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世界首輛全碳纖維復合材料地鐵車體在中車長客研制成功

來源:中國粉末冶金商務網 2018-01-13 10:04中國投資咨詢網 A-A+

  世界首輛全碳纖維復合材料地鐵車體,近日在中車集團長春軌道客車股份有限公司研制成功。這是中國在軌道交通領域實現的重大突破。

  世界首輛全碳纖維復合材料地鐵車體,具有完全自主知識產權。不僅實現了車體減重、節能減排降耗、提高安全性、舒適性和使用壽命等,更探索了碳纖維復合材料在軌道交通大批量工業化生產應用的方向和實施路徑。

  該車體采用薄壁筒形整體承載結構,突出特點是車體的輕量化。長客生產的全復合材料地鐵車體充分發揮了碳纖維復合材料的特點,用更輕的材料完成與金屬材料同等的結構設計,整車較同類地鐵金屬車體減重約35%,提高了車體運載能力、降低了能源消耗、降低了全壽命周期成本、減少了線路損害。

  該車還突破了多項技術難點。包括整體承載地鐵車輛復合材料車體設計分析技術、車體連接技術、復合材料低成本及大尺寸制件的成型制造技術及復合材料車體靜強度試驗技術。進行了10余種材料性能測試,6000多個元件、典型件、組合件、全尺寸試驗件等積木式設計驗證試驗。經反復優化論證,解決了復合材料應用于軌道車輛承載結構面臨的難點,車體性能優異,能滿足極限惡劣工況和環境下的使用要求。車體長19000mm,寬2800mm,車體頂面距軌面高度為3478mm。

  該車還具有安全性高,使用壽命長的特點。由于復合材料優異的抗疲勞、耐酸堿腐蝕性和耐紫外老化性能,加之車體采用先進的“靜力覆蓋疲勞”和“損傷無擴展”設計理念,車體結構具有不低于30年的使用壽命,相比金屬車體,大大減少對疲勞裂紋與腐蝕退化的檢測和修理成本,使車體結構具有更高的安全性、可靠性和維修經濟性。

  同時該車乘坐舒適度好。車體使用的復合材料隔熱性能很強,能與防寒材相媲美。用全復合材料車體裝配的車輛,隔熱性能是用金屬車體裝配車輛的1.5倍以上,能保證車體內部始終保持舒適溫度;復合材料車體的隔聲性能和減振性能同樣優于金屬車體,僅車體本身就達到車輛隔聲要求的70%以上,車體振動的固有頻率較同類金屬車體提高18%以上,能夠有效防止車身和轉向架之間的共振,大大降低列車運行過程中產生的內部噪聲和振動,有效提高乘坐的舒適性。

  該車還具備了尺寸精度高,外觀質量好的特點。設計人員利用復合材料可設計性強、可一體化成型的特點,制造的全復合材料車體,最大限度實現了部件整合、零件整合,通過模具一體成型。車體各模塊之間采用機械連接,消除了傳統金屬車體因焊接變形導致的尺寸偏差和形位偏差,提高了車體尺寸精度和外觀質量。

  目前,新材料特別是碳纖維材料在軌道交通行業很少應用,更缺乏各類標準。全碳纖維復合材料地鐵車體的研制,結合了國際航空領域在碳纖維上的應用經驗和標準,創造性地探索出碳纖維在軌道交通行業應用的材料標準、設計準則、工藝指南、質檢標準、試驗判定和維護策略等,為國內建立完整的軌道行業標準打下基礎。

  中車長客始終致力于前沿技術的研究,這次全碳纖維復合材料車體的研發全部應用國內生產的碳纖維復合材料,具有全部自主知識產權,也為后續大批量生產應用和可持續開發提供了有力保障。碳纖維作為國家戰略新興材料,一直以來軌道交通行業的研究主要應用在非主承力的小部件試制上。本次研發的大尺寸承載結構全碳纖維復合材料車體,國際未有先例。將推動碳纖維復合材料在軌道交通的批量工業化生產,也拓展了碳纖維復合材料產業的應用市場,促進了碳纖維復合材料產業鏈的完善和發展。

 

關鍵詞:全碳 纖維 復合材料 地鐵 中車長客 研制
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