碳纤维复合材料将轨道车辆的设计带到一个新的起点

江苏博实科技:随着国内轨道交通行业的迅速发展,人们对轨道车辆轻量化的要求越来越高,碳纤维复合材料成为轨道交通行业的重点。随着碳纤维复合材料制造工艺的不断进步,其在轨道交通车辆上的应用也开始增加,有效拓宽了轨道机车设计的范围,将轨道车辆的设计带到一个新的起点。

碳纤维复合材料将轨道车辆的设计带到一个新的起点

一、在车辆前端车罩上进行使用

传统的机车前端车罩是由玻璃纤维树脂基复合材料制成的,其平均厚度在8mm左右,而碳纤维复合材料是由碳纤维预浸料层压制作而成的,层板的厚度仅为2mm。为了增强材料的保温和隔噪性能,可采用碳纤维泡沫夹芯材质制作,内外蒙皮采用碳纤维板,在内部增加一层2mm的泡沫,其强度比传统的材料更高,但是其质量仅为传统材料的2/3,对于降低机车运行的耗能,可以发挥一定的作用。

由于机车需要常年进行运行,因此对车辆的使用寿命要求较高,正常情况下,要求在30年左右,同时对材料的耐气候性和耐腐蚀性也提出了较高的要求。碳纤维复合材料化学成分十分稳定,具备较强的耐腐蚀性能,在酸碱盐的环境中,在保持优良性能的同时,能维持较长的工作时间。此外,由于碳纤维材料的硬度和轻度很高,在机车高速运行的过程中,高速的气流也不会对其造成什么影响。

二、碳纤维复合材料在车体上的应用

传统的车顶是由大截面的冷弯型钢制成的,在车辆的顶部空间中,一般会布置较多的设备,如空调、大型蓄电池等,如果其刚度不足,不仅会产生振动,还容易出现结构性损伤,行车安全得不到保障。此外,车顶材料对耐腐蚀性能也有较高的要求,由于车顶会经常接触雨水,如果车顶材料的抗腐蚀性能不强,往往就容易造成材料结构的穿孔,不仅影响车辆的密闭性,还会导致雨水渗漏入车厢中。目前碳纤维复合材料在车体上的应用,主要集中在车辆的上部结构当中,能够有效地改善上述情况。

利用多个相同截面的碳纤维工型材料制成纵向梁进行承载,为有效提高各个截面连接处的强度,可以在截面连接处布置一些横向纤维。这样可以保证车顶性能和传统钢制车顶的性能可以基本保持一致,但其刚度却比传统材料制成车顶的刚度高很多,行驶过程中的稳定性变得更强,而重量却只有传统车顶的一半左右,有效的减轻整体机车的重量,降低机车运行的能耗。为了测试其车顶的刚度,研究人员进行了挂负载测试实验,结果显示,在车顶负载4t的情况下,车顶的挠度仅为2mm左右,完全可以满足车顶对刚度的要求。此外,由于碳纤维复合材料具有耐腐蚀性能较好的优点,在长时间的雨淋下,依然保持原有的材料性能,有效提高了车辆使用的可靠性。

三、在车内受力件上的使用

轨道车辆的内部空间包含很多的受力件,如窗把手、写字板支架、门把手、推拉门导轨等。这些受力件在过去大部分是由金属材质制成,不仅质量大,并且在使用过程中会出现磨损、腐蚀等现象。不仅影响外观,甚至对使用寿命也会造成严重影响。

利用碳纤维复合材料来代替传统的金属材料,来制成各种样式的受力件,我们可以将这些受力件的内部设计成中空的形式,能够大幅度的减少重量,且由于其强度比金属还高,中空的设计结构并不会这些受力件的性能造成影响。由于其耐腐蚀性更强,可以在长时间的使用后,还可以保持较为良好的外观,有效提高这些受力件的使用寿命和美观。碳纤维复合材料制品面特有的花纹,具有较强的美观性,也可以将乘坐室内的一些装饰部件换成碳纤维复合材料的,不仅可以达到美观的作用,还能降低整车的质量。

碳纤维复合材料将轨道车辆的设计带到一个新的起点

随着碳纤维合成材料制造技术的不断进步,其在机械零部件制造领域已经开始得到应用,碳纤维复合材料的强度和耐磨性要比钢材好,可以在一些受力较为平稳处进行使用,不仅能够达到使用性能的要求,还能降低机械整体的重量。我们可以将该技术应用于交通工具某些机械部位零件的制造上去,在保证使用性能的同时,降低机械的总体质量,有效提高机车的承载能力。

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版权声明:大飞哥 发表于 2020-10-23 15:07:30。
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