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全球首辆碳纤维复合材料列车亮相柏林展

来源:科技日报    发布日期:2018-09-20

科技日报柏林9月18日电(记者顾钢)全球首辆全碳纤维结构的轻量化列车在柏林国际轨道交通技术展亮相。这项成果由中德轨道交通技术(德累斯顿)联合研发中心(CG Rail)自主研发,是中国中车股份有限公司“下一代地铁”项目中的重大技术突破,也充分展现了中德合作在轻量化领域的强劲实力。

作为全球最大的轨道交通设备制造商,中车在“下一代地铁”项目中,从绿色和节能的角度出发,致力于开发以地铁为重点的更环保且性能更卓越的城市公共交通工具。CG Rail成功完成了项目中司机室、车体、设备舱及转向架构架四大核心部件的创新研发,为中国轨道交通升级换代奠定了坚实的技术基础,也为轨道交通车辆轻量化指明了未来发展的方向。

以车体为例,碳纤维增强复合材料的使用率达到了70%。其重量与传统铝制车体相比,足足减少了30%。除了通过模拟仿真寻找与材料特性相匹配的最优结构之外,CG Rail更掌握了先进、新型的轻量化制造工艺,通过对拉挤工艺的进一步发展,联合研发中心目前已经具备壁厚达25毫米、大型、多腔碳纤维型材拉挤成型的能力,并且能够在一个部件上高效率地完成多种纤维材料的多轴向排列。CG Rail总经理乌尔布里希特博士称,原则上我们可以生产长度不受限制的型材,但受工厂场地限制,目前拉挤成型的部件最长达77米”。

创新的工艺也在转向架构架的生产上得到了充分的体现。其中纵梁和横梁都采用了碳纤维增强复合材料。在制备过程中,首先编织或缠绕出梁的增强材料预成形体,再通过RTM工艺注射树脂、加热固化。极高的自动化水平使得整个制备流程具有可重复性,大大提高了生产效率。与传统钢结构相比,碳纤维转向架构架成功“瘦身”,减重达40%以上,并且能够承受最高负载,可以满足所有行驶动力学的要求。

碳纤维复合材料使用率高达90%的司机室和设备舱也为轻量化领域树立了新的标杆。和传统金属材料相比,设备舱减重了30%,司机室的“瘦身”更是达到了30%以上。除此之外,联合研发中心的工程师们还在项目中攻克了诸多技术难题。比如,通过集成优化,在保证各功能完备的前提下,减少了零部件的数量和种类。到目前为止,CG Rail已申请了16项专利,这无疑是团队蕴含的巨大创新潜力的最好证明。

作者:顾钢编辑:叶秋红
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