Какими должны быть ЖД игрушки?

[Любитель]

Сообщение от Любитель

...В плане реализации - конечно, создание тележки, парящей над рельсами, скорее всего, не выполнимо из-за слишком высоких технических требований при создании электромагнитного потока с расчетными характеристиками,и, как следствие, обеспечения норм электробезопасности при эксплуатации механизма...

Источники постоянного напряжения и тока являются неидеальными.
В.С. Матющенко.Теоретические основы электротехники.Конспект лекций.
ДальнеВосточный Государственный Университет Путей Сообщения. Кафедра “теоретические основы электротехники”.
Линейные электрические цепи постоянного и однофазного синусоидального токов.

https://studfile.net/preview/3015759/

Приближенная оценка значений технических параметров источника напряжения, обеспечивающих действие механизма
левитации может быть получена расчетным путем. Упрощенно рассматриваем груз, как статический объект, парящий
над поверхностью электромагнита.
Предполагаем, что сила отталкивания двух электромагнитов не меньше их силы притяжения(с учетом неоднородности силовых линий).
В качестве опытного значения возьмем груз массой 50 грамм (масса вагончика).

http://www.bolshoyvopros.ru/question...romagnita.html

Предположим, что внутреннее сопротивление батареи 4,5 В находится в диапазоне 0,9-3 Ом (точный расчет - путем измерения тока тестером),
что соответствует току 5-1,5 А

https://dzen.ru/a/YNqdm7syHgFX7qPV

Тогда F=(I*W)^2*μ*S/(2*h^2) {Ньютон}, где F=mg- сила тяжести груза;
I-сила тока в обмотке электромагнита;W-количество витков в обмотке электромагнита;
μ=4π*10^-7~1,25663706*10^-6 Гн/м - магнитная постоянная;S-площадь сечения электромагнита,м^2;
h-величина зазора сердечником и куском металла,м

В.Я.Сыромятников.Электрические аппараты.Курс лекций.Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова
https://studfile.net/preview/1743484/page:9/

Сила тока I в обмотке определяется в зависимости от величины внутреннего сопротивления
источника напряжения и сопротивления катушки.
I=U/(Rи+Rк). Находим Rк=ρ*lср*W/q, где ρ- удельное сопротивление медного провода;
lср=π*(dоб+Dоб)/2 - средняя длина витка;
q-сечение медного провода,выбирается из стандартного допустимого удельного значения тока в проводнике 5А/мм^2.

Примечание.Для простоты собственных расчетов в формулах сохраняется форматирование
диапазона значений, соответствующих возможным значениям внутреннего сопротивления через дефис (не рассматривается,как знак "минус").

Расчетные данные:U=4,5В;Rи=0,9-3Ом;m=50г=5*10^-3кг; F=5*10^-3*9,8~5^10^-2Н;
W=1-10витков;h=1мм-2мм; S=5*5=25см^2=25*10^-4м^2;
lср=3,14*5=15,7см=15,7*10^-2м^2; ρ меди=0,0175 Ом*мм2/м;q~(5-1,5)/5=1-0,3мм^2.

Определяем сопротивление обмотки катушки Rк~0,0175*15,7*5/(1-0,3)=1,4-4,6;
определяем ток в обмотке катушки I=4,5/(0,9-3+1,4-4,6) = 1,96- 0,59А; определяем силу притяжения/отталкивания
F=(1,96-0,59*5)^2*1,25663706*10^-6*25*10^-4/(2*(1-2)^2)=60,3*10^-7Н-5.46*10^-7Н

Итак, полученный результат силы отталкивания 6,03*10^-6Н-0.55*10^-6Н для минимального
зазора 1мм << заданных значений силы тяжести 5^10^-2Н.
Порядка в 10000 раз меньше силы тяжести груза в точке. Увеличение диаметра магнитопровода
и количества витков, приведет к увеличению длины витка, к увеличению общего сопротивления,
равному/повышенному значению силы тока, в конечном итоге, к незначительным изменениям.

Нужно повышать напряжение, количество витков в катушке, магнитную проницаемость-
использовать неодимовый магнит. Зазор - минимально возможный,исходя из условий обеспечения
практической реализации - 1-2мм с учетом неровностей пути в кривых,на подъемах/спусках.

Повышение уровня напряжения + наличие условия расположения питающей шины на уровне
поверхности пути на опорах, приводит к необходимости обеспечения правил электробезопасности при
эксплуатации модели. ИМХО наиболее подходящая - старшая аудитория пользователей 14-16-18 лет и старше,
в качестве опытного образца, испытательного полигона. Для младшей аудитории 8-11 и средней 11-14 лет - жесткое
ограничение по технике электробезопасности.

Сообщение от Любитель

...Изменение точки приложения силы тяжести приводит к повышению
общих требований к прочности, наличию опор...

Опоры пути по типу установки, возможности перемещения, относительно поверхности грунта, могут быть:
- отдельно стоящими конструкциями. Недостаток - нестабильность траектории ж.д.пути, возможность
смещения, реакция на приложение случайных внешних усилий, что приводит к искажениям электромагнитного потока;
- связанными, прикрепляемыми к общему основанию, расположенном параллельно проекции пути
на поверхность грунта, что придает жесткость всей конструкции.

Верхняя часть опоры должна стыковаться с путями, магнитопроводом.
Реалистичность модели достигается с помощью возможности параметризации по вертикали.

Например, конструкция опоры может иметь телескопическую форму, либо изменяется
высота основания опоры, может регулироваться угол наклона плоскости магнитопровода относительно
оси крепления к опоре, аналогично весовым качелям или другое решение для перемещения конструкции по вертикали.

Подвод питания к магнитопроводу - по моему, должен проходить по шине, скрытно расположенной в желобе магнитопровода в потай.

Принцип действия Японского высокоскоростного поезда Maglev.
https://dic.academic.ru/dic.nsf/%20ruwiki/210660

Поезд на магнитной подушке. Курс лекций. Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет
https://studfile.net/preview/3563000/

Статья.Обзор. "Китайский небесный поезд на красных рельсах» как альтернатива метро и трамваю"
https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/689392/

Система магнитной левитации удерживает поезд над рельсами и движет его вперёд.
Поезд фактически плывёт на высоте 5 см над рельсами и движется на воздушной подушке.

Многотонный состав левитирует на высоте нескольких сантиметров.
По моему, высота модели над поверхностью 1-2мм - является оптимальной для беспрепятственного передвижения вагончиков.