ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการขนส่งทางรถไฟ มีการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุใหม่สำหรับยานพาหนะรางมากขึ้นเรื่อย ๆ และสัดส่วนของวัสดุใหม่ก็ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ การวิจัยและการประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์มีความโดดเด่นที่สุด เนื่องจากวัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์สามารถเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบ ผ่านการเลือกเมทริกซ์และวัสดุเสริมแรงที่แตกต่างกัน สัดส่วนการใช้งานที่แตกต่างกัน และการใช้กระบวนการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถได้รับด้วยคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่แตกต่างกันของวัสดุใหม่ เช่นฉนวนกันความร้อนที่ดี ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอ โมดูลัสจำเพาะสูง ความแข็งแรงจำเพาะสูง และคุณสมบัติอื่น ๆ ลักษณะนี้ไม่สามารถตอบสนองวัสดุเดี่ยวแบบดั้งเดิมได้
ในการออกแบบรถราง วัสดุคอมโพสิตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตกแต่งภายในของยานพาหนะ และอุปกรณ์ภายในและส่วนอื่น ๆ ของโครงสร้างการรับน้ำหนักก็ถูกนำมาใช้ในระดับหนึ่งเช่นกัน ชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตมีข้อดีคือมีความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา และมีความแข็งแรงสูง กระบวนการผลิตมักจะใช้เทคโนโลยีการขึ้นรูปใกล้ขั้นสุดท้าย ซึ่งไม่จำเป็นต้องดำเนินการเพิ่มเติม และสามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก การใช้วัสดุคอมโพสิตยังสามารถปรับปรุงความสะดวกสบายและความปลอดภัยของรถรางได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน และลดน้ำหนักตัว ไฟเบอร์คอมโพสิตได้กลายเป็นวัสดุหลักที่ขาดไม่ได้ในด้านการขนส่งทางรถไฟ
1
ลักษณะของวัสดุผสมไฟเบอร์
โมดูลัสและความแข็งแรงเฉพาะของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์นั้นสูงที่สุดในบรรดาวัสดุที่ใช้กันทั่วไป และมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านความแข็งแรง ความแข็ง และความเป็นพิษของควัน วัสดุ FRP ใหม่มีประสิทธิภาพที่ดีในการเป็นสารหน่วงไฟและเป็นฉนวนกันเสียง และวัสดุคอมโพสิตอะรามิดมีสารหน่วงไฟ ความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง เกรดฉนวนสูง ทนต่อความชื้น และทนต่อการกัดกร่อน คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่มั่นคง วัสดุคอมโพสิตทุกชนิดมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันและถูกนำมาใช้ในส่วนสำคัญต่างๆ ของยานพาหนะราง
2
การวิเคราะห์ข้อได้เปรียบในการใช้งานของวัสดุคอมโพสิตในยานพาหนะที่ใช้ราง
2.1 คุณสมบัติทางกลที่ดี
วัสดุคอมโพสิตรวบรวมประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของวัสดุเมทริกซ์และวัสดุเสริมแรง ด้วยความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา ความแข็งแกร่งขนาดใหญ่ การลดการสั่นสะเทือนและเสียง ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ฉนวนกันความร้อน และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ สำหรับการออกแบบที่มีน้ำหนักเบาของยานพาหนะ ปรับปรุงความปลอดภัย และความสะดวกสบายของรถก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง
2.2 ตอบสนองความต้องการการพัฒนาน้ำหนักเบาของยานพาหนะราง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความเร็วในการทำงานของยานพาหนะขนส่งทางรางมีมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งทำให้ยานพาหนะที่ใช้รางต้องได้รับการออกแบบให้มีน้ำหนักเบาโดยไม่ลดประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย วัสดุคอมโพสิตเป็นรูปแบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับยานพาหนะราง
2.3 สามารถลดต้นทุนได้
