Temir yo‘l tranziti uchun kompozit materiallar sohasida xorijiy tadqiqotlar qariyb yarim asrdan beri davom etmoqda.Xitoyda temir yo'l tranziti va tezyurar temir yo'lning jadal rivojlanishi va bu sohada mahalliy kompozit materiallarni qo'llash jadal sur'atlarda davom etayotgan bo'lsa-da, xorijiy temir yo'l tranzitida keng qo'llaniladigan kompozit materiallarning mustahkamlangan tolasi ko'proq shisha tolasi bo'lib, u boshqasidan farq qiladi. Xitoyda uglerod tolasi kompozitlari.Ushbu maqolada aytib o'tilganidek, uglerod tolasi TPI Composites kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan tana uchun kompozit materiallarning 10% dan kamrog'ini tashkil etadi, qolganlari esa shisha tolalardir, shuning uchun u engil vaznni ta'minlashda xarajatlarni muvozanatlashi mumkin.Uglerod tolasidan ommaviy foydalanish muqarrar ravishda xarajat qiyinchiliklariga olib keladi, shuning uchun uni bog'lar kabi ba'zi asosiy tarkibiy qismlarda ishlatish mumkin.
Norplex-Micarta 50 yildan ortiq vaqt davomida termoset kompozitsiyalarini ishlab chiqaruvchi temir yo'l tranziti uchun materiallar, jumladan poezdlar, engil relsli tormoz tizimlari va baland elektr relslari uchun elektr izolyatsiyasi ishlab chiqarish bo'yicha barqaror biznesga ega.Ammo bugungi kunda kompaniya bozori nisbatan tor doiradan tashqarida devorlar, tomlar va pollar kabi ko'proq ilovalarga kengaymoqda.
Norplex-Micarta biznesni rivojlantirish bo'yicha direktori Dastin Devisning fikricha, kelgusi yillarda temir yo'l va boshqa ommaviy transport bozorlari uning kompaniyasi, shuningdek, boshqa kompozit ishlab chiqaruvchilar va yetkazib beruvchilar uchun tobora ko'proq imkoniyatlar yaratadi.Ushbu kutilayotgan o'sishning bir nechta sabablari bor, ulardan biri ommaviy transport uchun yong'in, tutun va gazdan himoya qilish (FST) yanada qattiq talablarni joriy qiluvchi EN 45545-2 yong'in standartining Evropada qabul qilinishidir.Fenolik qatronlar tizimlaridan foydalangan holda, kompozit ishlab chiqaruvchilar o'z mahsulotlariga zarur yong'in va tutun himoya xususiyatlarini kiritishlari mumkin.
Bundan tashqari, avtobus, metro va poezd operatorlari shovqinli tebranish va kakofoniyani kamaytirishda kompozit materiallarning afzalliklarini anglay boshlaydilar."Agar siz metroda bo'lgan bo'lsangiz va metall plastinkaning shitirlashini eshitgan bo'lsangiz", dedi Devis.Agar panel kompozit materialdan yasalgan bo'lsa, u ovozni o'chiradi va poezdni tinchroq qiladi."
Kompozitning engilroq og'irligi ham uni yonilg'i sarfini kamaytirish va uning assortimentini kengaytirishdan manfaatdor avtobus operatorlari uchun jozibador qiladi.2018 yil sentabr oyidagi hisobotida Lucintel bozor tadqiqot firmasi 2018 yildan 2023 yilgacha ommaviy transport va yo‘ltanlamas transport vositalarida qo‘llaniladigan kompozitlar global bozori yillik 4,6 foizga o‘sishini, 2023 yilga kelib esa potentsial qiymati 1 milliard dollarni tashkil etishini bashorat qildi. Imkoniyatlar turli xil ilovalar, jumladan, tashqi, ichki, kaput va quvvat uzatuvchi qismlar va elektr komponentlardan kelib chiqadi.
