Ang langyaw nga panukiduki sa natad sa mga komposit nga materyales alang sa pagbiyahe sa tren nagpadayon sa hapit tunga sa siglo.Bisan tuod ang paspas nga pag-uswag sa rail transit ug high-speed rail sa China ug ang paggamit sa domestic composite nga mga materyales niini nga natad anaa sa bug-os nga paglihok, ang reinforced fiber sa composite nga mga materyales nga kaylap nga gigamit sa langyaw nga rail transit mas bildo fiber, nga lahi sa nga sa carbon fiber composite sa China.Sama sa nahisgutan sa kini nga artikulo, ang carbon fiber dili mubu sa 10% sa mga komposit nga materyales alang sa lawas nga gihimo sa TPI Composites Company, ug ang nahabilin mao ang glass fiber, aron kini mabalanse ang gasto samtang gisiguro ang gaan.Ang kaylap nga paggamit sa carbon fiber dili kalikayan nga mosangpot sa mga kalisud sa gasto, mao nga kini magamit sa pipila ka importante nga mga sangkap sa istruktura sama sa bogies.
Sulod sa kapin sa 50 ka tuig, ang Norplex-Micarta, usa ka tigbuhat sa thermosetting composites, adunay makanunayon nga negosyo sa paghimo og mga materyales para sa mga aplikasyon sa rail transit, lakip ang mga tren, light-rail braking system, ug electrical insulation para sa taas nga electric rail.Apan karon, ang merkado sa kompanya nagkalapad lapas sa usa ka medyo pig-ot nga niche sa daghang mga aplikasyon sama sa mga dingding, atop ug salog.
Si Dustin Davis, direktor sa pagpalambo sa negosyo alang sa Norplex-Micarta, nagtuo nga ang riles ug uban pang mga merkado sa transportasyon sa masa labi nga maghatag mga oportunidad alang sa iyang kompanya, ingon man ang uban pang mga komposit nga tiggama ug mga supplier, sa umaabot nga mga tuig.Adunay daghang mga hinungdan alang sa gipaabut nga pagtubo, usa niini ang pagsagop sa European sa sumbanan sa Fire EN 45545-2, nga nagpaila sa labi ka higpit nga mga kinahanglanon sa pagpanalipod sa sunog, aso ug gas (FST) alang sa transportasyon sa masa.Pinaagi sa paggamit sa mga sistema sa phenolic resin, ang mga komposit nga tiggama mahimo nga ilakip ang kinahanglan nga mga kabtangan sa pagpanalipod sa sunog ug aso sa ilang mga produkto.
Dugang pa, ang mga operator sa bus, subway ug tren nagsugod sa pagkaamgo sa mga bentaha sa mga composite nga materyales sa pagkunhod sa saba nga vibration ug cacophony."Kung nakaadto ka sa subway ug nakadungog sa usa ka metal plate nga nag-ratt," miingon si Davis.Kung ang panel gihimo sa composite nga materyal, kini mute sa tingog ug maghimo sa tren nga mas hilom."
Ang mas gaan nga gibug-aton sa composite makapadani usab sa mga operator sa bus nga interesado sa pagkunhod sa paggamit sa gasolina ug pagpalapad sa range niini.Sa usa ka report sa Septiyembre 2018, ang market research firm nga si Lucintel nagtagna nga ang global market alang sa mga composite nga gigamit sa mass transportation ug off-road nga mga sakyanan motubo sa tinuig nga rate nga 4.6 porsyento tali sa 2018 ug 2023, nga adunay potensyal nga kantidad nga $1 bilyon sa 2023. Ang mga oportunidad moabut gikan sa lainlaing mga aplikasyon, lakip ang gawas, interior, hood ug mga bahin sa powertrain, ug mga sangkap sa kuryente.
