Теміржол транзитіне арналған композиттік материалдар саласындағы шетелдік зерттеулер жарты ғасырға жуық уақыт бойы жүргізіліп келеді.Қытайда теміржол транзитінің және жоғары жылдамдықты теміржолдың қарқынды дамуы және осы салада отандық композиттік материалдарды қолдану қарқынды жүріп жатқанымен, шетелдік теміржол транзитінде кеңінен қолданылатын композиттік материалдардың арматураланған талшықтары көбірек шыны талшық болып табылады, ол басқалардан ерекшеленеді. Қытайдағы көміртекті талшықты композиттер.Осы мақалада айтылғандай, көміртекті талшық TPI Composites компаниясы әзірлеген денеге арналған композиттік материалдардың 10%-дан азын құрайды, ал қалғандары шыны талшық болып табылады, сондықтан ол жеңіл салмақты қамтамасыз ете отырып, шығындарды теңестіре алады.Көміртекті талшықты жаппай пайдалану сөзсіз шығындарға әкеледі, сондықтан оны арбалар сияқты кейбір негізгі құрылымдық компоненттерде қолдануға болады.
50 жылдан астам термореактивті композиттерді өндіруші Norplex-Micarta теміржол транзитіне арналған материалдарды, соның ішінде пойыздарды, жеңіл рельсті тежеу жүйелерін және көтерілген электр рельстеріне арналған электр оқшаулауын жасайтын тұрақты бизнеске ие болды.Бірақ бүгінде компанияның нарығы салыстырмалы түрде тар тауашалар шеңберінен шығып, қабырғалар, шатырлар және едендер сияқты қосымшаларға кеңейіп жатыр.
Norplex-Micarta бизнесті дамыту жөніндегі директоры Дастин Дэвис алдағы жылдары теміржол және басқа да жаппай тасымалдау нарықтары оның компаниясына, сондай-ақ басқа композиттік өндірушілер мен жеткізушілерге көбірек мүмкіндіктер береді деп санайды.Бұл күтілетін өсудің бірнеше себептері бар, олардың бірі EN 45545-2 өрт стандартының еуропалық қабылдануы болып табылады, ол жаппай тасымалдауға неғұрлым қатаң өрттен, түтіннен және газдан қорғау (FST) талаптарын енгізеді.Фенолды шайыр жүйелерін қолдану арқылы композиттік өндірушілер өз өнімдеріне қажетті өрт пен түтіннен қорғау қасиеттерін енгізе алады.
Сонымен қатар, автобус, метро және пойыз операторлары композиттік материалдардың шулы діріл мен какофонияны азайтудағы артықшылықтарын түсіне бастады.Дэвис: «Егер сіз метрода жүріп, металл пластинаның дірілдегенін естіген болсаңыз», - деді.Егер панель композициялық материалдан жасалған болса, ол дыбысты өшіріп, пойыздың жұмысын тыныштандырады».
Композиттің жеңіл салмағы оны жанармай тұтынуды азайтуға және оның ауқымын кеңейтуге мүдделі автобус операторлары үшін тартымды етеді.2018 жылдың қыркүйегіндегі есептерінде Lucintel нарықтық зерттеу фирмасы жаппай тасымалдауда және жол талғамайтын көліктерде қолданылатын композиттердің әлемдік нарығы 2018 және 2023 жылдар арасында жылдық 4,6 пайызға өседі, 2023 жылға қарай әлеуетті құны 1 миллиард долларды құрайды деп болжады. Мүмкіндіктер әртүрлі қолданбалардан келеді, соның ішінде сыртқы, ішкі, сорғыш пен қуат блогы бөліктері, электрлік компоненттер.
