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城市地铁节能新星:碳纤维地铁
时间:2021年03月24日 来源:本站原创  作者:佚名 浏览次数:

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聚焦核心关键技术

  以新材料新工艺牵引轨道交通装备革新

   碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料,具有碳纤维的固有本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。

     碳纤维具有一股碳素材料的特性,如:耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般 碳素材料不同的是其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表示出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。

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                                                              中车青岛四方公司设计的碳纤维地铁内部

    碳纤维是一种力学性能优异的新材料,其比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。

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碳纤维50年代之初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生。碳纤维复合材料优势在于:高强度(是钢铁的5倍)、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数(变形量小)、热容量小(节能)、比重小(钢的1/5)、优秀的抗腐蚀与辐射性能。  点此在新窗口浏览图片

                                                            中车青岛四方公司设计的碳纤维地铁外部

 

   传统的轨道交通车辆车体材料主要有铝合金、不锈钢和碳钢,铝合金车体存在应力腐蚀、外表处理困难、焊接要求高、疲劳强度低等问题;不锈钢车体存在密封性差、局部屈取、焊接变形等问题。碳钢车体存在易腐蚀、不利于轻量化、焊接变形大等问题。碳纤维增强复合材料因其优异的特性受到广泛关注,其实碳纤维增强树脂基复合材料(碳纤维复合材料)是目前最受欢迎的一种。

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地铁碳纤维复合材料转向架构架使用了先进的自动化成型技术,侧梁采用编织预成形体+RTM工艺,横梁采用干法缠绕预成形体+RTM工艺,自动化程度高,产品质量稳定,较传统碳钢构架减重44.4%,经第三方实验机构检测,其静态及疲劳性能优异。

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     这辆碳纤维地铁由中车青岛四方机车车辆股份有限公司设计,;列车运行全过程为全自动驾驶。据公开资料显示:车辆设置强大的智能监测和预警系统,实时感知列车状态,实现在途故障预警。

     该列车还具有客室噪声降低5分贝以上、可根据客流变化灵活编组等特点。碳纤维复合材料代替传统金属材料进行地铁车厢的制作,车体总质量降低了40%,列车采用先进的碳纤维技术、车体、转向架构架、司机室、设备舱等,均使用碳纤维复合材料制造,整车减重13%。同时,牵引系统更高效,跑起来节能15%以上。各项性能指标均完全达到设计要求,并且在噪声、车体震动以及形变方面都获得大幅改善。

     地铁建设投资巨大,其后期的运行维护成本也相当的大,大比例的采用碳纤维复合材料将有效降低地铁的自重,可以减少不必要的能耗和轨道磨损等。碳纤维高性能比让列车使用寿命延长,后期维护成本也更低。

 

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碳纤维地铁车内

据交通运输部数据,截止2020年底我国城市轨道交通运营里程7545.5公里,如果城市地铁都更换为碳纤维地铁,按节约15%的能耗计算,节约量将是非常可观的数字。

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城市地铁节能新星 - - 碳纤维地铁


作者/摄影 吴新民  编辑 晋明

来源:复材网

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