树脂材料在高速轨道交通领域应用逐步从车体内部装饰、车内设备等非结构零件材料向车体等结构件延伸和扩大。
(1)车头前端部
玻璃纤维增强聚酯的一个典型应用是制造机车流线型外壳的前部,如“欧洲之星”的车头前端部。借助计算机辅助设计,可以得到非常精确的形状。
意火利ETR500高速列车的车头前突部分采用的是芳纶增强环氧树脂的FRP,用这种材料模型成型的符合空气动力学线型要求的车头,具有优异的抗冲击能力,当列车以
(2)车体结构
车辆车体结构的质量在整车中所占的比例较大,通常在l5%~30%左右。因此,提高车辆速度要解决车辆轻量化,就必须优先考虑车体结构的轻量化。过去人们习惯把铝合金作为车体轻化的首选材料,由于车辆轻量化的要求越来越高,于是人们把目光注视到复合材料上来。
法国圈营铁路公司(SNCF)认为对于未来的TGV高速列车(见图3),考虑到迫切需要进一步减轻车体质量,只能采用复合材料的双层TGV挂车,并进行线路运行试验,对其耐火性、扰冲击强度等进行运行测试。证实了复合材料车体的制造工艺是有效的,它比铝制或钢制车体的强度大,用碳纤维复材预计可比铝制车的质量减少25%;同时也证实了复合材料车体在振动性能、透声性能和绝热性能方面的优点,提高了车体的舒适性。
在客车生产中最有成效的Schindler Waggon公司,应用玻纤或碳纤维缠绕制成轻型的承载结构车体。l995年首次装于SIG活动侧倾式转向架上的3辆试验车体在瑞士联邦铁路线上进行运行试验,运行速度达到l
日本的制造工艺是采用拉挤的方法制造CFRP(碳纤维复合材料)曲面外板,再用铆钉将面板铆接在铝构架上。实验表明,通过优化设计,可以制出满足需求的车体,并且在刚性方面也得到了与铝车体结构相当的结果。
(4)转向架
转向架是支承车体的重要部件,转向架的构架是特别重要的高强度部件,关系到整个车辆的安全性。转向架必须满足安全、运行舒适度以及耐磨损、易检修等要求。从不断改善环境方面考虑,它们还要符合低能源消耗、减少质量和提高声学性能的要求。
德国Dainler Benz集团的两家企业AEG和MBB与德国联邦铁路(DB)紧密合作,开发了世界上第一个纤维复合材料的转向架构架。复合材料转向架通过了静态模拟实验、耐久试验、运行试验以及“商业检验”,在运营了100多万km后检测未发现任何损坏、磨损或撕裂。
(5)复合材料车轴、车轮
德国在研究采用复合材料制造轮心。可减重2%以上,并具有降噪以及缓和车轮与钢轨问冲击的效果。
(6)复合材料轨枕
Conrail铁路公司已有试验性的应用。主要在大曲率或重载线等特殊情况下使用。
(3)车厢内饰件
日本新干线的高速客车中,采用GFRP (玻璃钢)制作车窗内饰、洗漱间、厕所、小便池、水箱、集便箱、车前头盖板:双层客车两端顶、兼作空调风道的天花板,餐车空调盖板的天花板等部位亦被采用。为了减少受电弓周围的空气动力噪声,而在车顶上安装的受电弓罩亦采用GFRP制造。