覆盖件和结构件

复合材料在车辆内饰方面作出了很重要的贡献，特别是高速列车和短距离郊区、城区车站较多，需要快速加速和减速的地方。然而，要想进入主要结构部件还有很长的路要走。很难想象用复合材料生产转向架、底盘横梁等这些无可争议要采用重金属的部件。虽然如此，这种轻质、舒适型材料依然可以在一些地方发挥其作用。

由于列车流线型前端已经成为一种设计时尚，复合材料已经征服了这一领域。而在高速列车方面的应用并不是因为时尚，而是出于空气动力学和减重方面的考虑。在车速超过200mph时，空气阻力会大幅上升，对列车前进产生非常大的阻力。流线型前端流畅的曲线和光滑的表面——这些都是复合材料成型件的特性，可以有效地降低产生的阻力。这种驾驶室是高度一体化的，很少采用金属材料，连接缝非常少。在批量生产下，其生产成本比金属成本低。

欧洲、美国等发达国家目前生产的列车都已经采用复合材料前端。一些欠发达国家也正在这么做。几年前，Kineco公司将印度首个前端驾驶室应用到一辆柴油电动多单元列车上。控制台和内饰板由一整块玻纤复合材料组成。采用了树脂灌注，真空袋工艺以确保产品的力学性能。在首批驾驶室经过实际运营且获得满意结果的基础上，印度铁路系统决定将这种外观时尚的、更加舒适的且具有良好空气动力学性能的复合材料前端也应用于其他列车上。

Kineco公司的市场和项目总经理Ravi Shrivastava说，“复合材料通过改进其空气动力学外形，降低了阻力，并且耐腐蚀，维护需求减少。大型复合材料部件易于成型，产品可以充分一体化，并满足了美观方面的要求。”

这种新潮的列车在郊区也正日益普及。在欧洲，Compin集团旗下Front Ends & Composites公司已经将复合材料前端安装在列车上，其中包括阿尔斯通的LRV Citidas列车，其前端是树脂灌注成型的，并已将类似的车头出口到中国。

Compin对这种preequipped“即插即用式”的前端感到非常自豪，它们可以简单地连接到车辆上。

车头越来越多地采用夹芯技术，以前都是采用整体层压板。例如，芯材专家DIAB公司承接了澳大利亚新南威尔士州华特尔双层列车的驾驶室的制作，而ACS（AIREX）公司提供给上海磁悬浮列车的驾驶室是世界上最大的单件纤维增强车头。ACS实现了所需的机械、热学和声学特性，并且这种新型驾驶舱具有低重量，良好的抗贯通性和阻燃性——这些是通过将蒙皮和芯材结合，加上型材和局部加强件的使用来实现的。预组装模块提供了很高的功能集成度，而较小的制造公差便于后续组装。

芬兰Fibrecom Oy公司改变了夹芯形式，利用蜂窝和泡沫芯材开发了一种通道式复合材料技术。从本质上讲，面板蒙皮与夹芯之间有连续通道，而不是分隔的独立单元。这些三维通道可以填充各种材料以实现阻燃、隔热、隔音和其他性能，或用于电缆或通风管道等。

Fibercom公司声称，由于这种芯材结构，具有很高的吸能作用，可以用于提高列车的防撞性。据说，该结构适合于从手糊到树脂传递模塑的所有生产方法。带有通道的复合结构有时可用作保护罩，特别是PendolinoSm3列车上的下包围。这种易于安装和拆卸的保护罩具有抗压、抗震和防火性能。这种材料还可以用作ICS双层列车的尾部面罩及DV-2车型的车门，也可以用在一些列车的天花板和内装饰框上。

复合材料也可以用作车身壳体和车顶，特别是高速列车或区间/郊区列车。韩国Hanvit 200特快列车拥有一个23m长的车身壳体，也是第一辆采用碳纤维复合材料壳体的列车，其重量较铝制壳体减轻了40%。复合材料车身在组装时安装到钢制车架上，使整个车身成为混合结构。在区间车和郊区列车市场中，庞巴迪公司生产了一种轻质混合结构的Talent列车，也是将复合材料车身安装在钢制车架上。阿尔斯通公司的“O”型列车在加拿大部分地区和其他国家替代了Talent列车，也采用的是复合材料车身壳体。

