Ավելի ու ավելի շատ կոմպոզիտային նյութեր են գտնում իրենց ճանապարհը դեպի երկաթուղային և զանգվածային տրանսպորտի համակարգեր

Բացի այդ, ավտոբուսների, մետրոյի և գնացքների օպերատորները սկսում են գիտակցել կոմպոզիտային նյութերի առավելությունները՝ նվազեցնելով աղմկոտ թրթռումները և կակոֆոնիան:«Եթե դուք երբևէ եղել եք մետրոյում և լսել եք մետաղական թիթեղի թխկոցը», - ասաց Դևիսը:Եթե ​​վահանակը պատրաստված է կոմպոզիտային նյութից, այն կխլացնի ձայնը և գնացքը ավելի հանգիստ կդարձնի»:

Կոմպոզիտի ավելի թեթև քաշը նաև գրավիչ է դարձնում ավտոբուսի օպերատորների համար, ովքեր հետաքրքրված են վառելիքի օգտագործման կրճատմամբ և ընդլայնելով դրա տեսականին:2018-ի սեպտեմբերի զեկույցում շուկայի հետազոտական ​​Lucintel ընկերությունը կանխատեսեց, որ զանգվածային փոխադրումների և արտաճանապարհային մեքենաների մեջ օգտագործվող կոմպոզիտների համաշխարհային շուկան կաճի տարեկան 4,6 տոկոսով 2018-2023 թվականներին՝ մինչև 2023 թվականը 1 միլիարդ դոլարի հնարավոր արժեքով: Հնարավորությունները կգան մի շարք ծրագրերից, ներառյալ արտաքին, ներքին, գլխարկի և ուժային ապարատի մասերը և էլեկտրական բաղադրիչները:

Norplex-Micarta-ն այժմ արտադրում է նոր մասեր, որոնք ներկայումս փորձարկվում են ԱՄՆ-ի թեթև երկաթուղային գծերի վրա:Բացի այդ, ընկերությունը շարունակում է կենտրոնանալ շարունակական մանրաթելային նյութերով էլեկտրաֆիկացման համակարգերի վրա և դրանք համատեղում է ավելի արագ բուժվող խեժի համակարգերի հետ:«Դուք կարող եք նվազեցնել ծախսերը, ավելացնել արտադրությունը և շուկա բերել FST ֆենոլի ամբողջական ֆունկցիոնալությունը», - բացատրեց Դևիսը:Թեև կոմպոզիտային նյութերը կարող են ավելի թանկ լինել, քան նմանատիպ մետաղական մասերը, Դևիսն ասում է, որ արժեքը այն կիրառման որոշիչ գործոնը չէ, որը նրանք ուսումնասիրում են:

Թեթև և բոցավառող
Եվրոպական երկաթուղային օպերատոր Duetsche Bahn-ի 66 ICE-3 Express մեքենաներից բաղկացած պարկի վերանորոգումը կոմպոզիտային նյութերի հնարավորություններից մեկն է՝ բավարարելու հաճախորդների հատուկ կարիքները:Օդորակման համակարգը, ուղևորների ժամանցի համակարգը և նոր նստատեղերը ավելորդ քաշ են ավելացրել ICE-3 երկաթուղային վագոններին:Բացի այդ, նրբատախտակի սկզբնական հատակը չէր համապատասխանում հրդեհային եվրոպական նոր ստանդարտներին:Ընկերությանը անհրաժեշտ էր հատակի լուծույթ, որը կօգնի նվազեցնել քաշը և համապատասխանել հրդեհային պաշտպանության չափանիշներին:Թեթև կոմպոզիտային հատակը պատասխանն է:

Saertex-ը, որը կոմպոզիտային գործվածքներ արտադրող Գերմանիայում, առաջարկում է LEO® նյութական համակարգ իր հատակների համար:Saertex Group-ի մարքեթինգի գլոբալ ղեկավար Դենիել Ստամփը ասում է, որ LEO-ն շերտավոր, չծալված գործվածք է, որն առաջարկում է ավելի բարձր մեխանիկական հատկություններ և ավելի թեթև ներուժ, քան հյուսված գործվածքները:Չորս բաղադրիչ կոմպոզիտային համակարգը ներառում է հատուկ հրակայուն ծածկույթներ, ապակեպլաստե ամրացված նյութեր, SAERfoam® (հիմնական նյութ՝ ինտեգրված 3D ապակեպլաստե կամուրջներով) և LEO վինիլային էսթեր խեժեր:

SMT (նաև հիմնված է Գերմանիայում), կոմպոզիտային նյութեր արտադրող ընկերությունը հատակը ստեղծեց վակուումային լցոնման գործընթացի միջոցով՝ օգտագործելով բազմակի օգտագործման սիլիկոնային վակուումային տոպրակներ, որոնք պատրաստված են բրիտանական Ալան Հարփերի կողմից:«Մենք խնայել ենք քաշի մոտ 50 տոկոսը նախկին նրբատախտակից», - ասել է Ստամփը։«LEO համակարգը հիմնված է շարունակական մանրաթելային լամինատների վրա՝ չլցված խեժային համակարգով՝ գերազանց մեխանիկական հատկություններով... Բացի այդ, կոմպոզիտը չի փտում, ինչը մեծ առավելություն է հատկապես այն վայրերում, որտեղ ձմռանը ձյուն է գալիս և հատակը թաց է»։Հատակը, վերևի գորգը և ռետինե նյութը համապատասխանում են բոցավառման նոր ստանդարտներին:

SMT-ն արտադրել է ավելի քան 32,000 քառակուսի ոտնաչափ վահանակներ, որոնք տեղադրվել են մինչ օրս ICE-3 ութ գնացքների մոտ մեկ երրորդում:Վերանորոգման գործընթացում յուրաքանչյուր վահանակի չափսերը օպտիմիզացվում են՝ հարմարեցնելով որոշակի մեքենային:ICE-3 սեդանի OEM-ը այնքան տպավորված էր նոր կոմպոզիտային հատակով, որ պատվիրեց կոմպոզիտային տանիք՝ մասամբ փոխարինելու երկաթուղային վագոնների հին մետաղական տանիքի կառուցվածքը:

Առաջ գնա
Proterra-ն, որը Կալիֆորնիայում բնակվող դիզայներ և զրոյական արտանետումներով էլեկտրական ավտոբուսներ արտադրող, կոմպոզիտային նյութեր է օգտագործում իր բոլոր մարմիններում 2009 թվականից: 2017 թվականին ընկերությունը ռեկորդ սահմանեց՝ 1100 միակողմանի մղոն վարելով մարտկոցով լիցքավորված Catalyst-ով: ®E2 ավտոբուս.Այդ ավտոբուսն ունի թեթև կորպուս, որը պատրաստված է կոմպոզիտային նյութեր արտադրող TPI Composite-ի կողմից:

* Վերջերս TPI-ն համագործակցեց Proterra-ի հետ՝ արտադրելու ինտեգրված բոլորը մեկ կոմպոզիտային էլեկտրական ավտոբուս:«Տիպիկ ավտոբուսում կամ բեռնատարում կա շասսի, և մարմինը նստում է այդ շասսիի վերևում», - բացատրում է TPI-ի ռազմավարական մարքեթինգի տնօրեն Թոդ Ալթմանը:Ավտոբուսի կոշտ կեղևի դիզայնով մենք միավորեցինք շասսին և թափքը միասին, որը նման է «բոլորը մեկում» մեքենայի ձևավորմանը»: Մեկ կառույցն ավելի արդյունավետ է, քան երկու առանձին կառույցները կատարողականության պահանջներին համապատասխանելու համար:
Proterra-ի մեկ պատյանով թափքը հատուկ կառուցված է և զրոյից նախագծված է որպես էլեկտրական մեքենա:Դա կարևոր տարբերություն է, ասում է Ալթմանը, քանի որ շատ ավտոարտադրողների և էլեկտրական ավտոբուսներ արտադրողների փորձը եղել է սահմանափակ փորձեր փորձել՝ ներքին այրման շարժիչների իրենց ավանդական դիզայնը էլեկտրական մեքենաներին հարմարեցնելու համար:«Նրանք վերցնում են գոյություն ունեցող հարթակները և փորձում են հնարավորինս շատ մարտկոցներ հավաքել: Դա ոչ մի տեսանկյունից լավագույն լուծումը չի առաջարկում»:«Ալթմանը ասաց.
Շատ էլեկտրական ավտոբուսներ, օրինակ, ունեն մարտկոցներ մեքենայի հետևի կամ վերևի մասում:Սակայն Proterra-ի համար TPI-ն ի վիճակի է մարտկոցը տեղադրել ավտոբուսի տակ:«Եթե դուք մեծ քաշ եք ավելացնում մեքենայի կառուցվածքին, ապա ցանկանում եք, որ այդ քաշը լինի հնարավորինս թեթև՝ և՛ կատարողականության, և՛ անվտանգության տեսանկյունից», - ասաց Ալթմանը:Նա նշեց, որ էլեկտրական ավտոբուսների և մեքենաների շատ արտադրողներ այժմ վերադառնում են գծագրության՝ իրենց մեքենաների համար ավելի արդյունավետ և նպատակային ձևավորում մշակելու համար:

TPI-ն հնգամյա համաձայնագիր է կնքել Proterra-ի հետ՝ Այովայում և Ռոդ Այլենդում գտնվող TPI-ի օբյեկտներում մինչև 3350 կոմպոզիտային ավտոբուսների թափք արտադրելու համար:

Անհրաժեշտ է հարմարեցնել
Catalyst ավտոբուսի մարմնի նախագծումը պահանջում է, որ TPI-ն և Proterra-ն մշտապես հավասարակշռեն բոլոր տարբեր նյութերի ուժեղ և թույլ կողմերը, որպեսզի նրանք կարողանան հասնել ծախսերի նպատակներին՝ միաժամանակ հասնելով օպտիմալ աշխատանքի:Ալթմանը նշեց, որ TPI-ի փորձը մեծ քամու շեղբեր արտադրելու հարցում, որոնք ունեն մոտ 200 ոտնաչափ երկարություն և կշռում են 25,000 ֆունտ, նրանց համար համեմատաբար հեշտ է դարձնում 6,000-ից 10,000 ֆունտ կշռող 40 ոտնաչափ ավտոբուսի մարմիններ արտադրելը:

TPI-ն ի վիճակի է ձեռք բերել անհրաժեշտ կառուցվածքային ամրություն՝ ընտրողաբար օգտագործելով ածխածնային մանրաթել և պահպանելով այն՝ ամրապնդելու այն տարածքները, որոնք կրում են ամենամեծ բեռը:«Մենք օգտագործում ենք ածխածնի մանրաթել, որտեղ դուք հիմնականում կարող եք մեքենա գնել», - ասաց Ալթմանը:Ընդհանուր առմամբ, ածխածնային մանրաթելը կազմում է մարմնի կոմպոզիտային ամրապնդող նյութի 10 տոկոսից պակասը, իսկ մնացածը ապակեպլաստե է:

TPI-ն ընտրել է վինիլային էսթերի խեժը նմանատիպ պատճառով:«Երբ մենք նայում ենք էպոքսիդներին, դրանք հիանալի են, բայց երբ դրանք բուժում ես, պետք է ջերմաստիճանը բարձրացնես, ուստի պետք է տաքացնես կաղապարը: Դա լրացուցիչ ծախս է», - շարունակեց նա:

Ընկերությունը օգտագործում է վակուումային օգնությամբ խեժի փոխանցման ձևավորում (VARTM)՝ կոմպոզիտային սենդվիչ կառուցվածքներ արտադրելու համար, որոնք ապահովում են անհրաժեշտ կոշտությունը մեկ պատյանի համար:Արտադրական գործընթացի ընթացքում որոշ մետաղական կցամասեր (օրինակ՝ թելերով կցամասեր և կտկտոցային թիթեղներ) մտնում են մարմնի մեջ:Ավտոբուսը բաժանված է վերին և ստորին մասերի, որոնք հետո սոսնձվում են։Աշխատողները պետք է հետագայում ավելացնեն փոքր կոմպոզիտային զարդանախշեր, ինչպիսիք են ֆերինգները, բայց մասերի թիվը մետաղական ավտոբուսի մի մասն է:

Պատրաստի մարմինը Proterra ավտոբուսների արտադրության գործարան ուղարկելուց հետո հոսքագիծն ավելի արագ է հոսում, քանի որ անելիքները քիչ են:«Նրանք պարտավոր չեն ամբողջ եռակցումը, հղկումը և արտադրությունը կատարել, և նրանք ունեն շատ պարզ ինտերֆեյս՝ թափքը շարժիչին միացնելու համար», - ավելացրեց Ալթմանը:Proterra-ն խնայում է ժամանակը և նվազեցնում ծախսերը, քանի որ ավելի քիչ արտադրական տարածք է պահանջվում միաձույլ կեղևի համար:

