當總部位于達拉斯的三一鐵路管理公司（TrinityRail）團隊提出將減輕重量的復合材料解決方案應用于其軌道車的想法時，個問題是從哪里開始。

 

三一鐵路管理公司的席工程師Kenneth Huck說：“我們調查了四到六個不同的項目，終確定冷藏廂式車地板是好的起點。”。

 

一開始，這是一個減輕軌道車重量的機會——在符合美國鐵路協會（Association of American Railways）的大車輛總重上限28.6萬磅的前提下允許軌道車裝載更多貨物——產生了廣泛的好處。

 

Huck說：“使用復合材料地板，不僅可以減輕重量，而且使用更少量的地板可為我們在車內增加150立方英尺的容積。”此外，GFRP（玻璃纖維增強塑料）地板的強度減少了支撐地板所需的鋼底架數量。采用此種材料生產的軌道車比使用傳統材料輕約4%，熱效率高5%，同時也具有成本效益。

 

 

復合材料應用集團業務發展副總裁Peter hedger說，這也是地板的一大賣點。復合材料應用集團是一家總部位于田納西州的復合材料開發公司，它將這個項目的合作伙伴聚集在一起，

 

Hedger說：“當三一鐵路管理公司完成規模擴張時，它們的成本將與目前的建設成本持平，在不增加任何成本的情況下獲得上述所有效益。這確實說明了復合材料發揮了極大的作用，以及供應鏈的穩健性實現了經濟的規模化和自動化，從而降低了成本。”

 

三一鐵路管理公司的廂式車主地板設計是基于Wabash National公司開發的技術。這家總部位于印第安納州拉斐特的商用運輸車輛制造商在其冷藏車車身中采用復合材料解決方案方面有著悠久的歷史。該公司作為該項目的合同制造商，將其生產 53 英尺長 GFRP 卡車車身的專業知識應用于開發車身 85 英尺長、地板 72 英尺長的軌道車。三一鐵路管理公司和Wabash公司與總部位于佛羅里達州的復合材料研發公司Structural Composites密切合作，對設計進行了微調。

 

該設計把GFRP主地板置于軌道車的鋼底架和鋁制第二地板之間。通過減少鋁地板和鋼底架之間的接觸，FRP材料改善了軌道車的熱性能。然而為了確保這一優勢，復合材料地板需要考慮各種材料之間的熱膨脹差異。解決方案還必須承受施加在地板上的垂直力和縱向力，并將其傳遞到超過380000磅的軌道車底架上。

 

設計團隊從Structural Composites的姊妹公司Compsys Inc.制造的PRISMA®梁著手,梁的特點是在GFRP外殼內夾入高效聚氨酯泡沫芯材，并被模壓到由Wolverine Industries制造的摩擦攪拌焊接鋁板頂板上。

 

Huck解釋說：“我們使用Interplastics 公司的高性能乙烯基酯樹脂和標準的E玻璃短切原絲氈，將PRISMA梁鋪設在CoCure涂層鋁的頂部，然后真空壓縮成型這個制件，形成一個整體地板。然后將其翻面，這樣當我們把它安裝到軌道車上時，鋁就在上面了。”這種模內工藝意味著在安裝這一層之前不需要進行后期處理，從而節約了地板的安裝時間。

 

埋入梁中的鋼筋用于將主地板機械地連接到軌道車底架上。由于復合材料解決方案的強度，三一鐵路管理公司從底架上取消了 4,500 磅鋼材，這部分減輕的重量允許鐵路客戶在達到規定重量上限之前再添加兩噸貨物。緊固件和來自3M公司 的膠粘劑將軌道車地板的主要層和次要層結合在一起，同時滿足不同熱膨脹系數所需的伸長率。

 

多層地板設計還有一個獨特的功能來調節軌道車內的氣流并適應不同的負載。鋪設在擠塑的波紋鋁第二地板上面的頂層地板上留有許多小孔，這些孔與第二地板中的不對稱波紋協同工作。當這些板沿一個方向定向時，排氣孔就坐落在波紋中的凹槽上方。這使得 HVAC 回風能夠流動并排出新鮮貨物中的乙烯，防止其過熟。將地板換到另一個方向上會使通風孔在封閉的波紋上移位，以降低運輸冷凍產品的溫度。該切換使用Southco快速斷開緊固件完成。

 

三一鐵路管理公司用叉車模擬試驗對更小部分的地板進行了測試，證明該解決方案能夠承受25000磅的叉車軸負載。“軌道車的設計使用壽命為 50 年，所以我們用叉車和裝載物對其進行了100年到150年的使用壽命測試。”Huck說。

 

該團隊還建造了一輛軌道車原型，運往現場進行更廣泛的測試，并從客戶那里獲得反饋。與此同時，三一鐵路管理公司產品開發團隊正在把從本次設計過程中吸取的經驗教訓應用到下一個基于復合材料開發的軌道車解決方案中。Huck說:“我不能詳細介紹這個方案，但我們希望將復合材料持續應用到鐵路行業中。”

 

與使用傳統材料的地板相比，三一鐵路管理公司采用GFRP地板的85英尺長新冷藏車的重量減輕了約25%。