Композитные материалы в железнодорожном транспорте

Во-вторых, применение композитных материалов на железнодорожном транспорте
2.1 Применение композитных материалов в конструкции кузова вагона
Кузов является частью транспортного средства для погрузки товаров или пассажиров, качество структуры кузова составляет наибольшую долю от общего поезда метро в секции промежуточного транспортного средства, например, распределение качества его различных частей, как показано на рисунке 1, из которых кузов составляет 36% от общей массы.Применение композитных материалов в конструкции кузова может снизить общую массу транспортного средства на 10 процентов.

В 2000 году во Франции был разработан прототип двухэтажного прицепа TGV с использованием углеродного волокна, стекловолокна и других композитных материалов, кузов имеет отличные вибро- и теплоизоляционные и противопожарные характеристики, благодаря использованию композитных материалов, по сравнению с кузовом из алюминиевого сплава, масса кузова уменьшилась на 25%. 2007 году в Южной Корее был разработан маятниковый скоростной поезд TTX, в кузове использованы композитные материалы из углеродного волокна, общая масса конструкции кузова уменьшена примерно на 40%, автомобиль был официально запущен в коммерческую эксплуатацию в 2010 году.Автомобиль был официально запущен в коммерческую эксплуатацию в 2010 году.
Отечественные композитные материалы в конструкции кузова рельсового транспорта применяются относительно поздно, но развитие идет быстрыми темпами.Пекинская линия метро № 14 и линия метро № 3 в Циндао используют композитные материалы фенол/стекловолокно для торцевой крышки кабины машиниста и головной крышки, в основном из-за хороших механических свойств материала, сильных антипроникающих свойств и хороших термостойких свойств.
Крышка головной части стандартного состава “Фусин”, выполненная из композитных материалов на основе углеродного волокна, обтекаемой формы, позволяет снизить сопротивление движению всего вагона на 12%, а средний расход энергии на 100 км – на 17%.Между тем, высокопрочные характеристики композитных материалов из углеродного волокна гарантируют, что передняя часть имеет лучшую ударопрочность. 2021 сентября, известный как “Guangdong, Hong Kong and Macao Bay Area” самое быстрое метро, самая высокая скорость до 160 км/ч линии 18 метро Гуанчжоу открыт для эксплуатации, также с использованием углеродного волокна капот, легкий дизайн делает транспортное средство более энергоэффективным!Защита окружающей среды.

В сентябре 2018 года на Берлинской международной выставке железнодорожных технологий появился первый в мире полностью углепластиковый легкий метромобиль “CETROVO”.В транспортном средстве в кабине машиниста, кузове и других частях конструкции полностью применены композитные материалы из углеродного волокна, благодаря композитным материалам из углеродного волокна, низкой плотности, высокой прочности, общее качество транспортного средства значительно снизилось, особенно кузов подземного транспортного средства, кабина машиниста, отсек оборудования и другие компоненты по сравнению с предыдущим использованием металлических материалов для снижения веса более чем на 30%.
2.2 Применение композитных материалов в конструкции рулевого управления
2.2.1 Основная функция тележки
Тележка является ключевым компонентом железнодорожного состава, движущегося по рельсам, и от ее работы зависит надежность и безопасность поезда.Основные функции тележки включают в себя следующие аспекты:
(1) Бесперебойная передача тягового и тормозного усилия между поездом и рельсами.
(2) Несение веса кузова вагона и передача нагрузки между кузовом и колесными парами, а также равномерное распределение веса на оси; и
(3) Уменьшение вибрации поезда, вызванной неровностями дороги, и обеспечение плавного и безопасного движения поезда; и
(4) Обеспечение хорошей устойчивости и проходимости поезда на кривых участках.
(5) Преобразование качения колес в плоское движение.
2.2.2 Применение композитных материалов в рулевых конструкциях
В последние годы, с постоянным увеличением скорости движения поездов, недостатки традиционной металлической тележки становятся все более очевидными, возникают такие проблемы, как большой вес тележки, большое трение между колесными парами и рельсами, высокая стоимость обслуживания, плохая способность прохождения кривых, высокий уровень шума, недостаточная экономия энергии и защита окружающей среды.Облегченная конструкция тележек с использованием новых материалов стала тенденцией развития высокоскоростных поездов.
В 2014 году японская компания Kawasaki Heavy Industries впервые использовала композитные материалы, армированные углеродным волокном и матрицей смолы, в качестве основной несущей конструкции тележки “efWING”, тележка превратится из оригинальной жесткой сварной рамы в гибкую конструкцию, по сравнению с традиционной тележкой из металлических материалов, снижение веса составит до 40%.
Китайские композитные материалы в тележках высокоскоростных поездов находят применение с опозданием.Которая CNR Nanjing Puzhen Vehicle Co., Ltd. в 2016 году пробное производство 209P углеродного волокна композитных тележек, чтобы достичь пакетной загрузки операции оценки, был безопасно эксплуатируется более 1 миллиона километров.Ltd. из Циндао Sifang Locomotive Co., Ltd. в своем выпуске “CETROVO” полностью углеродного волокна структуры метро транспортного средства в применении углеродного волокна композитных тележек, как показано на рисунке 5, по сравнению с традиционной тележки, чтобы достичь снижения веса на 40%.

2.3 Применение композитных материалов в тормозной конструкции
В настоящее время материалы для тормозных дисков высокоскоростных поездов можно условно разделить на две категории: первая – традиционные металлические материалы; вторая – композитные материалы, такие как композиты на основе алюминия, композиты C/C и так далее.Несколько общих сравнений характеристик различных материалов тормозных дисков, как показано в таблице 2, керамические композитные материалы на основе алюминия и кованая сталь, например, плотность композитного материала на основе алюминия 2,9 г/см³, только 37% от кованой стали, теплопроводность кованой стали в 3 раза.

Металлические тормозные диски обычно используются в низкоскоростных поездах из-за их зрелой структуры и низкой стоимости.С постоянным повышением скорости движения поездов энергия торможения, воспринимаемая тормозным диском, становится все больше и больше, и традиционный металлический тормозной диск трудно адаптировать к требованиям развития высокоскоростных и легких поездов.Поэтому в стране и за рубежом было проведено много исследований по композитным тормозным дискам.В середине 1970-х годов американская компания Bendis представила полуметаллические графитовые композитные материалы, создав композитный материал в применении тормозных колодок на прецеденте.