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軌道交通車輛輕量化之玻璃鋼材料的應用?

發布日期: 2016-10-08
軌道交通車輛輕量化之玻璃鋼材料的應用
    隨著科技的發展,軌道交通車輛的輕量化更加有利于節約軌道交通的運營成本和后期軌道交通的維護費用。怎么減輕軌道交通車的質量問題呢,那就得運用到新材料,玻璃鋼材。玻璃鋼材可以很好的滿足機械強度以及軌道交通的應力要求此外還有阻燃、隔聲、隔熱等等一些性能。目前依然是國內積極研究玻璃鋼材料在軌道交通車輛中更廣泛的應用,這樣對于不管是對于經濟的發展還是社會的效益都有很大的提升。
    與傳統的玻璃纖維價格相比,新型玻璃鋼材料的碳纖維要高,不過碳纖維的密度更低,力學性能與機械性能更好,因此碳纖維或碳纖維與玻璃纖維的混合結構在軌道交通領域的用量也會日益增多。
    目前國內軌道交通車輛使用玻璃鋼的比例不高,現在主要應用于軌道交通車輛內裝部件,小范圍用在車體與轉向架中,存在很大的潛在市場的發展空間。
    1、運用于內部裝飾材料
    軌道交通車輛的內部裝飾是大量使用玻璃鋼材料的地方,如司機室的頭罩、客室座椅、側墻板、空調風道等結構都可以利用玻璃鋼材料制造。但是內部裝飾使用的是不完全由玻璃纖維與樹脂構成玻璃鋼結構,而是在其中利用了夾層構造,這樣做是為了達到一定的強度與剛度的設計要求。復合材料夾層結構從上到下由五部分組成,分別是玻璃鋼、膠層、泡沫(鋁蜂窩)、膠層、玻璃鋼的結構。另外在玻璃鋼面板表層相對于泡沫另一面的玻璃鋼面板會多出一層厚度大約為1毫米的膠衣,這樣是為了使其表面更加的光滑、美觀,更加有利于涂漆操作等。
    新型玻璃鋼面板的增強材料可以采用纖維布、纖維氈以及預浸料等多種型式,由不同層合成,而且其力學特性與纖維鋪放角度有關,會產生不同的效果。另外選取不同的樹脂與填料時,它們在阻燃性、隔熱性、隔聲性以及油漆性能等方面也存在很大差異性。因此利用新型玻璃鋼材料可以很大程度上提高軌道交通車輛部件的可設計性。
    (1)玻璃鋼材料應用于司機室頭罩
    玻璃鋼材料可塑性較好,可以根據車型及用戶要求設計成不同的造型,制作過程中不受幅寬的限制,還可根據需要預埋木梁或者鋼梁,以增加玻璃鋼制品的強度。模壓玻璃鋼制品成型后,表面噴涂進口膠衣,再噴涂聚酯漆,以提高表面裝飾效果。
    另外做成的玻璃鋼司機室頭罩在420℃高溫情況下仍能保持結構不變形,一旦車輛在隧道內發生火災,能為乘客逃生提供有利條件;而且玻璃鋼司機室頭罩設計厚度可小于3.2mm,能有效減輕車輛自重。
    (2)玻璃鋼材料應用客室座椅
    用玻璃鋼材料制造的座椅具有高強度、輕量化、耐老化、壽命長、免維護的特性,常溫下沒有有害氣體釋放,高溫燃燒時煙霧小,無毒性氣體產生,有利于逃生。
    (3)玻璃鋼材料應用于司機室操作臺
    司機室操作臺主要由臺面骨架與臺下骨架等部分構成,為了方便司機進行操作,因此要具有很好的流線性,而操作臺的空間比較小,且需要具有良好的電氣絕緣特性,玻璃鋼制品剛好有易于加工、后期修補方便、絕緣性能優越等特性,所以很適合應用于司機室操作臺。
    (4)玻璃鋼材料應用于客室側墻板
    玻璃鋼側墻板厚度一般為4 mm,玻璃鋼側墻背面周圈和窗口四周預埋膠條或鋁梁組成整體模塊,密閉性好,而且容易實現模塊化安裝,有利于調平整車墻面,使客室整體美觀大方。玻璃鋼側墻板強度高,耐磨性好,不易產生刮蹭劃痕,萬一出現此類問題,則可以通過噴塑、噴漆等工藝手段輕松修復。
    (5)玻璃鋼材料應用于空調風道
    空調風道是薄壁筒形結構件,要求熱傳導系數小,熱耗小,保溫性能好。由于玻璃鋼材料具有良好的拉伸強度和彎曲強度,而且熱導率低,是制造地鐵車輛空調風道理想的材料。實際情況表明,玻璃鋼材料空調風道可以較好地阻止風道內外熱量交換,有效防止風道結露。
    2、運用于軌道交通車輛的車體
    上世紀末期,美國的一家公司就制造了一輛玻璃鋼棚車的車體,重量大約6.6 t,安放在鋼底架上,利用鋼底架承受與傳遞縱向的牽引力。雖然該設計沒有減少太多的車體重量,但是與采用傳統材料成型工藝相比,新型玻璃鋼材料的車體成型工藝的費用卻降低了10%以上。
    3、運用于軌道交通車輛的轉向架
    轉向架是軌道交通車輛中重要組成部分,傳統材料的轉向架重量約占整車重量的35%左右,因此利用新型的材料對轉向架的重量進行優化設計,對整車的輕量化尤為重要。目前很多相關科研人員都在積極研究玻璃鋼材料在轉向架中的實際應用,而且進行了很多的試驗測試,檢驗其耐疲勞性能與強度性能。經測試,利用玻璃鋼材料成型的轉向架構架,可以使其質量大約降低三分之一,具有良好實際應用的前景。
    4、運用于軌道交通車輛的受流器
    現在軌道交通車輛主要利用受電弓受流與第三軌受流等方式。而牽引供電系統最重要的下級系統就是第三軌受流系統,這個系統將直接關系到軌道交通車輛供電系統的安全運行,因此,要求軌道交通車輛的接觸軌支架具有相當高的絕緣特性,目前國內的廣州地鐵四號線就主要利用了玻璃鋼材料的整體絕緣支架產品,從實際的運營來看,其效果良好。
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