輕量化是減少列車(chē)運行能耗的一項關鍵技術。由金(jīn)屬製造的軌道列車,雖(suī)車體(tǐ)強度高,但質量大、能耗高。以C20FICAS不鏽鋼地鐵列車為例,其運行15萬km約消耗540000GJ能量,按其中的5%(即27000GJ)用於克服車體的承載(zǎi)結構質量計算,如(rú)列車質量能減少30%,則可節能27000GJ×30%=8100GJ。

(圖(tú)示:碳纖維軌道交(jiāo)通車(chē)輛)
碳纖維複合材料是新一代高速軌道列車車體選材的重點(diǎn),它不(bú)僅可使軌道列車車體輕(qīng)量化,還可改進高速運行性能、降(jiàng)低(dī)能耗(hào)、減輕環境(jìng)汙染、增強安全性。
當前,CFRP在軌道(dào)車輛領域的應用趨勢是從車箱內飾、車內設備等非承載結構零件向車體、構架等承載(zǎi)構件擴(kuò)展;從裙(qún)板、導流罩等零部件向頂蓋、司(sī)機室、整車車體等大型(xíng)結構發(fā)展;以金屬與複合材料混雜(zá)結構為主,大幅提高碳纖維複(fù)合材料用量。
一節(jiē)地鐵列車中(zhōng)間車輛各(gè)部分質量比(bǐ),其中車體車身(shēn)約占36%、車載設備(bèi)約占29%、內部裝飾約占16%。由於車載設備幾乎沒(méi)有減重空間,因此,車體車身和內部裝飾就成(chéng)為了輕量化的重點對象。
2000年,法國國營鐵路公司(SNCF)采用碳纖維複合材料研製出雙層TGV型掛車。韓(hán)國鐵道科學研究院(KRRI)以此為基礎,研(yán)製出運行速度為180 km/h的TTX型擺式列(liè)車車體,其采用不鏽(xiù)鋼增強骨架,側牆體和頂蓋采用鋁蜂窩夾芯,蒙皮采用CFRP構成的三明治結構,這樣車體外殼總(zǒng)質量比鋁合金結構降低了40%,且車體強度、疲勞強度、防火安全性、動態特性等性能良好,已於2010年投人商業化運營。
2011年,韓國鐵道科學(xué)研(yán)究院(KRRI)研製(zhì)出CFRP地鐵轉向架構(gòu)架,其質量為635kg,比鋼(gāng)質構架的質量減少約(yuē)30%。由日本鐵道綜合技術研究所(JRTI)與東日本客運鐵道(dào)公司聯合研製的CFRP高速列車車頂,每節車箱質量(liàng)減少300一500kg,2014年(nián)9月,日本川崎重工研製(zhì)的CFRP構(gòu)架邊梁,其質量比金(jīn)屬梁減少約40%。
軌(guǐ)道車輛對材料的力學性能、防火性能、環保性能(néng)、耐極端環境性能(néng)、抗衝擊性能、耐(nài)老(lǎo)化性能、減振阻尼性能、隔音隔熱性能、電磁兼容性以及安全可(kě)靠性等都有特殊要(yào)求,開展滿足軌道車(chē)輛應用的材料性(xìng)能研究,解決目前複(fù)合材料(liào)存在(zài)的防火、隔聲隔熱、抗衝擊性能局限性。香蕉视频ios污污污複材也在積極開展碳纖維複(fù)合材料創新功能的(de)研究,目前已成功(gōng)研發以(yǐ)納米改(gǎi)性導(dǎo)電碳纖維複合材料(liào)為代表的多種熱塑(sù)性碳纖維複合材料,大大提高了碳纖維複合材料的應用(yòng)廣度。
目前,我國相關產業(yè)的(de)發展離世界先進水平還有(yǒu)一(yī)定(dìng)的差距,投入商用的碳(tàn)纖維(wéi)材料大都來自國外。國內(nèi)應加大相關產業的投資力度、更新技術水平、擴(kuò)大生產能力,使相關產品質量(liàng)盡(jìn)快趕(gǎn)超世界先進水(shuǐ)平。(推薦閱(yuè)讀:碳纖維材料在軌道(dào)交通箱體結構部件中的應用(yòng)介紹)