Norplex-Micarta қазір Америка Құрама Штаттарындағы жеңіл рельсті желілерде сынақтан өтіп жатқан жаңа бөлшектерді шығарады.Сонымен қатар, компания үздіксіз талшықты материалдармен электрлендіру жүйелеріне назар аударуды жалғастыруда және оларды тезірек қататын шайыр жүйелерімен біріктіреді.«Сіз шығындарды азайта аласыз, өндірісті арттыра аласыз және FST фенолының толық функционалдығын нарыққа шығара аласыз», - деп түсіндірді Дэвис.Композиттік материалдар ұқсас металл бөлшектерге қарағанда қымбатырақ болуы мүмкін, бірақ Дэвис құны олар зерттеп жатқан қолданбаны анықтайтын фактор емес дейді.
Жеңіл және отқа төзімді
Еуропалық теміржол операторы Duetsche Bahn компаниясының 66 ICE-3 Express вагонынан тұратын паркін жаңарту - бұл тұтынушылардың нақты қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін композиттік материалдардың мүмкіндіктерінің бірі.Кондиционер жүйесі, жолаушылар ойын-сауық жүйесі және жаңа орындықтар ICE-3 теміржол вагондарына қажетсіз салмақ қосты.Сонымен қатар, бастапқы фанер едені жаңа еуропалық өрт стандарттарына сәйкес келмеді.Компания салмақты азайтуға және өртке қарсы стандарттарға сәйкес келуге көмектесетін еденге арналған шешім қажет болды.Жеңіл композициялық еден - бұл жауап.
Германияда орналасқан композициялық маталар өндірушісі Saertex еденге арналған LEO® материал жүйесін ұсынады.Saertex Group компаниясының жаһандық маркетинг бөлімінің басшысы Дэниел Стумп LEO — тоқылған маталарға қарағанда жоғары механикалық қасиеттер мен жеңіл салмақты әлеуетті ұсынатын қабаты бар, бүгілусіз мата екенін айтты.Төрт компонентті композиттік жүйеге арнайы отқа төзімді жабындар, шыны талшықты арматураланған материалдар, SAERfoam® (біріктірілген 3D шыны талшықты көпірлері бар негізгі материал) және LEO винил эфирінің шайырлары кіреді.
SMT (сонымен қатар Германияда орналасқан), композиттік материал өндірушісі, британдық Алан Харпер компаниясы жасаған қайта пайдалануға болатын кремний вакуумдық пакеттерін пайдаланып, вакуумды толтыру процесі арқылы еденді жасады.«Біз бұрынғы фанердің салмағының шамамен 50 пайызын үнемдедік», - деді Штумп.«LEO жүйесі тамаша механикалық қасиеттері бар толтырылмаған шайыр жүйесі бар үздіксіз талшықты ламинаттарға негізделген... . Сонымен қатар, композит шірімейді, бұл үлкен артықшылық, әсіресе қыста қар жауатын жерлерде және жауын-шашынсыз жерлерде. еден дымқыл».Еден, үстіңгі кілем және резеңке материал жаңа отқа төзімді стандарттарға сәйкес келеді.
SMT 32 000 шаршы футтан астам панельдер шығарды, олар бүгінгі күнге дейін сегіз ICE-3 пойызының үштен біріне орнатылды.Жөндеу процесінде әрбір панельдің өлшемі белгілі бір көлікке сәйкес келетіндей етіп оңтайландырылуда.ICE-3 седанының OEM жаңа композициялық еденге қатты әсер еткені сонша, ол теміржол вагондарындағы ескі металл шатыр құрылымын жартылай ауыстыру үшін композиттік шатырға тапсырыс берді.
Әрі қарай жүріңіз
Калифорниялық дизайнер және нөлдік сәуле шығарусыз электр автобустарын өндіруші Proterra 2009 жылдан бері барлық корпустарында композиттік материалдарды пайдаланады. 2017 жылы компания аккумулятормен зарядталған Catalyst арқылы 1100 бір жақты миль жүріп рекорд орнатты. ®E2 автобусы.Бұл автобуста композиттік өндіруші TPI Composite жасаған жеңіл дене бар.