Norplex-Micarta hozirda Qo'shma Shtatlardagi engil temir yo'l liniyalarida sinovdan o'tkazilayotgan yangi qismlarni ishlab chiqaradi.Bundan tashqari, kompaniya uzluksiz tolali materiallarga ega elektrlashtirish tizimlariga e'tibor qaratishda davom etmoqda va ularni tezroq qattiqlashtiruvchi qatronlar tizimlari bilan birlashtiradi."Siz xarajatlarni kamaytirishingiz, ishlab chiqarishni ko'paytirishingiz va FST fenolining to'liq funksionalligini bozorga olib chiqishingiz mumkin", deb tushuntirdi Devis.Kompozit materiallar shunga o'xshash metall qismlarga qaraganda qimmatroq bo'lishi mumkin bo'lsa-da, Devisning aytishicha, narx ular o'rganayotgan dasturni belgilovchi omil emas.
Yengil va olovga chidamli
Evropa temir yo'l operatori Duetsche Bahnning 66 ta ICE-3 Express vagonlaridan iborat parkini ta'mirlash mijozlarning o'ziga xos ehtiyojlarini qondirish uchun kompozit materiallarning imkoniyatlaridan biridir.Konditsioner tizimi, yo'lovchilar uchun ko'ngilochar tizim va yangi o'rindiqlar ICE-3 temir yo'l vagonlariga keraksiz og'irlik qo'shdi.Bundan tashqari, asl kontrplak taxta yangi Yevropa yong'in standartlariga javob bermadi.Og'irlikni kamaytirish va yong'indan himoya qilish standartlariga javob berish uchun kompaniyaga taxta yechimi kerak edi.Engil kompozit taxta - bu javob.
Germaniyada joylashgan kompozit matolar ishlab chiqaruvchi Saertex o'zining pol qoplamasi uchun LEO® material tizimini taklif qiladi.Saertex Group kompaniyasining global marketing bo'limi boshlig'i Daniel Stumpning aytishicha, LEO qatlamli, qiyshiq bo'lmagan mato bo'lib, to'quv matolarga qaraganda yuqori mexanik xususiyatlar va katta engil salohiyatni taklif qiladi.To'rt komponentli kompozit tizim o'z ichiga maxsus yong'inga chidamli qoplamalar, shisha tolali materiallar, SAERfoam® (integratsiyalashgan 3D-shisha tolali ko'prikka ega asosiy material) va LEO vinil ester qatronlarini o'z ichiga oladi.
Kompozit materiallar ishlab chiqaruvchi SMT (shuningdek, Germaniyada joylashgan) Britaniya kompaniyasi Alan Xarper tomonidan ishlab chiqarilgan qayta foydalanish mumkin bo'lgan kremniy vakuumli sumkalar yordamida vakuumni to'ldirish jarayoni orqali polni yaratdi."Biz avvalgi faneraning og'irligining taxminan 50 foizini tejadik", dedi Stumpp."LEO tizimi mukammal mexanik xususiyatlarga ega, to'ldirilmagan qatronlar tizimiga ega bo'lgan uzluksiz tolali laminatlarga asoslangan... . Bundan tashqari, kompozit chirimaydi, bu katta afzallikdir, ayniqsa qishda qor yog'adigan va yomg'ir yog'adigan joylarda. pol nam."Zamin, ustki gilam va kauchuk materialning barchasi yangi olovni ushlab turuvchi standartlarga javob beradi.
SMT 32 000 kvadrat futdan ortiq panellarni ishlab chiqardi, ular bugungi kunga qadar sakkizta ICE-3 poezdlarining uchdan biriga o'rnatildi.Ta'mirlash jarayonida har bir panelning o'lchami ma'lum bir avtomobilga moslash uchun optimallashtiriladi.ICE-3 sedanining OEM kompaniyasi yangi kompozit taxtadan shunchalik hayratda qoldiki, u temir yo'l vagonlarida eski metall tom konstruktsiyasini qisman almashtirish uchun kompozit tomga buyurtma berdi.
Oldinga borish
Kaliforniyalik dizayner va nol emissiyali elektr avtobuslar ishlab chiqaruvchi Proterra 2009 yildan buyon barcha kuzovlarida kompozit materiallardan foydalanmoqda. 2017 yilda kompaniya o‘zining akkumulyatorli katalizatorida bir tomonlama 1100 mil yo‘l bosib, rekord o‘rnatdi. ®E2 avtobusi.Bu avtobus kompozit ishlab chiqaruvchi TPI Composite tomonidan ishlab chiqarilgan engil kuzovga ega.