Ալթմանը կարծում է, որ կոմպոզիտային ավտոբուսների թափքի պահանջարկը կշարունակի աճել, քանի որ քաղաքները դիմում են էլեկտրական ավտոբուսների՝ նվազեցնելու աղտոտվածությունը և կրճատելու ծախսերը:Ըստ Proterra-ի՝ մարտկոցներով էլեկտրական մեքենաներն ունեն ամենացածր աշխատանքային ցիկլի արժեքը (12 տարի)՝ համեմատած դիզելային, սեղմված բնական գազի կամ դիզելային հիբրիդային ավտոբուսների հետ:Դա կարող է լինել մեկ պատճառ, թե ինչու Proterra-ն ասում է, որ մարտկոցով աշխատող էլեկտրական ավտոբուսների վաճառքն այժմ կազմում է ընդհանուր տրանսպորտային շուկայի 10%-ը:

Էլեկտրական ավտոբուսի կորպուսում կոմպոզիտային նյութերի լայն կիրառման համար դեռևս կան որոշ խոչընդոտներ:Մեկը ավտոբուսի տարբեր հաճախորդների կարիքների մասնագիտացումն է:«Յուրաքանչյուր տարանցիկ մարմին սիրում է ավտոբուսներ ձեռք բերել տարբեր ձևով` նստատեղերի կազմաձևում, լյուկի բացումով: Դա մեծ մարտահրավեր է ավտոբուսներ արտադրողների համար, և այդ կոնֆիգուրացիայի տարրերից շատերը կարող են գնալ մեզ»:«Ալթմանը ասաց. «Ինտեգրված թափքի արտադրողները ցանկանում են ունենալ ստանդարտ կառուցվածք, բայց եթե յուրաքանչյուր հաճախորդ ցանկանում է հարմարեցման բարձր աստիճան, դժվար կլինի դա անել»: TPI-ն շարունակում է աշխատել Proterra-ի հետ՝ բարելավելու ավտոբուսի դիզայնը՝ ավելի լավ կառավարելու համար: վերջնական հաճախորդների կողմից պահանջվող ճկունությունը:

Ուսումնասիրեք հնարավորությունը
Composites-ը շարունակում է ստուգել, ​​թե արդյոք իր նյութերը հարմար են նոր զանգվածային փոխադրումների համար:Մեծ Բրիտանիայում ELG Carbon Fibre-ը, որը մասնագիտացած է ածխածնային մանրաթելերի վերամշակման և վերաօգտագործման տեխնոլոգիայի մեջ, ղեկավարում է ընկերությունների կոնսորցիումը, որը մշակում է թեթև կոմպոզիտային նյութեր մարդատար մեքենաների ճոպանների համար:Շարժիչը պահում է մեքենայի թափքը, ուղղորդում է անիվը և պահպանում դրա կայունությունը:Դրանք օգնում են բարելավել վարման հարմարավետությունը՝ կլանելով երկաթուղային թրթռումները և նվազագույնի հասցնելով կենտրոնախույս ուժը, երբ գնացքը շրջվում է:

Ծրագրի նպատակներից մեկն է արտադրել մեքենա, որոնք 50 տոկոսով ավելի թեթև են, քան համեմատելի մետաղական բեռնատարները:«Եթե բեռնախցիկը ավելի թեթև է, այն ավելի քիչ վնաս կհասցնի ուղուն, և քանի որ ուղու ծանրաբեռնվածությունն ավելի քիչ կլինի, սպասարկման ժամանակը և սպասարկման ծախսերը կարող են կրճատվել», - ասում է ELG արտադրանքի մշակման ինժեներ Քամիլ Սեուրատը:Լրացուցիչ նպատակներն են 40%-ով նվազեցնել անիվի կողքից դեպի երկաթուղային ուժերը և ապահովել ողջ կյանքի ընթացքում վիճակի մոնիտորինգ:Մեծ Բրիտանիայի երկաթուղային անվտանգության և ստանդարտների ոչ առևտրային խորհուրդը (RSSB) ֆինանսավորում է նախագիծը՝ նպատակ ունենալով արտադրել առևտրային առումով կենսունակ արտադրանք:

Կատարվել են լայնածավալ արտադրական փորձարկումներ, և մի շարք փորձնական վահանակներ են պատրաստվել՝ օգտագործելով նախածանցներ՝ մամլման, սովորական թաց դասավորության, պերֆուզիայի և ավտոկլավի միջոցով:Քանի որ բեռնատարների արտադրությունը սահմանափակ է լինելու, ընկերությունն ընտրել է ավտոկլավներում մշակված էպոքսիդային նախածանցը որպես շինարարության ամենաարդյունավետ մեթոդ:

Լրիվ չափի բեռնախցիկի նախատիպն ունի 8,8 ոտնաչափ երկարություն, 6,7 ոտնաչափ լայնություն և 2,8 ոտնաչափ բարձրություն:Այն պատրաստված է վերամշակված ածխածնային մանրաթելից (ոչ հյուսված բարձիկներ տրամադրված ELG-ի կողմից) և չմշակված ածխածնային մանրաթելից:Միակողմանի մանրաթելերը կօգտագործվեն հիմնական ամրության տարրի համար և կտեղադրվեն կաղապարի մեջ՝ օգտագործելով ռոբոտային տեխնոլոգիա:Ընտրվելու է լավ մեխանիկական հատկություններով էպոքսիդ, որը կլինի նոր ձևավորված բոցավառվող էպոքսիդ, որը ստացել է EN45545-2 սերտիֆիկացում երկաթուղիներում օգտագործման համար:
Ի տարբերություն պողպատե ճոպանների, որոնք եռակցվում են ղեկային ճառագայթներից երկու կողային ճառագայթների վրա, կոմպոզիտային ճաղավանդակները կկառուցվեն տարբեր վերևից և ներքևից, որոնք այնուհետև կմիացվեն միմյանց:Գոյություն ունեցող մետաղական բեռնախցիկները փոխարինելու համար կոմպոզիտային տարբերակը պետք է համադրի կախոցների և արգելակների միացման փակագծերը և այլ պարագաներ նույն դիրքում:«Առայժմ մենք ընտրել ենք պողպատե կցամասերը, բայց հետագա նախագծերի համար կարող է հետաքրքիր լինել փոխարինել պողպատե կցամասերը կոմպոզիտային տիպի կցամասերով, որպեսզի մենք կարողանանք էլ ավելի նվազեցնել վերջնական քաշը», - ասաց Սեուրատը:

Բիրմինգհեմի համալսարանի Sensors and Composites Group-ի կոնսորցիումի անդամը վերահսկում է սենսորի մշակումը, որն արտադրական փուլում կմիավորվի կոմպոզիտային բեռնախցիկի մեջ:«Սենսորների մեծ մասը կենտրոնանալու է բեռնատարի առանձին կետերում լարվածության մոնիտորինգի վրա, մինչդեռ մյուսները նախատեսված են ջերմաստիճանի ընկալման համար», - ասաց Սեուրատը:Սենսորները թույլ կտան իրական ժամանակում իրականացնել կոմպոզիտային կառուցվածքի մոնիտորինգ՝ թույլ տալով հավաքագրել ողջ կյանքի ընթացքում բեռնվածության տվյալները:Սա արժեքավոր տեղեկատվություն կտա առավելագույն ծանրաբեռնվածության և երկարատև հոգնածության մասին:

Նախնական ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ կոմպոզիտային բեռնատարները պետք է կարողանան հասնել ցանկալի քաշի 50% նվազմանը:Ծրագրի թիմը հուսով է, որ մինչև 2019 թվականի կեսերը փորձարկման համար պատրաստ կլինի մեծ մեքենա:Եթե ​​նախատիպը գործի այնպես, ինչպես սպասվում էր, նրանք կարտադրեն ավելի շատ բեռնատարներ՝ երկաթուղային տրանսպորտի Alstom ընկերության կողմից պատրաստված տրամվայները փորձարկելու համար:

Ըստ Seurat-ի, թեև դեռ շատ աշխատանք կա անելու, վաղ ցուցումները ցույց են տալիս, որ հնարավոր է կառուցել կոմերցիոն առումով կենսունակ կոմպոզիտային մեքենա, որը կարող է մրցակցել մետաղական բեռնատարների հետ գնով և ուժով:«Այնուհետև ես կարծում եմ, որ երկաթուղային արդյունաբերության մեջ կոմպոզիտների համար շատ տարբերակներ և պոտենցիալ կիրառումներ կան», - ավելացրեց նա:(Հոդված վերատպված է ածխածնային մանրաթելից և դրա կոմպոզիտային տեխնոլոգիայից՝ դոկտոր Քիան Սինի կողմից):