Ang Norplex-Micarta karon naghimo ug bag-ong mga piyesa nga karon gisulayan sa mga linya sa light rail sa Estados Unidos.Dugang pa, ang kompanya nagpadayon sa pag-focus sa mga sistema sa elektripikasyon nga adunay padayon nga mga materyales sa fiber ug gihiusa kini sa mas paspas nga mga sistema sa pag-ayo sa resin."Mahimo nimong makunhuran ang mga gasto, madugangan ang produksiyon, ug madala ang tibuuk nga pagpaandar sa FST phenolic sa merkado," gipasabut ni Davis.Samtang ang mga komposit nga materyales mahimong mas mahal kaysa parehas nga mga bahin sa metal, giingon ni Davis nga ang gasto dili ang hinungdan sa pagtino sa aplikasyon nga ilang gitun-an.
Kahayag ug makapugong sa siga
Ang pag-ayo sa European rail operator nga si Duetsche Bahn's fleet sa 66 ICE-3 Express nga mga sakyanan usa sa mga kapabilidad sa composite nga mga materyales aron matubag ang mga piho nga panginahanglan sa mga kustomer.Ang sistema sa air conditioning, sistema sa kalingawan sa pasahero ug bag-ong mga lingkoranan nagdugang sa dili kinahanglan nga gibug-aton sa ICE-3 nga mga sakyanan sa tren.Dugang pa, ang orihinal nga plywood flooring wala makatagbo sa bag-ong European fire standards.Ang kompanya nanginahanglan usa ka solusyon sa salog aron makatabang sa pagkunhod sa gibug-aton ug pagtagbo sa mga sumbanan sa pagpanalipod sa sunog.Ang gaan nga composite flooring mao ang tubag.
Ang Saertex, usa ka tiggama sa mga komposit nga panapton nga nakabase sa Germany, nagtanyag og LEO® nga materyal nga sistema alang sa salog niini.Si Daniel Stumpp, global head sa marketing sa Saertex Group, miingon nga ang LEO usa ka layered, non-crimped nga tela nga nagtanyag og mas taas nga mekanikal nga mga kabtangan ug mas dako nga gaan nga potensyal kaysa hinabol nga mga panapton.Ang upat-ka-komponent nga composite system naglakip sa mga espesyal nga fire-resistant coatings, fiberglass reinforced materials, SAERfoam®(usa ka kinauyokan nga materyal nga adunay integrated 3D-fiberglass Bridges), ug LEO vinyl ester resins.
Ang SMT (gibase usab sa Germany), usa ka komposit nga materyal nga tiggama, nagmugna sa salog pinaagi sa usa ka proseso sa pagpuno sa vacuum gamit ang magamit nga mga bag nga silicon nga vacuum nga gihimo ni Alan Harper, usa ka kompanya sa Britanya."Kami nakatipig mga 50 porsyento sa gibug-aton gikan sa miaging plywood," ingon ni Stumpp."Ang sistema sa LEO gibase sa padayon nga fiber laminates nga adunay non-filled resin system nga adunay maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan ... Dugang pa, ang composite dili madunot, nga usa ka dako nga bentaha, ilabi na sa mga dapit diin kini nag-snow sa tingtugnaw ug sa basa ang salog."Ang salog, pang-ibabaw nga karpet ug materyal nga goma tanan nakab-ot ang bag-ong mga sumbanan nga nagpugong sa siga.
Ang SMT nakahimo og labaw pa sa 32,000 square feet nga mga panel, nga na-install sa mga un-tersiya sa walo ka ICE-3 nga mga tren hangtod karon.Atol sa proseso sa pag-ayo, ang gidak-on sa matag panel gi-optimize aron mohaum sa usa ka partikular nga awto.Ang OEM sa ICE-3 nga sedan nakadayeg pag-ayo sa bag-ong composite flooring nga nagmando kini og composite roof nga partially ilisan ang daan nga metal roof structure sa mga rail cars.
Labaw pa
Ang Proterra, usa ka tigdesinyo nga nakabase sa California ug naghimo sa mga zero-emission electric bus, naggamit sa mga composite nga materyales sa tanan nga mga lawas niini sukad sa 2009. Sa 2017, ang kompanya nagbutang usa ka rekord pinaagi sa pagmaneho sa 1,100 one-way nga milya sa Catalyst nga adunay baterya. ®E2 nga bus.Ang maong bus adunay gaan nga lawas nga gihimo sa komposit nga pabrika nga TPI Composite.