* Yaqinda TPI Proterra bilan integratsiyalashgan all-in-one kompozit elektr avtobus ishlab chiqarish uchun hamkorlik qildi."Odatdagi avtobus yoki yuk mashinasida shassi bor va kuzov shu shassisning tepasida joylashgan", deb tushuntiradi TPI strategik marketing direktori Todd Altman.Avtobusning qattiq qobig'i dizayni bilan biz shassi va kuzovni yaxlit avtomobil dizayniga o'xshatib birlashtirdik." Yagona tuzilma ishlash talablariga javob beradigan ikkita alohida tuzilmaga qaraganda samaraliroq.
Proterra yagona qobiqli korpusi maxsus ishlab chiqilgan bo'lib, noldan elektr transport vositasi bo'lish uchun mo'ljallangan.Bu muhim farq, dedi Altman, chunki ko'plab avtomobil ishlab chiqaruvchilar va elektr avtobus ishlab chiqaruvchilarning tajribasi ichki yonuv dvigatellari uchun an'anaviy dizaynlarini elektr transport vositalariga moslashtirishga cheklangan urinishlar bo'lgan."Ular mavjud platformalarni olib, iloji boricha ko'proq batareyalarni yig'ishga harakat qilmoqdalar. Bu hech qanday nuqtai nazardan eng yaxshi echimni taklif qilmaydi."- dedi Altman.
Ko'pgina elektr avtobuslar, masalan, avtomobilning orqasida yoki tepasida batareyalar mavjud.Ammo Proterra uchun TPI batareyani avtobus ostiga o'rnatishga qodir."Agar siz avtomobil tuzilishiga katta vazn qo'shayotgan bo'lsangiz, bu og'irlik ishlash nuqtai nazaridan ham, xavfsizlik nuqtai nazaridan ham imkon qadar engil bo'lishini xohlaysiz", dedi Altman.Uning ta'kidlashicha, ko'plab elektr avtobus va avtomobil ishlab chiqaruvchilari endi o'z transport vositalari uchun yanada samarali va maqsadli dizaynlarni ishlab chiqish uchun chizma taxtasiga qaytishmoqda.
TPI Proterra bilan TPIning Ayova va Rod-Aylenddagi zavodlarida 3350 tagacha kompozit avtobus kuzovlarini ishlab chiqarish bo'yicha besh yillik shartnoma tuzdi.
Moslashtirish kerak
Katalizator avtobus korpusini loyihalash TPI va Proterra har xil materiallarning kuchli va zaif tomonlarini doimiy ravishda muvozanatlashini talab qiladi, shunda ular optimal ishlashga erishib, xarajatlar maqsadlariga javob bera oladi.Altmanning ta'kidlashicha, TPIning uzunligi taxminan 200 fut va og'irligi 25 000 funt bo'lgan katta shamol pichoqlarini ishlab chiqarish tajribasi ularga 6000 dan 10 000 funtgacha bo'lgan 40 futlik avtobus kuzovlarini ishlab chiqarishni nisbatan osonlashtiradi.
TPI uglerod tolasini tanlab ishlatish va uni eng katta yukni ko'taradigan joylarni mustahkamlash uchun saqlab qolish orqali kerakli strukturaviy quvvatni olishga qodir."Biz uglerod tolasidan foydalanamiz, u erda siz asosan mashina sotib olishingiz mumkin", dedi Altman.Umuman olganda, uglerod tolasi tananing kompozit mustahkamlovchi materialining 10 foizidan kamrog'ini tashkil qiladi, qolgan qismi shisha tolali.
TPI shunga o'xshash sababga ko'ra vinil ester qatronini tanladi."Epoksiyalarga qarasak, ular juda yaxshi, lekin siz ularni davolaganingizda, siz haroratni ko'tarishingiz kerak, shuning uchun siz qolipni isitishingiz kerak. Bu qo'shimcha xarajat ", - davom etdi u.
