنی بر مسیری به طول دو هزار و پانصد متر مورد آزمایش قرار گرفت. 1975 میلادی، سالی بود که به کارگیریِ نخستین تأسیسات آزمایشیِ دارای پایانه برای ترانس راپیدها در شهر کاسل آغاز شد. سپس خط تولیدی برای ساخت استاتور و کابل سه فاز موتور خطی به کار افتاد. تا این زمان فعالیت‌های پراکنده‌ای توسط شرکت‌ها و دانشگاه‌های آلمانی صورت گرفته بود که ثمره‌ی آن‌ها نیز چند پیش نمونه‌ی دیگر بود. ترانس راپید-05 با دریافت مجوز حمل و نقل، به پنجاه هزار نفر از بازدید کنندگان نمایش‌گاه بین المللی هامبورگ (1979 میلادی) این امکان را داد تا برای اولین بار سفری کوتاه را با ترن شناور مغناطیسی تجربه کنند. از آن پس، شناوری مغناطیسی به منزله‌ی یک سیستم حمل و نقل به طور جدی مطرح شد و غول‌های صنعتی آلمان با تشکیل یک کنسرسیوم بزرگ، برای پیش‌برد این سیستم متحد شدند. این کنسرسیوم برای آزمایش ترانس راپید، پروژه‌ی عظیم ساخت و تکمیل تأسیساتی در مقیاس وسیع را در امزلاند به پایان رساند.
ششمین ترانس راپید در ابعادی متفاوت با نمونه‌ها پیشین (54 متر طول، 102 تن وزن، و گنجایش 196 نفر) توسط کنسرسیوم ترانس راپید ساخته شد. ترانس راپید-06 با بهره‌جویی از امکانات فنی تأسیسات امزلاند، به ویژه مسیر سی و یک و نیم کیلومتری آن، و نیز به مدد پیشرفتهای بنیادین دیگری که صورت گرفته بود رکورد جهانی سی‌صد و دو کیلومتر در ساعت را در اوت 1984 میلادی به جای گذاشت. تا این مرحله تنها وزارت پژوهش و تکنولوژی فدرال درحدود چهار صد و شصت میلیون مارک هزینه کرده بود. با تأسیس شرکتی جدید (MVP) توسط راه آهن فدرال، هواپیمایی آلمان (لوفت‌هانزا)، و یک انستیتوی پژوهشی، برای آزمایش پیوسته‌ی این قطار ، نه تنها سرعت، بلکه سیستم‌های ایمنی و پارامترهای اقتصادی آن بهبود یافتند. و نیز از آن جا که این سیستم برای بهره‌برداری عملی (و نه فقط آزمایش) در نظر گرفته شده بود، حرکتی جدید برای سیاست گذاری و پیوند شناوری مغناطیسی به منزله‌ی یک سیستم حمل و نقل به ساختار ترابری موجود در جهان شروع شد (1985 میلادی). ترانس راپید-06 در ژانویه‌ی 1988 میلادی با به جا گذاشتن رکورد ایده‌آل خود یعنی چهارصد و دوازده کیلومتر در ساعت، تأسیسات آزمایشی امزلاند را ترک گفت و جای خود را به قطار جدیدترِ ترانس راپید-07 داد. ترانس راپیدهای بعدی هم آمدند به گونه‌ای که ترانس راپید-09 به سرعت پانصد کیلومتر در ساعت دست یافت. در حال حاضر سرعت هشتصد و پنجاه کیلومتر در ساعت نیز توسط ترانس راپید حاصل شده است. پیشرفت این صنعت البته به دلیل گران بودن نسبی و نیز خیلی طولانی نبودن مسیر، با اعتراض‌ها و موانعی چندی نیز رو به رو بوده است و در حال حاضر غیر از خود آلمان این قطار تنها در چین (شانگهای) راه اندازی شده است.
قطار شناور مغناطیسی با سه سیستم تعلیق، هدایت، و پیش‌رانیِ الکترومغناطیسیِ بدون تماسِ خود شناخته می‌شود. تکنیک به کار رفته، ترکیب، و چگونگی آرایش هندسیِ این سه سیستم، به یک تقسیم‌بندی کلی در قطارهای مغناطیسی انجامیده است. اساس عمل‌کرد سیستم‌های تعلیق و هدایت عبارت است از ربایش میان مغناطیس‌های الکتریکی در قطار از یک طرف و ریل‌های فرومغناطیسی و قاب استاتور که در مسیر تعبیه شده‌اند از طرف دیگر. مغناطیس‌های تعلیق قطار (در لبه‌ی زیرین)، قاب استاتور بلندی را که در مسیر (ریل) قرار دارد (بالای لبه‌ی زیرین مذکور) جذب می‌کنند و قطار را (که به لبه‌ی بالایی وصل است) از زیر به بالا می‌کشند. یک سیستم کنترل الکترونیکی (فیدبک)، فاصله‌ی هوایی را به طور پیوسته اندازه‌گیری می‌کند تا قطار در سطح ثابت ده میلی‌متری شناور باقی بماند.
