在國外,復(fù)合材料已在軌道交通中廣泛應(yīng)用 隨著軌道車輛綜合性能的提高,其使用材料也逐漸發(fā)生了變化。法國國營鐵路公司(SNCF)對于未來的TGV高速列車,考慮到迫切需要進(jìn)一步減輕車體質(zhì)量,認(rèn)為只能采用復(fù)合材料的雙層TGV掛車,并進(jìn)行線路運(yùn)行試驗(yàn),對其耐火性、抗沖擊強(qiáng)度等進(jìn)行運(yùn)行測試。在此前他們對稱作為Tl的輛樣車上進(jìn)行了次計(jì)算模型考核試驗(yàn),證實(shí)了復(fù)合材料車體的制造工藝是有效的,同時(shí)也證實(shí)了復(fù)合材料車體在振動(dòng)性能、透聲性能和絕熱性能方面的優(yōu)點(diǎn),提高了車體的舒適性。他們得出了復(fù)合材料終將取代銷合金的結(jié)論。
樹脂基復(fù)合材料在高速軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用也逐步從車體內(nèi)部裝飾、車內(nèi)設(shè)備等非結(jié)構(gòu)零件材料向車體等結(jié)構(gòu)件延伸和擴(kuò)大。
(1)車廂內(nèi)飾件
日本新干線的高速客車中,采用GFRP (玻璃鋼)制作車窗內(nèi)飾、洗漱間、廁所、小便池、水箱、集便箱、車前頭蓋板:雙層客車兩端頂、兼作空調(diào)風(fēng)道的天花板,餐車空調(diào)蓋板的天花板等部位亦被采用。為了減少受電弓周圍的空氣動(dòng)力噪聲,而在車頂上安裝的受電弓罩亦采用GFRP制造。
(2)車頭前端部
玻璃纖維增強(qiáng)聚酯的一個(gè)典型應(yīng)用是制造機(jī)車流線型外殼的前部,如“歐洲之星”的車頭前端部。借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),可以得到非常精確的形狀。
意火利ETR500高速列車的車頭前突部分采用的是芳綸增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的FRP,用這種材料模型成型的符合空氣動(dòng)力學(xué)線型要求的車頭,具有優(yōu)異的抗沖擊能力,當(dāng)列車以300 km/h速度行駛時(shí)有很好的尺寸穩(wěn)定性。
(3)車體結(jié)構(gòu)
車輛車體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量在整車中所占的比例較大,通常在l5%~30% 左右。因此,提高車輛速度要解決車輛輕量化,就必須優(yōu)先考慮車體結(jié)構(gòu)的輕量化。過去人們習(xí)慣把鋁合金作為車體輕化的選材料,由于車輛輕量化的要求越來越高,于是人們把目光注視到復(fù)合材料上來。
法國圈營鐵路公司(SNCF)認(rèn)為對于未來的TGV高速列車(見圖3),考慮到迫切需要進(jìn)一步減輕車體質(zhì)量,只能采用復(fù)合材料的雙層TGV掛車,并進(jìn)行線路運(yùn)行試驗(yàn),對其耐火性、擾沖擊強(qiáng)度等進(jìn)行運(yùn)行測試。證實(shí)了復(fù)合材料車體的制造工藝是有效的,它比鋁制或鋼制車體的強(qiáng)度大,用碳纖維復(fù)材預(yù)計(jì)可比鋁制車的質(zhì)量減少25% ;同時(shí)也證實(shí)了復(fù)合材料車體在振動(dòng)性能、透聲性能和絕熱性能方面的優(yōu)點(diǎn),提高了車體的舒適性。
在客車生產(chǎn)中有成效的Schindler Waggon公司,應(yīng)用玻纖或碳纖維纏繞制成輕型的承載結(jié)構(gòu)車體。l995年次裝于SIG活動(dòng)側(cè)傾式轉(zhuǎn)向架上的3輛試驗(yàn)車體在瑞士聯(lián)邦鐵路線上進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn),運(yùn)行速度達(dá)到l40 km/h,結(jié)果令人滿意。車體結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、舒適度好、安全性高、成本低等優(yōu)良特性,可以取代鋁合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)用化生產(chǎn)。
日本的制造工藝是采用拉擠的方法制造CFRP(碳纖維復(fù)合材料)曲面外板,再用鉚釘將面板鉚接在鋁構(gòu)架上。實(shí)驗(yàn)表明,通過優(yōu)化設(shè)計(jì),可以制出滿足需求的車體,并且在剛性方面
也得到了與鋁車體結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。
(4)轉(zhuǎn)向架
轉(zhuǎn)向架是支承車體的重要部件,轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架是特別重要的高強(qiáng)度部件,關(guān)系到整個(gè)車輛的安全性。轉(zhuǎn)向架必須滿足安全、運(yùn)行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求。從不斷改善環(huán)境方面考慮,它們還要符合低能源消耗、減少質(zhì)量和提高聲學(xué)性能的要求。
德國Dainler Benz集團(tuán)的兩家企業(yè)AEG和MBB與德國聯(lián)邦鐵路(DB)緊密合作,開發(fā)了上個(gè)纖維復(fù)合材料的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架通過了靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、運(yùn)
行試驗(yàn)以及“商業(yè)檢驗(yàn)”,在運(yùn)營了100多萬km后檢測未發(fā)現(xiàn)任何損壞、磨損或撕裂。
復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架與標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)向架相比,質(zhì)量大大減輕,零件數(shù)減少,運(yùn)行性能提高(主要指舒適度和受力程度),減少聲擴(kuò)散和降低檢修成本。
(5)復(fù)合材料車軸、車輪
德國在研究采用復(fù)合材料制造輪心??蓽p重2%以上,并具有降噪以及緩和車輪與鋼軌問沖擊的效果。
(6)復(fù)合材料軌枕
Conrail鐵路公司已有試驗(yàn)性的應(yīng)用。主要在大曲率或重載線等特殊情況下使用。
更多信息請關(guān)注復(fù)合材料信息網(wǎng)http://m.lzzz.net

English
簡體中文