全球首辆碳纤维复合材料地铁车辆亮相柏林

2018-09-20 来源:科技日报 发布:高端装备产业研究中心

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  9月18日,全球首辆全碳纤维结构的轻量化地铁车辆在柏林国际轨道交通技术展亮相。这项成果由中车四方股份公司与中德轨道交通技术(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。

 

  中国驻德国大使史明德、中国中车总裁孙永才、德国技术专家胡芬巴赫教授、中国中车副总裁王军、中车四方股份公司总经理马双云出席发布会,并共同按下启动球,为新车揭幕。

 

  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。它的问世,将引领地铁车辆驶入更加绿色智能的新时代。相较传统地铁,新一代地铁车辆最大特点是更轻、更节能。据中车四方股份公司副总工程师丁参参介绍,新一代地铁车辆的司机室、车体、设备舱及转向架构架四大核心部件等均使用碳纤维制造,使车辆实现大幅“瘦身”。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,足足减轻了30%。

 

  位于德累斯顿的中德轨道交通技术联合研发中心为新车新材料的研发和设计作出了重要贡献,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。