مغناطیس‌های هدایت در دو طرف قطار با ربایش ریل فرومغناطیسی که به ریل
واکنش معروف است و به مسیر متصل است از انحراف قطار جلوگیری می‌کنند و
هدایت حرکت آن را در امتداد مسیر تأمین می‌نمایند. هر یک از مغناطیس‌های
تعلیق یا هدایت به انضمام تجهیزات الکترونیکی خود یک چرخ مغناطیسی خوانده
می‌شود. هسته‌ی مغناطیس‌ها به شکل U است و از آهن ساخته شده است. ریل
(واکنش) نیز از آهنی با مقاومت الکتریکی بالا ساخته شده است تا اتلاف ناشی
از جریان‌های فوکو به حداقل برسد. طول هر مغناطیس هدایت 533ر1 متر و نیروی
اسمی آن نُه هزار نیوتون است. مغناطیس تعلیق، سه عمل را در عین حال به
انجام می‌رساند: تعلیق، پیش‌رانی، و انتقال انرژی الکتریکی. این مغناطیس با
میدانی طولی به همراه سیم پیچی سه فاز تعبیه شده در دندانه‌های قاب
استاتور، یک موتور الکتریکی سنکرون خطی را تشکیل می‌دهد.قطب‌های اصلی مغناطیسی تعلیق، هم‌چنین سیم پیچی یک ژنراتور خطی را شکل می‌دهند. در طی حرکت قطار، یک ژنراتور خطی به عنوان نتیجه‌ای از دندانه‌های قاب استاتور با شاری متغیر جفت می‌شود (شکل زیر). این عمل، ولتاژی هم‌سو شده را در سیم پیچ ژنراتور خطی القا می‌کند تا علاوه بر شارژ باتری‌های چهارصد و چهل ولتی، انرژی الکتریکی تجهیزات قطار را تأمین کند. عمل شارژ در سرعت صد و پنجاه کیلومتر در ساعت آغاز می‌شود، و در سرعت‌های پایین‌تر، انرژی ذخیره شده در باتری‌ها، برای تعلیق، فرود، و نیز رسیدن به سرعت صد و پنجاه کیلومتر در ساعت یا ترمز از این سرعت، کفایت می‌کند.
همان طور که اشاره شد پیش‌رانیِ منحصر به فرد قطار شناور مغناطیسی توسط موتور سنکرون خطی تأمین می‌شود که جزئی از آن را مغناطیس‌های تعلیق در قطار (رتور)، و جزء دیگر را سیم پیچ سه فاز واقع در مسیر (استاتور) تشکیل می‌دهند. موتور سنکرون (موتور همگام) که نوعی از موتورهای جریان متناوب است به جای استفاده از شیوه‌ی معمولِ تغییر قطب‌های استاتور، از جریان متناوبی که دائماً شدت و جهتش در تغییر است بهره می‌گیرد و به این ترتیب میدانی دوار از قطب‌های شمال و جنوب به وجود می‌آید که متناسب با فرکانس (یا بسامد( جریان متناوب است. موتور سنکرون، با سرعت ثابت همگامی متناسب با فرکانس برقِ ac کار می‌کند.
موتور سنکرون خطی قطار مغناطیسی نیز عمل‌کردی مشابه دارد، با این تفاوت که در ابعادی وسیع و با ویژگی‌هایی بی‌مانند ساخته شده است. این برای اولین بار است که برای پیش‌رانی، به جای استفاده از موتور الکتریکی در داخل قطار، خود قطار به‌عنوان جزئی از یک موتور الکتریکی غول پیکر ایفای نقش می‌کند. در این موتور سنکرون خطی، تماس مکانیکی بین استاتور و روتور (مسیر و قطار) به صفر رسیده است چرا که حتی انرژی لازم برای سیستم‌های تعلیق و هدایت و تجهیزات داخلی قطار – همان طور که گفته شد – از طریق ژنراتورهای خطی در مغناطیس‌های تعلیق (بدون تماس) القا می‌شود و قطار نه به کلکتور جریان (پانتوگراف در قطارهای برقی) نیاز دارد و نه به سیم‌های انتقال برق. سرعت قطار، درواقع هم‌چون سرعت موتور سنکرون، و توسط تغییر ولتاژ و فرکانس موج متحرک مغناطیسی با جریان سه فاز، کنترل می‌شود.