* Karong bag-o, ang TPI nakigtambayayong sa Proterra aron makahimo og usa ka integrated all-in-one composite electric bus."Sa usa ka kasagaran nga bus o trak, adunay usa ka chassis, ug ang lawas naglingkod sa ibabaw sa kana nga chassis," gipasabut ni Todd Altman, direktor sa Strategic marketing sa TPI.Uban sa gahi nga kabhang nga disenyo sa bus, among gihiusa ang chassis ug lawas, susama sa disenyo sa all-in-one nga sakyanan."
Ang Proterra single-shell nga lawas kay gituyo, gidisenyo gikan sa scratch aron mahimong electric vehicle.Kana usa ka hinungdanon nga kalainan, ingon ni Altman, tungod kay ang kasinatian sa daghang mga automaker ug electric bus maker mao ang pagsulay sa limitado nga mga pagsulay nga ipahiangay ang ilang tradisyonal nga mga disenyo alang sa internal nga pagkasunog nga mga makina sa mga de-koryenteng awto."Gikuha nila ang kasamtangan nga mga plataporma ug naningkamot sa pag-pack sa daghang mga baterya kutob sa mahimo. Wala kini naghatag sa pinakamaayo nga solusyon gikan sa bisan unsang punto sa panglantaw.""Miingon si Altman.
Daghang mga electric bus, pananglitan, adunay mga baterya sa likod o sa ibabaw sa sakyanan.Apan alang sa Proterra, ang TPI makahimo sa pag-mount sa baterya sa ilawom sa bus."Kung nagdugang ka daghang gibug-aton sa istruktura sa salakyanan, gusto nimo nga ang gibug-aton ingon gaan kutob sa mahimo, gikan sa usa ka punto sa pasundayag ug gikan sa usa ka punto sa kaluwasan," ingon ni Altman.Namatikdan niya nga daghang mga electric bus ug mga tiggama sa awto ang mobalik karon sa drawing board aron makahimo og mas episyente ug target nga mga disenyo alang sa ilang mga sakyanan.
Ang TPI misulod sa usa ka lima ka tuig nga kasabotan uban sa Proterra aron makahimo og hangtod sa 3,350 ka composite bus nga mga lawas sa mga pasilidad sa TPI sa Iowa ug Rhode Island.
Kinahanglan nga ipasadya
Ang pagdesinyo sa Catalyst bus body nanginahanglan nga ang TPI ug Proterra kanunay nga magbalanse sa mga kalig-on ug kahuyang sa tanan nga lain-laing mga materyales aron ilang makab-ot ang mga tumong sa gasto samtang makab-ot ang labing maayo nga performance.Namatikdan ni Altman nga ang kasinatian sa TPI sa pagprodyus og dagkong mga wind blades nga mga 200 ka tiil ang gitas-on ug motimbang og 25,000 ka libras nakapasayon alang kanila sa paghimo ug 40 ka tiil nga mga lawas sa bus nga motimbang tali sa 6,000 ug 10,000 ka libra.
Ang TPI makahimo sa pagkuha sa gikinahanglan nga kalig-on sa estruktura pinaagi sa pinili nga paggamit sa carbon fiber ug pagpabilin niini aron mapalig-on ang mga dapit nga adunay labing dako nga karga."Gigamit namon ang carbon fiber diin mahimo ka makapalit usa ka awto," ingon ni Altman.Sa kinatibuk-an, ang carbon fiber naglangkob sa ubos sa 10 porsyento sa composite reinforcing material sa lawas, uban ang fiberglass.
Gipili sa TPI ang vinyl ester resin alang sa parehas nga hinungdan."Kung atong tan-awon ang mga epoxies, kini maayo, apan kung imong ayohon kini, kinahanglan nimo nga ipataas ang temperatura, mao nga kinahanglan nimo nga ipainit ang agup-op. Kini usa ka dugang nga gasto, "mipadayon siya.
