Materiale compozite în industria feroviară
De peste șaizeci de ani, TRB folosește materiale compozite ușoare pentru a oferi soluții inovatoare. Panourile sandwich ușoare din aluminiu compozite din fagure și pereții compuși ai TRB au făcut parte din mașina record Bluebird World Land Speed condusă de Donald Campbell în 1964. Panoul sandwich compozit din fagure ușor din aluminiu al TRB a fost utilizat pentru a construi un șasiu monococ pentru Formula Lotus câștigătoare a Campionatului Mondial din 1970. 1 mașină.
Trenurile London Underground District Line au lansat primele trenuri de producție echipate cu uși compozite ușoare din aluminiu fagure de miere în Marea Britanie în 1978. Vehiculul solar Team Antarctic este cel mai recent exemplu realizat aproape din panouri compozite ușoare.
Nevoia de reducere a greutății vehiculelor feroviare
Cerințele crescânde ale pasagerilor, inclusiv toaletele cu acces universal, rezervoarele CET, prize de curent, aer condiționat, mai multe mese, mecanisme de basculare, structuri îmbunătățite de impact și zone de încrețire și modificări ale reglementărilor de așezare, fac ca trenurile să fie mai grele. De exemplu, în comparație cu un transport cu material rulant Mk 3 din 1970, trenul Bombardier Voyager din anul 2000 a fost cu 40% mai greu. Greutatea trenului nu poate continua să crească. Carcasa, ușile exterioare, boghiurile, HVAC, cuplajele, cabina șoferului, căptușelile interioare, ușile interioare și interiorul pasagerilor, inclusiv scaunele, sunt domeniile cheie pentru reducerea greutății folosind compozite (Figura 1).
figura 1. Carcasa caroseriei, HVAC, ușile exterioare, boghiurile, cuplajele, ușile interioare, cabina șoferului, căptușelile interioare și interiorul pasagerilor, inclusiv scaunele, sunt principalele domenii pentru reducerea greutății folosind compozite.
Succesele actuale în reducerea greutății vehiculelor feroviare
Masa noii platforme AVENTRA a Bombardier pentru a înlocui Electrostar este în intervalul 30-35 tone, o reducere de la 17% la 28% în comparație cu modelele anterioare de 42 de tone. În plus, noua platformă consumă cu 50% mai puțină energie electrică decât echivalentul clasei 319 și facilitează timpul de călătorie redus. Greutatea celei mai recente platforme Desiro City de la Siemens este cu 25% mai mică decât media flotelor existente din Marea Britanie și consumă cu 50% mai puțină energie folosind spargere regenerativă, iluminat eficient din punct de vedere energetic și multe altele.
Un alt exemplu este trenul de navetă de nouă generație pentru Marea Britanie, Alstom X'Trapolis, care pretinde că are o greutate cu 28% mai mică decât flota medie britanică și cu 50% mai puțin consum de energie prin utilizarea compozitelor ușoare și a sistemelor de frânare regenerativă, precum și prin utilizarea judicioasă a energiei.
Opțiuni pentru economii suplimentare de greutate la vehiculele feroviare
Scaunele compozite, ușile compozite care utilizează compozite fibroase, spătarele, panourile de tavan, fronturile și capetele caroseriei, panourile laterale ale caroseriei și pardoselile cu funcționalitate sporită, inclusiv acoperirea podelei, încălzirea, izolația termică/acustică și opțiunile de curățare mai ușoare, sunt cealaltă domenii pentru a realiza în continuare o reducere a greutății rentabilă a vehiculelor feroviare.
Materiale compozite ușoare alternative pentru a satisface cerințele industriei feroviare
Materialele compozite ușoare alternative pentru a rezolva cerințele industriei feroviare în următorii ani includ SMC fenolic (compuși de turnare a foilor), pre-preg sticlă epoxidică modificată care respectă cele mai noi standarde de incendiu EN 45545, pre-preg de carbon/fenol, spumă ignifugă miezuri și cele mai noi materiale termoplastice cu bune proprietăți FST. În comparație cu compozitele monolitice, există mai multe materiale de bază ușoare capabile să ofere rigiditate și să scadă greutatea completă a panoului. Balsa, fagure Nomex, faguri de aluminiu, spumă și compozite din plută sunt câteva dintre exemplele pentru materialele de bază ușoare (Figura 2).
Figura 2. O serie de materiale de bază ușoare pot ajuta la asigurarea rigidității și pot reduce greutatea totală a panoului în comparație cu un compozit monolitic.
Noi progrese potențiale în compozite pentru industria feroviară
Deși armăturile din fibre naturale și bio-rășini se află în faza de dezvoltare, ele pot rezolva cerințele FST pentru aplicații pe șine, conform testelor inițiale. Sistemul de rășină XMTM30 de la Cytek este o sursă durabilă bio-regenerabilă care respectă specificațiile EN 45545 categoria HL3. Poate crea un sistem cu adevărat biosustenabil în combinație cu fibrele naturale. Cytek MTM ® 348FR este un alt produs care respectă cerințele EN 45545 categoria HL2. Cytek MTM ® 348FR și XMTM30 sunt potrivite pentru fabricarea componentelor compozite ușoare atât pentru aplicații structurale și nestructurale interioare, cât și exterioare.