樹脂材料在高速軌道交通領域應用逐步從車體內部裝飾、車內設備等非結構零件材料向車體等結構件延伸和擴大。
(1)車頭前端部
玻璃纖維增強聚酯的一個典型應用是制造機車流線型外殼的前部,如“歐洲之星”的車頭前端部。借助計算機輔助設計,可以得到非常精確的形狀。
意火利ETR500高速列車的車頭前突部分采用的是芳綸增強環氧樹脂的FRP,用這種材料模型成型的符合空氣動力學線型要求的車頭,具有優異的抗沖擊能力,當列車以
(2)車體結構
車輛車體結構的質量在整車中所占的比例較大,通常在l5%~30%左右。因此,提高車輛速度要解決車輛輕量化,就必須優先考慮車體結構的輕量化。過去人們習慣把鋁合金作為車體輕化的首選材料,由于車輛輕量化的要求越來越高,于是人們把目光注視到復合材料上來。
法國圈營鐵路公司(SNCF)認為對于未來的TGV高速列車(見圖3),考慮到迫切需要進一步減輕車體質量,只能采用復合材料的雙層TGV掛車,并進行線路運行試驗,對其耐火性、擾沖擊強度等進行運行測試。證實了復合材料車體的制造工藝是有效的,它比鋁制或鋼制車體的強度大,用碳纖維復材預計可比鋁制車的質量減少25%;同時也證實了復合材料車體在振動性能、透聲性能和絕熱性能方面的優點,提高了車體的舒適性。
在客車生產中最有成效的Schindler Waggon公司,應用玻纖或碳纖維纏繞制成輕型的承載結構車體。l995年首次裝于SIG活動側傾式轉向架上的3輛試驗車體在瑞士聯邦鐵路線上進行運行試驗,運行速度達到l
日本的制造工藝是采用拉擠的方法制造CFRP(碳纖維復合材料)曲面外板,再用鉚釘將面板鉚接在鋁構架上。實驗表明,通過優化設計,可以制出滿足需求的車體,并且在剛性方面也得到了與鋁車體結構相當的結果。
(4)轉向架
轉向架是支承車體的重要部件,轉向架的構架是特別重要的高強度部件,關系到整個車輛的安全性。轉向架必須滿足安全、運行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求。從不斷改善環境方面考慮,它們還要符合低能源消耗、減少質量和提高聲學性能的要求。
德國Dainler Benz集團的兩家企業AEG和MBB與德國聯邦鐵路(DB)緊密合作,開發了世界上第一個纖維復合材料的轉向架構架。復合材料轉向架通過了靜態模擬實驗、耐久試驗、運行試驗以及“商業檢驗”,在運營了100多萬km后檢測未發現任何損壞、磨損或撕裂。
(5)復合材料車軸、車輪
德國在研究采用復合材料制造輪心。可減重2%以上,并具有降噪以及緩和車輪與鋼軌問沖擊的效果。
(6)復合材料軌枕
Conrail鐵路公司已有試驗性的應用。主要在大曲率或重載線等特殊情況下使用。
(3)車廂內飾件
日本新干線的高速客車中,采用GFRP (玻璃鋼)制作車窗內飾、洗漱間、廁所、小便池、水箱、集便箱、車前頭蓋板:雙層客車兩端頂、兼作空調風道的天花板,餐車空調蓋板的天花板等部位亦被采用。為了減少受電弓周圍的空氣動力噪聲,而在車頂上安裝的受電弓罩亦采用GFRP制造。