* Жақында TPI біріктірілген барлығы бір құрамдас электр автобусын шығару үшін Proterra-мен бірлесіп жұмыс істеді.«Кәдімгі автобуста немесе жүк көлігінде шасси бар, ал корпус сол шассидің үстінде отырады», - деп түсіндіреді Тодд Альтман, TPI стратегиялық маркетингінің директоры.Автобустың қатты қабықшасының дизайнымен біз барлығы бір автомобильдің дизайнына ұқсас шасси мен корпусты біріктірдік.» Бір құрылым өнімділік талаптарына сәйкес келетін екі бөлек құрылымға қарағанда тиімдірек.
Proterra бір корпусты корпусы арнайы жасалған, ол нөлден бастап электрлік көлік болу үшін жасалған.Бұл маңызды ерекшелік, деді Альтман, өйткені көптеген автоөндірушілер мен электроавтобус жасаушылардың тәжірибесі іштен жанатын қозғалтқыштарға арналған дәстүрлі конструкцияларын электрлік көліктерге бейімдеудің шектеулі әрекеттерін сынап көрді.«Олар бар платформаларды алып, мүмкіндігінше көп батареяларды жинауға тырысуда. Бұл кез келген көзқарас тұрғысынан ең жақсы шешімді ұсынбайды».– деді Альтман.
Көптеген электр автобустарының, мысалы, көліктің артында немесе үстінде батареялары бар.Бірақ Proterra үшін TPI батареяны автобустың астына орнатуға қабілетті.«Егер сіз көлік құралының құрылымына көп салмақ қоссаңыз, сіз бұл салмақтың өнімділік тұрғысынан да, қауіпсіздік тұрғысынан да мүмкіндігінше жеңіл болғанын қалайсыз», - деді Альтман.Ол көптеген электр автобустары мен автокөлік өндірушілері өз көліктеріне тиімдірек және мақсатты дизайнды әзірлеу үшін сызба тақтасына қайта оралатынын атап өтті.
TPI Айова мен Род-Айлендтегі TPI нысандарында 3350 композиттік автобус корпустарын шығару үшін Proterra компаниясымен бес жылдық келісімге отырды.
Баптау керек
Catalyst автобус корпусын жобалау TPI және Proterra барлық әртүрлі материалдардың күшті және әлсіз жақтарын үнемі теңестіруді талап етеді, осылайша олар оңтайлы өнімділікке қол жеткізе отырып, шығындар мақсаттарына жауап бере алады.Альтман TPI-дің ұзындығы шамамен 200 фут және салмағы 25 000 фунт болатын үлкен жел қалақтарын өндірудегі тәжірибесі оларға салмағы 6000 және 10 000 фунт арасындағы 40 футтық автобус корпустарын шығаруды жеңілдететінін атап өтті.
TPI көміртекті талшықты таңдамалы түрде пайдалану және оны ең үлкен жүктемені көтеретін аймақтарды нығайту үшін сақтау арқылы қажетті құрылымдық беріктікті алуға қабілетті.«Біз көміртекті талшықты пайдаланамыз, онда сіз негізінен көлік сатып ала аласыз», - деді Альтман.Тұтастай алғанда, көміртекті талшық дененің композиттік арматуралық материалының 10 пайызынан азын құрайды, ал қалған бөлігі шыны талшықты құрайды.
TPI ұқсас себеппен винил эфир шайырын таңдады.«Эпоксидтерге қарасақ, олар керемет, бірақ оларды емдегенде температураны көтеру керек, сондықтан пішінді қыздыру керек. Бұл қосымша шығын», - деп жалғастырды ол.
