鐵路系統(tǒng)一直以來都是我們出行的主要選擇,高速、安全、舒適成為當(dāng)今高速鐵路技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn),減輕動(dòng)車組車輛自重、提高動(dòng)車組速度是鐵路工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。為達(dá)到這一目標(biāo),有一種材料被應(yīng)用到了高鐵列車的大大小小許多部件中,你知道是哪種材料嗎?答案就是復(fù)合材料!
說到復(fù)合材料在鐵路部件中的應(yīng)用,就不得不說, 復(fù)合材料在列車上的應(yīng)用分類了!
復(fù)合材料在列車上的應(yīng)用按承力特征大致可分為兩類:復(fù)合材料非主承力件和復(fù)合材料主承力件。顧名思義,主承力件即為主要要承擔(dān)列車力的部件;非主承力件的主要功能就不是承擔(dān)力啦!
首先,我們來了解復(fù)合材料在非承力件中的應(yīng)用,為了高速鐵路的發(fā)展各個(gè)國家不約而同換上了復(fù)合材料非承力件。
日本 新干線使用的高速客車中,玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)復(fù)合材料主要使用在車窗內(nèi)飾框、洗漱間、廁所、小便池、水箱、集便箱、車前頭蓋板、雙層客車兩端車頂板、空調(diào)風(fēng)道的天花板以及餐車空調(diào)蓋板的側(cè)天花板等部位。
為減少受電弓周圍的空氣動(dòng)力噪聲,在車頂上安裝的受電弓罩也是采用GFRP材料制造。200系東北、上越新干線客車采用蜂窩夾層材料制造地板、中間間壁門等。
法國 TGV高速列車也大量采用纖維增強(qiáng)塑料(FRP)制造地板、墻板、門窗框架、座椅和車門等。采用FRP制造這些構(gòu)件,除重量輕外,還具有易于設(shè)計(jì)、減輕維修作業(yè),以及可采用整體成型降低成本等優(yōu)點(diǎn)。
此外,廁所用玻璃鋼地板,整體衛(wèi)生間在國外已較普及,既解決腐蝕問題,又達(dá)到減輕重量的目的。
意大利 ETR500型高速列車上,所有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)邊墻、天花板和行李艙都使用了高比剛度復(fù)合材料夾層板——兩層Tedlar聚氟乙烯塑料薄層中夾有Nomex蜂窩芯材玻纖酚醛層壓板;歐洲之星列車也使用酚醛蜂窩板做其內(nèi)部結(jié)構(gòu)件。
英國 的鐵路部門通過試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),選擇芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料做受電弓頭,其性能非常令人滿意。近年來,復(fù)合材料還被用做抗沖擊部件,并且取得了很好的試驗(yàn)結(jié)果。
復(fù)合材料在主承力件上面的應(yīng)用也非常廣泛,下面我們來探究一下復(fù)合材料在主承力件上面的應(yīng)用!
列車司機(jī)室、車體和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等作為列車的大型承力構(gòu)件,在整車結(jié)構(gòu)重量中占有較大比例,車體部分自重占車輛自重的15%~35%,轉(zhuǎn)向架占車輛自重的25%~35%。因此,這些部分是應(yīng)用復(fù)合材料材料的主要研究領(lǐng)域。
高速列車的司機(jī)室
高速列車的司機(jī)室前端外形要制成鼻狀形,既要輕量化,又要耐沖擊,在此FRP獲得了廣泛的應(yīng)用。
英國的125型機(jī)車司機(jī)室的前端是用層壓的FRP板包覆聚氨酯泡沫芯構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu),比鋼制件輕30%~35%,并可耐0.9Kg重方鋼塊以300Km/h速度的沖擊;
意大利ETR500高速動(dòng)力車頭部采用Kevlar纖維和環(huán)氧樹脂模壓成型,其剛性和抗沖擊性良好,列車最高速度達(dá)300Km/h。
復(fù)合材料車頂
復(fù)合材料在車頂蓋上的應(yīng)用能降低車輛的重心,增加車體運(yùn)行的穩(wěn)定性。日本鐵道綜合技術(shù)研究所與東日本客運(yùn)鐵道公司合作,用碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)制成高速列車車頂,該CFRP車頂通過膠粘與鋁合金框架相連,然后再通過焊接與車體上鋁合金側(cè)壁連在一起。試驗(yàn)表明,采用這種車頂?shù)能圀w具有較高的氣密強(qiáng)度和較低的重心,而且每節(jié)車廂減輕約300~500Kg。
復(fù)合材料車體
車體的按工藝不同分為兩種:
1、將厚為2.1mm曲面板與縱梁制成一體,將拉擠成型的CFRP外板鉚接在鋁合金框架上,試制車體長6000mm,寬3300mm,高3290mm,重量為680Kg。
2、熱壓成型制成長1000mm,寬3320mm高3300mm的兩個(gè)半圓形車體,然后互相鉚接在一起,較之鋁合金車體重量減輕30%。
復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架
機(jī)車車輛的轉(zhuǎn)向架是支承車體、保證列車平穩(wěn)運(yùn)行的重要部件,其構(gòu)架是對(duì)強(qiáng)度和耐疲勞性能要求特別高的大型承載構(gòu)件,德國AEG和MBB公司就在聯(lián)邦研究技術(shù)部的支持下,研制出世界上第一臺(tái)復(fù)合材料構(gòu)架的轉(zhuǎn)向架,型號(hào)為HLD-E,設(shè)計(jì)速度200Km/h。繼德國之后,日本也試制成功CFRP轉(zhuǎn)向架構(gòu)架,構(gòu)架自重為0.3t,比普通鋼制構(gòu)架減輕了70%,該構(gòu)架側(cè)梁為CFRP層壓材料疊層結(jié)構(gòu),板厚16.4mm,橫梁采用纏繞成型,最高設(shè)計(jì)速度160Km/h。
復(fù)合材料在高速鐵路中正在應(yīng)用慢慢滲透,隨著科技發(fā)展高鐵很可能實(shí)現(xiàn)“復(fù)合材料全車化”!復(fù)合材料的發(fā)展還會(huì)帶給大家哪些驚喜呢?讓我們拭目以待!(來源:思瑞安復(fù)合材料)
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