ACS 公司也开始涉足复合材料车身壳体，生产一种弯曲的轻质夹芯车板，表面采用一种新型保护层替代油漆。他们还生产一体式高度模块化车顶，不再需要其他框架。20m长的车顶产量正在不断增加。

固瑞特公司的Kees Reijnen认为复合材料在轨道交通中的应用是“进两步退一步”的发展进程，需求起起伏伏，但是从长期来看这种趋势还是积极的。他表示目前的形式比较有利于推动这种趋势的快速发展。

“虽然成本仍然是最重要的制约因素，但是随着运营燃油成本的压力不断增加，减重是促进使用复合材料的主要原因。”

他指出，市场对固瑞特公司所生产的轨道交通车辆用原料将有很大需求，特别是酚醛预浸料。他说，“在阻燃方面，酚醛树脂具有不可替代的地位。而曾经是较大问题的加工性能现在也得到了改进，这种材料已经成为一种首选材料。我们公司经常为客户的工程师们提供基于酚醛树脂的夹芯结构解决方案。

”

Reijnen特别强调将复合材料和铝结合使用，生产轻质轨道交通车辆。他还暗示固瑞特正在优化用在风力发电叶片上的芯材技术，使其应用在轨道交通上。

有迹象表明，复合材料在“重型金属”驱动器和齿轮方面的应用取得了一些进展。例如，印度轨道交通部门已经在柴油和电力机车上为最终传动齿轮选用了复合材料齿轮箱。每个机车上有六个传动轴，每个轴的传动齿轮都需要一个齿轮箱。通常它们是用低碳钢焊接而成的，每个重约126kg。由于金属齿轮箱比较重，拆除和维护都非常困难，而且因为振动或来自轨道的冲击很容易出现移位。此外，金属很容易发生腐蚀，而且如果焊接部分出现泄露的话，还会导致价格昂贵的润滑油从焊缝漏出。

机车牵引电机制造商Bhahat Heavy Electrical Ltd（BHEL）公司，与其合作伙伴Permali Wallace公司展开合作，致力于开发这种金属齿轮箱的复合材料替代产品。区域实验室对材料提出了建议，而印度先进复合材料组织批准了这个项目，并将其推介给印度轨道交通部门。随后几年进行了试运行。每辆车上的复合材料部件使齿轮箱重量减轻了逾400kg（大约减重50%），并且由于复合材料的特性而变得非常耐用，且整体性好，边角圆滑。据当地报道，产品质量一致性很高；装配时间大幅减少；只需两个工人，无需其他辅助配件；尺寸非常稳定，几乎不漏油。

作为复合材料齿轮箱商业化的标志，单单印度轨道交通部门运营的机车就有数千台。由于钢制齿轮箱使用寿命有限，因此除了新生产的车辆，还有大批在用车辆需要改造。

印度轨道交通部门还开发了一些外装部件和半隐蔽性部件，如车辆下面的高压水箱，通道连接门、电池箱以及类似汽车行业的一些机械部分的盖子，如燃料注射泵、冷却风扇等。有趣的是，在印度及其他一些地区，运营商想采用的复合材料覆盖件还另有原因。用塑料制品可以防止盗贼拆卸金属件当废品变卖，如车门、空调通风管道等。而复合材料对于他们来说没有任何价值。

总的来说，到目前为止复合材料用在重要结构部件和传动齿轮上还很少，从重量上说也似乎不可能占到整个车辆的一半，车头部分就更少了。在任何情况下，除了磁悬浮列车，在没有空气动力装置压住列车的情况下，需要保持一个最小的重量以确保列车在高速行驶时，能稳定保持在轨道上。

50%的复合材料用量可以在轻轨铁路、郊区和地铁列车上实现。

正如Kees Reijnen总结说道，“我确信，这一目标终将在列车上实现，应用将从轻型地铁开始。随着燃料价格持续上涨，在轨道交通车辆设计上会着重考虑减轻重量。这对复合材料来说非常有利，它的成本非常有竞争力。这一切最终都要落到减重和成本上。”