Компания бір қабықшаға қажетті қаттылықты қамтамасыз ететін композиттік сэндвич құрылымдарын өндіру үшін вакуумдық-көмекші шайыр беруді (VARTM) пайдаланады.Өндіріс процесінде кейбір металл арматуралар (мысалы, бұрандалы фитингтер және бұрау тақталары) корпусқа енгізіледі.Автобус жоғарғы және төменгі бөліктерге бөлінеді, содан кейін олар бір-біріне жабыстырылады.Жұмысшылар кейінірек жәрмеңкелер сияқты шағын композициялық әшекейлерді қосуы керек, бірақ бөліктердің саны металл автобустың бір бөлігі болып табылады.
Дайын корпусты Proterra автобус шығаратын зауытқа жібергеннен кейін, өндіріс желісі жылдамырақ ағып кетеді, өйткені жұмыс аз болады.«Оларға барлық дәнекерлеу, тегістеу және өндірудің қажеті жоқ, сонымен қатар оларда корпусты жетекке қосу үшін өте қарапайым интерфейс бар», - деп қосты Альтман.Proterra уақытты үнемдейді және үстеме шығындарды азайтады, өйткені монокотикалық қабық үшін аз өндіріс орны қажет.
Альтманның пікірінше, қалалар ластануды азайту және шығындарды азайту үшін электрлік автобустарға жүгінетіндіктен, композициялық автобус корпустарына сұраныс өседі.Proterra мәліметтері бойынша, аккумуляторлық электр көліктері дизельді, сығылған табиғи газбен немесе дизельді гибридті автобустармен салыстырғанда жұмыс істеу циклінің ең төмен құнына (12 жыл) ие.Протерра аккумулятормен жұмыс істейтін электр автобустарының сатылымы жалпы көлік нарығының 10% құрайды деп айтуының бір себебі осы болуы мүмкін.
Электр автобусының корпусында композиттік материалдарды кеңінен қолдануда әлі де кейбір кедергілер бар.Біреуі - автобус тұтынушыларының әртүрлі қажеттіліктерін мамандандыру."Әрбір транзиттік мекеме автобустарды әртүрлі жолмен алуды ұнатады -- орындық конфигурациясы, люктің ашылуы. Бұл автобус өндірушілері үшін үлкен қиындық және конфигурацияның көптеген элементтері бізге жетуі мүмкін.""Алтман айтты. "Кіріктірілген дене өндірушілері стандартты құрылымға ие болғысы келеді, бірақ егер әрбір тұтынушы жоғары деңгейде теңшеуді қаласа, мұны істеу қиынға соғады." TPI жақсы басқару үшін автобус дизайнын жақсарту үшін Proterra-мен жұмыс істеуді жалғастыруда. соңғы тұтынушылар талап ететін икемділік.
Мүмкіндікті зерттеңіз
Композиттер оның материалдарының жаңа жаппай тасымалдауға жарамдылығын тексеруді жалғастыруда.Ұлыбританияда көміртекті талшықты қайта өңдеу және қайта пайдалану технологиясына маманданған ELG Carbon Fibre жеңіл вагондардағы арбаларға арналған жеңіл композиттік материалдарды әзірлейтін компаниялардың консорциумын басқарады.Арба автомобильдің корпусын ұстап тұрады, доңғалақ жұбын бағыттайды және оның тұрақтылығын сақтайды.Олар теміржол дірілдерін жұтып, пойыз бұрылған кезде орталықтан тепкіш күшті азайту арқылы жүру жайлылығын жақсартуға көмектеседі.
Жобаның бір мақсаты – салыстырмалы металл арбалардан 50 пайызға жеңіл арбалар шығару.«Егер арба жеңілірек болса, ол жолға аз зақым келтіреді және жолдағы жүктеме аз болатындықтан, техникалық қызмет көрсету уақыты мен техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтуға болады», - дейді ELG өнімдерін әзірлеу жөніндегі инженер Камил Сеурат.Қосымша міндеттер доңғалақтың бүйірінен рельске дейінгі күштерін 40%-ға азайту және өмір бойы жағдайын бақылауды қамтамасыз ету болып табылады.Ұлыбританияның коммерциялық емес теміржол қауіпсіздігі және стандарттар кеңесі (RSSB) коммерциялық тұрғыдан тиімді өнімді шығару мақсатында жобаны қаржыландырады.