ด้วยการปรับปรุงความเร็วในการดำเนินการขนส่งทางรถไฟ ผู้คนให้ความสำคัญกับค่าบำรุงรักษาและค่าใช้จ่ายในการดำเนินการมากขึ้นเรื่อยๆ ขณะเดียวกันก็ให้ความสำคัญกับความปลอดภัยและความสะดวกสบายของยานพาหนะ แม้ว่าการลงทุนเริ่มแรกในอุตสาหกรรมการขนส่งทางรถไฟจะมีขนาดใหญ่ แต่ต้นทุนโดยรวมของยานพาหนะที่ใช้วัสดุคอมโพสิตนั้นสูงกว่าวัสดุทั่วไปอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการวิจัยและพัฒนาวัสดุใหม่และกระบวนการใหม่จำเป็นต้องมีการลงทุนจำนวนมาก อย่างไรก็ตามวงจรการดำเนินงานของการขนส่งทางรางนั้นยาวนาน จากมุมมองของวงจรชีวิตของยานพาหนะทั้งหมด ในด้านหนึ่ง ยานพาหนะน้ำหนักเบาสามารถลดการใช้พลังงานของยานพาหนะและลดต้นทุนการดำเนินงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในทางกลับกัน ความต้านทานการสั่นสะเทือน ความต้านทานความเมื่อยล้า ความต้านทานการกัดกร่อน ความทนทานต่อความเสียหาย และการดูดซับพลังงานการชนของวัสดุคอมโพสิตจะดีกว่าวัสดุโลหะทั่วไป ดังนั้นจึงสามารถขยายรอบการบำรุงรักษาของยานพาหนะได้ และค่าบำรุงรักษาสามารถ จะลดลงอย่างมาก ดังนั้นในระยะยาว วัสดุคอมโพสิตสามารถลดต้นทุนวงจรชีวิตของยานพาหนะได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2.4 มีความสามารถในการออกแบบที่แข็งแกร่ง
โมดูลัสจำเพาะสูงและความแข็งแรงจำเพาะสูงเป็นลักษณะเด่นที่สุดของวัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์ และคุณสมบัติทางกลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง ดังนั้น ด้วยการเลือกเมทริกซ์คอมโพสิตและการเสริมแรง และการเปลี่ยนแปลงกระบวนการขึ้นรูปของวัสดุ จึงสามารถตอบสนองข้อกำหนดการออกแบบที่หลากหลายได้ ตัวอย่างเช่น ความต้านทานแรงดึงของใยแก้วสามารถเข้าถึง 3500MPa และโมดูลัสยืดหยุ่นคือ 70GPa ความต้านทานแรงดึงของคาร์บอนไฟเบอร์โมดูลัสสูงสามารถเข้าถึง 3900MPa และโมดูลัสยืดหยุ่นคือ 600GPa จากการทดลองพบว่าโครงสร้างชั้นที่ดีที่สุดสามารถพบได้ตามข้อกำหนดการออกแบบในกระบวนการขึ้นรูปชิ้นส่วนโครงสร้างโดยการเปลี่ยนวัสดุคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันมากของวัสดุเมทริกซ์
2.5 ความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยที่ดี
ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อความปลอดภัยของชิ้นส่วนโครงสร้างคือความต้านทานต่อความล้าและความไวของรอยบากของวัสดุ ก่อนหน้านี้ คอมโพสิตมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาที่มีความเครียดสูง เช่น การบินและอวกาศ เนื่องจากมีความต้านทานความล้าที่ดีเยี่ยมและความไวต่ำ
แม้ว่าวัสดุโลหะทั่วไปจะมีความแข็งแรงคงที่สูง แต่ความแข็งแรงจะลดลงอย่างมากภายใต้สภาวะการสั่นสะเทือนที่รุนแรง เช่น ชิ้นส่วนโครงสร้างที่เป็นวัสดุโลหะจะมีช่องว่าง ณ จุดหนึ่ง ภายใต้การสั่นสะเทือนและการกระแทก (โหลดแบบแปรผัน) ข้อบกพร่องจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วจนกว่าชิ้นส่วนโครงสร้างจะเสียหาย อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างระหว่างความแข็งแรงคงที่และความแข็งแรงการสั่นสะเทือนของวัสดุคอมโพสิตนั้นเกือบเป็นศูนย์ แม้ว่าชิ้นส่วนโครงสร้างจะมีรอยบาก ความเค้นในวัสดุจะถูกถ่ายโอนไปยังชั้นที่อยู่ติดกัน และจะไม่ถูกทำลายเนื่องจากภาระที่แปรผันในระยะยาว นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลที่ชิ้นส่วนคอมโพสิตมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าชิ้นส่วนโลหะมาก
3
การใช้ไฟเบอร์คอมโพสิตในยานพาหนะราง
3.1 คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์
แม้ว่าการวิจัยและการประยุกต์ใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์จะเริ่มขึ้นในช่วงปลายประเทศจีน แต่เทคโนโลยีก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการจราจรของยานพาหนะ ตัวอย่างเช่น CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. ใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ในการออกแบบห้องโดยสารอุปกรณ์ของรถไฟหัวกระสุน รับประกันความทนทานต่อแรงกระแทก ทนต่อการกัดกร่อน และคุณสมบัติทางกลของยานพาหนะ และน้ำหนักของห้องโดยสารอุปกรณ์นั้นต่ำกว่าวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์
3.2 วัสดุคอมโพสิตใยแก้ว
ด้วยคุณสมบัติการลดเสียงรบกวนและหน่วงไฟที่ยอดเยี่ยม ความแข็งแรงทางกลและประสิทธิภาพอัตราส่วนความแข็งจึงโดดเด่นยิ่งขึ้น ดังนั้นจึงมักใช้ในที่นั่งของรถราง ที่คลุมศีรษะของห้องคนขับ และส่วนอื่นๆ
3.3 คอมโพสิตไฟเบอร์อะรามิด
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม คอมโพสิตอะรามิดมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น สารหน่วงไฟ ความแข็งแรงสูง เกรดฉนวนสูง ทนต่อความชื้นและทนต่อการกัดกร่อน และคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่มั่นคง ใช้ในมอเตอร์ หม้อแปลง และตำแหน่งอื่นๆ ได้อย่างเต็มที่ และสามารถมีบทบาทที่ดีในการลดน้ำหนักของฉนวน
4
จบ
การใช้วัสดุคอมโพสิตในยานพาหนะรางจะกว้างขวางมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงสร้างตัวรถมีแนวโน้มการใช้งานที่ดี