دو قسمت مجزای قطار (در ترانس راپید 06 و 07) نسبت به تمام درجات مکانیکی
آزادی، مستقلاً عمل می‌کنند به جز در جهت حرکت. هم‌چنین انتقال انرژی به
دو سیستم مستقل تقسیم شده است. از طرف دیگر، زیر سیستم‌های مرکزی نیز طراحی
شده‌اند که در یک زمان بر روی قطار عمل می‌کنند. سیستم کنترل و اطلاعات
قطار نیز در ترازی بالاتر، «زیر سیستم مرکزی» محسوب می‌شود. دو رده تعلیق
فنری برای تأمین حداکثر راحتی در نظر گرفته شده‌اند. کابین مسافران با
فنرهای پنوماتیک بسیار نرمی بر چهار شاسی شناور شده است (تعلیق ثانوی).
بنابراین لازم است میزان آزادی گردش محوری در مقابل نیروهای مقطعی باد و
نیروهای شعاعی در پیچ‌ها تثبیت گردد. این عمل به وسیله‌ی یک سیستم هیدرولیک
در رده‌ی تعلیق ثانوی انجام می‌گیرد که هم‌چنین زاویه‌ی گردش کابین در
پیچ‌ها را کنترل می‌کند. بنابراین مسافرین، تنها اندکی از شتاب طبیعی را
احساس می‌کنند. مغناطیس‌ها توسط فنرها و اجزایی موسوم به اجزای مهار کننده
نسبت به شاسی شناور می‌شوند. هر شاسی هشت چرخ مغناطیسی تعلیق را حمل
می‌کند.بازده اقتصادی، ایمنی، و سازگاری محیطی، پارامترهایی هستند که در طراحی مسیر وسیله‌ی حمل و نقلِ پرسرعت و مدرنی چون ترانس راپید در نظر گرفته می‌شوند. قطار پرسرعت مغناطیسی در طول یک مسیر دو خطه به سوی مقصد خود حرکت می‌کند. در صورت لزوم مسیر را می‌توان در سطح زمین بنا کرد اما عموماً در ارتفاع پنج متری از سطح زمین ساخته می‌شود. چون در این سطح، هیچ تقاطعی وجود ندارد و قطار شناور مغناطیسی، به رغم سرعت‌های سرسام‌آورِ حرکتش، کاملاً ایمن است. در زیر این مسیر مرتفع، فضای کافی برای عبور و مرور مردم و گذر اتوموبیل‌ها وجود دارد. به همین دلیل می‌توان مسیر را به راحتی از میان مزارع نیز گذراند. در نتیجه، تخریبی از این بابت متوجه محیط زیست نمی‌شود. هر واحد از مسیر به صورت پیش ساخته، از فولاد یا بتُن تهیه و بر ستون‌هایی به فاصله‌ی بیست و پنج تا سی و یک متر از یک دیگر نصب می‌شوند. متخصصان، طرح مسیرهای دو منظوره (در سطح زمین) را که قابل استفاده برای قطار مغناطیسی و قطار معمولی است در دستور کار خود داشتند. این مسیرها، همان مسیر متعارف قطار مغناطیسی است که ریلی برای راه آهن بر روی آن کشیده شده است تا در نواحی پرجمعیت شهری مورد استفاده قرار گیرد.
خط گردان‌های قطار شناور مغناطیسی نشانه‌ای دیگر از روش‌های بسیار پیشرفتهای است که در این سیستم مورد بهره برداری قرار می‌گیرند. در تأسیسات آزمایش ترانس راپید در امزلاند، دو نوع خط گردان مورد استفاده قرار گرفت، خط گردانِ سرعتِ کم و خط گردانِ سرعتِ بالا. خط گردان‌ها به وسیله‌ی جک‌های هیدرولیک تنها در بیست ثانیه مسیر را عوض می‌کنند. این عمل به کمک ریز پردازنده‌ها و تحت نظر مرکز فرمان، کنترل می‌شود.
قطار مغناطیسی، در سرعت‌های بالای پانصد کیلومتر در ساعت، قادر به حمل و نقل مسافر و بار در مسافت‌های میان برد و دور برد است. پیش از این، چنین قابلیتی تنها در انحصار هواپیما بود. این قطار نه تنها سریع است بلکه از ایمنی و راحتی زیادی نیز برخوردار است. به لطف تعلیق، هدایت، و پیش‌رانیِ بدون تماس، ترانس راپید به نرمی و بدون نوسان حرکت می‌کند، و از آن جا که قسمت تحتانی قطار، مانند کشو در مسیر جفت می‌شود نمی‌تواند به سادگی از مسیر خارج شود. هزینه‌ی تولید و نصب مسیر، تقریباً نود درصد کل هزینه‌ها را شامل می‌شود. این هزینه بیش از سیستم‌های معمولی راه آهن نیست. مسیر ترانس راپید می‌تواند پیچ‌هایی با شعاع کم‌تر (3600 متر برای سرعت 400 کیلومتر در ساعت) داشته باشد. هم‌چنین توان این قطار در بالا رفتن از شیب‌ها زیاد است و مسیر آن را می‌توان چند متر بالاتر از سطح زمین ساخت. بنابراین، ترانس راپید از تونل‌های پرهزینه، حصارها، و تقاطع‌ها معاف است. چون سیستم‌های تعلیق، هدایت، و پیش‌رانی، بدون هیچ‌گونه تماسی هستند، پس استهلاک (فرسایش) مکانیکی به حداقل می‌رسد و هزینه‌ی تعمیر و نگهداری تا میزان زیادی کاهش می‌یابد.