Өндіріс бойынша ауқымды сынақтар жүргізілді және препрегтерді препрегтермен, кәдімгі дымқыл төсеумен, перфузиямен және автоклавпен қолдану арқылы бірқатар сынақ панельдері жасалды.Арбаларды өндіру шектеулі болатындықтан, компания құрылыстың ең үнемді әдісі ретінде автоклавтарда өңделген эпоксидті препрегті таңдады.
Толық өлшемді арба прототипінің ұзындығы 8,8 фут, ені 6,7 фут және биіктігі 2,8 фут.Ол қайта өңделген көміртекті талшық (ELG ұсынған тоқыма емес жастықшалар) мен шикі көміртекті талшық матаның қосындысынан жасалған.Бір жақты талшықтар негізгі беріктік элементі үшін пайдаланылады және роботтық технологияны қолдану арқылы қалыпқа салынады.Жақсы механикалық қасиеттері бар эпоксид таңдалады, ол темір жолдарда пайдалану үшін EN45545-2 сертификаты бар жаңадан жасалған отқа төзімді эпоксид болады.
Рульдік арқалықтардан екі бүйірлік арқалықтарға дәнекерленген болат арбалардан айырмашылығы, композициялық арбалар әр түрлі үстіңгі және астыңғы бөліктерімен жасалады, олар кейін біріктіріледі.Қолданыстағы металл арбаларды ауыстыру үшін композиттік нұсқа суспензия мен тежегіш қосылым кронштейндерін және басқа керек-жарақтарды сол күйде біріктіруі керек.«Қазір біз болат фитингтерді сақтауды таңдадық, бірақ одан әрі жобалар үшін болат арматураны композиттік түрдегі арматурамен ауыстыру қызықты болуы мүмкін, осылайша біз соңғы салмақты одан әрі азайта аламыз», - деді Сеурат.
Бирмингем университетіндегі сенсорлар мен композиттер тобының консорциум мүшесі өндіріс сатысында композиттік арбаға біріктірілетін сенсордың дамуын қадағалайды.«Көптеген сенсорлар арбадағы дискретті нүктелердегі кернеуді бақылауға бағытталған, ал басқалары температураны анықтауға арналған», - деді Сеурат.Сенсорлар композиттік құрылымды нақты уақытта бақылауға мүмкіндік береді, бұл өмір бойы жүктеме деректерін жинауға мүмкіндік береді.Бұл ең жоғары жүктеме және ұзақ мерзімді шаршау туралы құнды ақпарат береді.
Алдын ала зерттеулер композиттік арбалар салмақты 50%-ға азайтуға қол жеткізуі керек екенін көрсетеді.Жоба командасы 2019 жылдың ортасына қарай сынаққа дайын үлкен арбаға ие болады деп үміттенеді.Егер прототип күтілгендей жұмыс істейтін болса, олар Alstom теміржол көлігі компаниясы жасаған трамвайларды сынау үшін көбірек арбалар шығарады.
Сеураттың айтуынша, әлі де көп жұмыс күтіп тұр, дегенмен, бастапқы көрсеткіштер құны мен беріктігі бойынша металл арбалармен бәсекеге түсе алатын коммерциялық тұрғыдан тиімді композиттік арбаны құруға болатынын көрсетеді.«Сосын, менің ойымша, теміржол саласында композиттерге арналған көптеген нұсқалар мен әлеуетті қосымшалар бар», - деп қосты ол.(«Көміртекті талшық және оның композиттік технологиясы» кітабынан қайта басылған мақала доктор Цянь Синь).
Жіберу уақыты: 07 наурыз 2023 ж