Ang kompanya naggamit sa vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) aron makagama og mga composite sandwich structures nga naghatag sa gikinahanglang stiffness sa usa ka shell.Atol sa proseso sa paggama, pipila ka mga metal fittings (sama sa sinulid nga mga fitting ug tapping plates) gilakip sa lawas.Ang bus gibahin ngadto sa ibabaw ug ubos nga mga bahin, nga unya gitaod.Ang mga trabahante kinahanglan nga sa ulahi magdugang gagmay nga mga composite embellishment sama sa fairings, apan ang gidaghanon sa mga piyesa usa ka tipik sa metal nga bus.
Human ipadala ang nahuman nga lawas sa planta sa produksiyon sa bus sa Proterra, ang linya sa produksiyon mas paspas tungod kay gamay ra ang trabaho nga buhaton."Dili nila kinahanglan nga buhaton ang tanan nga welding, grinding ug manufacturing, ug sila adunay usa ka yano kaayo nga interface aron makonektar ang lawas sa drivetrain," dugang ni Altman.Ang Proterra makadaginot sa oras ug makapamenos sa overhead tungod kay gamay ra ang lugar sa paggama ang gikinahanglan alang sa monocotic shell.
Nagtuo si Altman nga ang panginahanglan alang sa mga composite nga mga lawas sa bus magpadayon sa pagtubo samtang ang mga lungsod mobalik sa mga electric bus aron makunhuran ang polusyon ug makunhuran ang mga gasto.Sumala sa Proterra, ang mga de-koryenteng sakyanan sa baterya adunay labing ubos nga gasto sa siklo sa kinabuhi (12 ka tuig) kung itandi sa diesel, compressed natural gas o diesel hybrid bus.Kana tingali usa ka hinungdan ngano nga giingon ni Proterra nga ang pagbaligya sa mga electric bus nga gipadagan sa baterya karon nagkantidad sa 10% sa tibuuk nga merkado sa transportasyon.
Adunay pa pipila ka mga babag sa halapad nga aplikasyon sa mga komposit nga materyales sa lawas sa electric bus.Ang usa mao ang espesyalisasyon sa lain-laing mga panginahanglanon sa mga kustomer sa bus."Ang matag awtoridad sa transit ganahan nga makakuha og mga bus sa lahi nga paagi -- pag-configure sa lingkoranan, pag-abli sa hatch. Kini usa ka dako nga hagit alang sa mga tiggama sa bus, ug daghan sa mga butang sa pag-configure mahimong moadto kanamo.""Miingon si Altman. "Ang mga tiggama sa hiniusa nga lawas gusto nga adunay usa ka standard nga pagtukod, apan kung gusto sa matag kustomer ang usa ka taas nga lebel sa pag-customize, lisud kini buhaton." Ang TPI nagpadayon sa pagtrabaho kauban ang Proterra aron mapalambo ang disenyo sa bus aron mas maayo nga madumala. ang pagka-flexible nga gikinahanglan sa mga end-customer.
Susiha ang posibilidad
Ang mga komposit nagpadayon sa pagsulay kung ang mga materyales niini angay ba alang sa mga bag-ong aplikasyon sa transportasyon sa masa.Sa UK, ang ELG Carbon Fibre, nga nag-espesyalisar sa teknolohiya alang sa pag-recycle ug paggamit pag-usab sa carbon fiber, nanguna sa usa ka consortium sa mga kompanya nga nagpalambo sa gaan nga mga composite nga materyales para sa bogies sa mga salakyanan sa pasahero.Gisuportahan sa bogie ang lawas sa awto, giyahan ang wheelset ug gipadayon ang kalig-on niini.Nakatabang sila sa pagpauswag sa kaharuhay sa pagsakay pinaagi sa pagsuhop sa mga vibrations sa riles ug pagpamenos sa centrifugal force samtang ang tren moliko.