همان ویژگی‌هایی که قطار شناور مغناطیسی را مقرون به صرفه می‌سازد، آن را با محیط زیست سازگار می‌کند. قطار شناور مغناطیسی، آلودگی صوتی نمی‌آفریند، و چون با نیروی الکتریسیته حرکت می‌کند پس محیط زیست مجاور مسیر را با دودهای خروجی یا مواد سمی آلوده نمی‌کند. قطار مغناطیسی، خلأ محدوده‌ی سرعت‌ها و مسافت‌هایی را که برای هواپیما، بسیار کوچک و برای اتوموبیل، بسیار بزرگ است پر می‌کند و انتظار می‌رود که در آینده به یکی از عمده‌ترین وسابل حمل و نقل بدل شود.
مطالب مشابه :
مراسم تودیع و معارفه روسای قدیم وجدید دانشگاه آزاد داراب برگزار شد
به گزارش خبرنگار داراب آنلاین صبح امروز مراسم تودیع و معارفه روسای پیشین و سرپرست جدید دانشگاه آزاد اسلامی واحد داراب با حضور دبیر منطقه یک دانشگاه آزاد
تاریخچه و سابقه تاسیس
از مهر ماه 1372 مدرسه راهنمایی سما واحد داراب با نام غیرانتفاعی امام سجاد (ع) با تعداد 30نفر ... این واحد آموزشی کار خود را در مکان کلاسهای دانشگاه آزاد اسلامی و با کمترین
قطار شناور مغناطیسی
علوم و مهندسی پلیمر دانشگاه آزاد داراب - قطار شناور مغناطیسی - علوم و مهندسی پلیمر دانشگاه آزاد اسلامی داراب.
افتخارات
سمانه پاکیزه خو پرستاری آزاد داراب طیبه شریعتی پرستاری آزاد داراب ... پرستاری آزاد داراب کریم پاکیزه خو کارشناسی ناپیوسته مهندسی بهداشت محیط دانشگاه دولتی
طرح جامع شهر داراب :
طرح جامع شهر داراب : محقق: شهدخت صفري. استاد راهنما : جناب مهندس سیدحمیدرضا طبیبی. شناخت تاريخچه : داراب يكي از شهرهاي قديمي فارس با نام قبلي دارابگرد يا
جدیدترین اخبار داراب
دبير کانون دانشجويي هلال احمر دانشگاه آزاد داراب با اشاره به آشنايي خوب و مناسب مردم داراب با فعاليت هاي هلال احمر به دليل قدمت و پيشينه حضور اين نهاد بشر دوستانه
عکس هایی از طبیعت داراب
داراب يولداش - عکس هایی از طبیعت داراب - تاریخی ..اجتماعی .. فرهنگی. ... صنایع دستی گردشگری داراب · دانشگاه آزاد داراب ... وحيد (عكس داراب ) · ************** · دانشگاه
اعتراض محمد باقر مهاجر به یک انتصاب عجیب
به گزارش خبرنگار داراب آنلاین عصر امروز شنبه 29 تیرماه راس ساعت 18 مراسم ... مهاجر دکترای تاریخ معاصر ایران اسلامی و عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد داراب
هفتادمين سالگرد تأسيس باغ ملي راپاس بداريم (2)
تا اين زمان همه خيابانهاي داراب و از جمله خيابان محمد رضا شاه و حواشي باغ ملي خاكي بودند و روزانه توسط رفتگران جهت ... و تلفن خانه و شهرباني و زندان و مدارس شهر آزاد و بهار در حاشيه شرقي و بانك كشاورزي در حاشيه جنوبي آن قرار داشتند. .... دانشگاه آزاد داراب
دوره HSE-MS شهرستان داراب
نام دوره : مدیریت ایمنی، بهداشت محیط زیست HSE-MS. زمان دوره : 20 اسفندماه (چهار شنبه). مکان برگزاری : دانشگاه آزاد داراب. ساعت شروع کلاس : 8:30 صبح تا 16:30 عصر.
برچسب :
دانشگاه آزاد داراب