Kompaniya bitta qobiqqa kerakli qattiqlikni ta'minlaydigan kompozit sendvich konstruksiyalarni ishlab chiqarish uchun vakuumli qatronlar o'tkazuvchi kalıplamadan (VARTM) foydalanadi.Ishlab chiqarish jarayonida ba'zi metall armatura (masalan, tishli armatura va teginish plitalari) korpusga kiritilgan.Avtobus yuqori va pastki qismlarga bo'linadi, keyinchalik ular bir-biriga yopishtiriladi.Ishchilar keyinchalik yarmarkalar kabi kichik kompozitsion bezaklarni qo'shishlari kerak, ammo uning qismlari soni metall avtobusning bir qismidir.
Tayyor tanani Proterra avtobus ishlab chiqarish zavodiga yuborgandan so'ng, ishlab chiqarish liniyasi tezroq oqadi, chunki bajarilishi kerak bo'lgan ish kamroq."Ular barcha payvandlash, silliqlash va ishlab chiqarish bilan shug'ullanishlari shart emas va ular korpusni harakatlantiruvchi vositaga ulash uchun juda oddiy interfeysga ega", deya qo'shimcha qildi Altman.Proterra vaqtni tejaydi va qo'shimcha xarajatlarni kamaytiradi, chunki monokotik qobiq uchun kamroq ishlab chiqarish maydoni talab qilinadi.
Altmanning fikricha, shaharlar ifloslanishni kamaytirish va xarajatlarni kamaytirish uchun elektr avtobuslariga murojaat qilgani sababli, kompozit avtobus korpuslariga talab o'sishda davom etadi.Proterra ma'lumotlariga ko'ra, akkumulyatorli elektr transport vositalari dizel, siqilgan tabiiy gaz yoki dizel gibrid avtobuslarga nisbatan eng past ishlash muddati (12 yil) qiymatiga ega.Proterra akkumulyatorli elektr avtobuslar sotuvi umumiy transport bozorining 10 foizini tashkil etishini aytadi.
Elektr avtobus korpusida kompozit materiallarni keng qo'llashda hali ham ba'zi to'siqlar mavjud.Ulardan biri avtobus mijozlarining turli ehtiyojlarini ixtisoslashtirishdir."Har bir tranzit idorasi avtobuslarni turli yo'l bilan olishni yaxshi ko'radi -- o'rindiqlar konfiguratsiyasi, lyuk ochilishi. Bu avtobus ishlab chiqaruvchilar uchun katta qiyinchilik va bu konfiguratsiya elementlarining ko'pchiligi bizga borishi mumkin.""Altman dedi. "Integratsiyalashgan kuzov ishlab chiqaruvchilari standart konstruktsiyaga ega bo'lishni xohlashadi, lekin agar har bir mijoz yuqori darajadagi moslashtirishni xohlasa, buni qilish qiyin bo'ladi." TPI avtobus dizaynini yaxshilash uchun Proterra bilan ishlashda davom etmoqda. oxirgi mijozlar tomonidan talab qilinadigan moslashuvchanlik.
Imkoniyatni o'rganing
Kompozitlar uning materiallari yangi ommaviy transport dasturlari uchun mos keladimi yoki yo'qligini tekshirishda davom etmoqda.Buyuk Britaniyada uglerod tolasini qayta ishlash va qayta ishlatish texnologiyasiga ixtisoslashgan ELG Carbon Fibre yengil avtomobillarda aravalar uchun engil kompozit materiallar ishlab chiqaruvchi kompaniyalar konsorsiumiga rahbarlik qiladi.Bogi avtomobil tanasini qo'llab-quvvatlaydi, g'ildiraklar guruhini boshqaradi va uning barqarorligini saqlaydi.Ular temir yo'l tebranishlarini yutish va poezd aylanayotganda markazdan qochma kuchni kamaytirish orqali haydash qulayligini oshirishga yordam beradi.
Loyihaning maqsadlaridan biri - taqqoslanadigan metall aravalarga qaraganda 50 foizga engilroq aravalarni ishlab chiqarishdir."Agar bogie engilroq bo'lsa, u trekka kamroq shikast etkazadi va trekdagi yuk kamroq bo'lgani uchun texnik xizmat ko'rsatish vaqti va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini kamaytirish mumkin", deydi ELG mahsulotlarini ishlab chiqish muhandisi Kamil Seurat.Qo'shimcha maqsadlar - yonma-yon g'ildirak kuchlarini 40% ga kamaytirish va umr bo'yi holat monitoringini ta'minlash.Buyuk Britaniyaning notijorat temir yo‘l xavfsizligi va standartlari kengashi (RSSB) tijorat nuqtai nazaridan foydali mahsulot ishlab chiqarish maqsadida loyihani moliyalashtirmoqda.