Ang usa ka tumong sa proyekto mao ang paghimo og mga bogie nga 50 porsiyento nga mas gaan kay sa susama nga metal nga mga bogie."Kung ang bogie mas gaan, kini makapahinabog gamay nga kadaot sa track, ug tungod kay ang load sa track mahimong mubu, ang oras sa pagmentinar ug gasto sa pagmentinar mahimong makunhuran," ingon ni Camille Seurat, ELG product development engineer.Dugang nga mga katuyoan mao ang pagpakunhod sa side-to-rail nga pwersa sa ligid sa 40% ug paghatag og tibuok kinabuhi nga pag-monitor sa kondisyon.Ang non-profit nga Rail Safety and Standards Board (RSSB) sa UK nagpundo sa proyekto nga adunay katuyoan nga makahimo usa ka produkto nga mahimo’g komersyo.
Daghang mga pagsulay sa paggama ang gihimo ug daghang mga panel sa pagsulay ang gihimo gamit ang prepregs gikan sa die pressing, conventional wet layup, perfusion ug autoclave.Tungod kay limitado ang produksiyon sa mga bogie, gipili sa kompanya ang epoxy prepreg nga giayo sa mga autoclave ingon nga labing epektibo sa gasto nga pamaagi sa pagtukod.
Ang bug-os nga gidak-on nga bogie prototype 8.8 ka tiil ang gitas-on, 6.7 ka tiil ang gilapdon ug 2.8 ka tiil ang kataas.Gihimo kini gikan sa kombinasyon sa recycled carbon fiber (nonwoven pads nga gihatag sa ELG) ug hilaw nga carbon fiber nga panapton.Ang one-way fibers gamiton alang sa nag-unang elemento sa kusog ug ibutang sa agup-op gamit ang robotic nga teknolohiya.Ang usa ka epoxy nga adunay maayo nga mekanikal nga mga kabtangan ang pilion, nga usa ka bag-ong giporma nga flame retardant epoxy nga sertipikado nga EN45545-2 para magamit sa mga riles.
Dili sama sa steel bogies, nga welded gikan sa steering beams ngadto sa duha ka side beams, composite bogies pagatukuron uban sa lain-laing mga ibabaw ug sa ubos nga unya gidugtong.Aron mapulihan ang kasamtangan nga metal bogies, ang composite nga bersyon kinahanglang maghiusa sa suspension ug brake connection brackets ug uban pang accessories sa samang posisyon."Sa pagkakaron, gipili namo nga tipigan ang steel fittings, apan alang sa dugang nga mga proyekto, mahimo nga makapaikag nga ilisan ang steel fittings nga adunay composite type fittings aron mas makunhuran pa nato ang katapusang gibug-aton," miingon si Seurat.
Usa ka miyembro sa consortium sa Sensors and Composites Group sa University of Birmingham ang nagdumala sa pag-uswag sa sensor, nga i-integrate sa composite bogie sa yugto sa paggama."Kadaghanan sa mga sensor mag-focus sa pagmonitor sa strain sa discrete points sa bogie, samtang ang uban alang sa temperature sensing," miingon si Seurat.Gitugotan sa mga sensor ang real-time nga pag-monitor sa komposisyon nga istruktura, nga gitugotan nga makolekta ang datos sa pagkarga sa tibuok kinabuhi.Maghatag kini og bililhong impormasyon bahin sa peak load ug long-term fatigue.
Gipakita sa pasiuna nga mga pagtuon nga ang mga composite bogies kinahanglan nga makab-ot ang gitinguha nga pagkunhod sa timbang nga 50%.Ang team sa proyekto naglaum nga adunay usa ka dako nga bogie nga andam alang sa pagsulay sa tungatunga sa 2019.Kung ang prototype molihok sama sa gipaabut, maghimo sila daghang mga bogie aron sulayan ang mga tram nga gihimo sa Alstom, ang kompanya sa transportasyon sa riles.
Suno kay Seurat, bisan pa madamo pa nga trabaho ang dapat himuon, ang mga nauna nga mga indikasyon nagasugyot nga posible ang paghimo sang composite bogie nga makakomersio nga makakompetensya sa mga metal nga bogie sa gasto kag kusog."Unya sa akong hunahuna adunay daghang mga kapilian ug potensyal nga aplikasyon alang sa mga komposit sa industriya sa riles," dugang niya.(Artikulo gi-reprint gikan sa Carbon Fiber ug sa Composite Technology niini ni Dr. Qian Xin).
Oras sa pag-post: Mar-07-2023