Keng qamrovli ishlab chiqarish sinovlari o'tkazildi va bir qator sinov panellari matritsali presslash, an'anaviy nam yotqizish, perfuziya va avtoklavdan tayyorlangan prepreglar yordamida amalga oshirildi.Bog'larni ishlab chiqarish cheklangan bo'lishi sababli, kompaniya qurilishning eng tejamkor usuli sifatida avtoklavlarda quritilgan epoksi prepregni tanladi.
To'liq o'lchamli bogi prototipi uzunligi 8,8 fut, kengligi 6,7 fut va balandligi 2,8 fut.U qayta ishlangan uglerod tolasi (ELG tomonidan taqdim etilgan to'qilmagan yostiqlar) va xom uglerod tolali matoning kombinatsiyasidan tayyorlangan.Bir tomonlama tolalar asosiy mustahkamlik elementi uchun ishlatiladi va robot texnologiyasidan foydalangan holda qolipga joylashtiriladi.Yaxshi mexanik xususiyatlarga ega bo'lgan epoksi tanlanadi, bu temir yo'llarda foydalanish uchun EN45545-2 sertifikatiga ega bo'lgan yangi ishlab chiqilgan olovga chidamli epoksi bo'ladi.
Rulda to'sinlaridan ikkita yon to'singa payvandlangan po'lat aravalardan farqli o'laroq, kompozit aravalar turli xil ustki va pastki qismlari bilan quriladi, ular keyinchalik birlashtiriladi.Mavjud metall aravachalarni almashtirish uchun kompozit versiyada osma va tormoz aloqasi qavslari va boshqa aksessuarlarni bir xil holatda birlashtirish kerak bo'ladi."Hozircha biz po'lat armaturalarni saqlashni tanladik, ammo keyingi loyihalar uchun po'lat armaturalarni kompozit turdagi armatura bilan almashtirish qiziqarli bo'lishi mumkin, shunda biz yakuniy og'irlikni yanada kamaytirishimiz mumkin", dedi Seurat.
Birmingem universitetidagi Sensorlar va kompozitlar guruhining konsorsium a'zosi ishlab chiqarish bosqichida kompozit bog'ga birlashtiriladigan sensorning rivojlanishini nazorat qilmoqda."Ko'pchilik datchiklar bogining diskret nuqtalarida kuchlanishni kuzatishga, boshqalari esa haroratni aniqlashga qaratilgan", dedi Seurat.Sensorlar kompozit tuzilmani real vaqt rejimida kuzatish imkonini beradi, bu esa umr bo'yi yuk ma'lumotlarini to'plash imkonini beradi.Bu eng yuqori yuk va uzoq muddatli charchoq haqida qimmatli ma'lumot beradi.
Dastlabki tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, kompozit bog'lar kerakli vaznni 50% ga kamaytirishga qodir bo'lishi kerak.Loyiha jamoasi 2019-yilning o‘rtalarida sinovga tayyor bo‘lgan katta bojiga ega bo‘lishiga umid qilmoqda.Agar prototip kutilganidek ishlasa, ular temir yo'l transporti kompaniyasi Alstom tomonidan ishlab chiqarilgan tramvaylarni sinovdan o'tkazish uchun ko'proq bog'larni ishlab chiqaradi.
Seuratning so'zlariga ko'ra, hali qilinishi kerak bo'lgan ishlar ko'p bo'lsa-da, dastlabki ko'rsatkichlar narxi va quvvati bo'yicha metall bog'lar bilan raqobatlasha oladigan tijorat maqsadlarida foydalanish mumkin bo'lgan kompozit aravani qurish mumkinligini ko'rsatmoqda."Menimcha, temir yo'l sanoatida kompozitlar uchun juda ko'p imkoniyatlar va potentsial ilovalar mavjud", deya qo'shimcha qildi u.(Maqola doktor Qian Xin tomonidan "Karbon tolasi va uning kompozit texnologiyasidan" qayta nashr etilgan).
Yuborilgan vaqt: 2023-yil 07-mart