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實(shí)例講解：火車(chē)上熱塑性復(fù)材的應(yīng)用
由于熱塑性復(fù)合材料的制備成本較低，而且具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、抗蠕變性好、加工成型方便和低能耗的特點(diǎn)，因此在鐵路貨車(chē)上具有廣泛的應(yīng)用前景，是我國(guó)軌道交通領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧掀贩N之一。
鐵路貨車(chē)輕量化的意義
鐵路貨車(chē)車(chē)輛輕量化是指在承載結(jié)構(gòu)質(zhì)量有限的條件下，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載最大化，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全可靠性。
可靠性是指承載結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，結(jié)構(gòu)不發(fā)生疲勞失效。實(shí)現(xiàn)輕量化的原理是在滿(mǎn)足功能性和安全可靠性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。主要包括五個(gè)方面：①合理分配結(jié)構(gòu)的質(zhì)量;②充分發(fā)揮材料的機(jī)械性能;③消除或避免結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中效應(yīng);④合理的整體結(jié)構(gòu)剛度;⑤合理的材料選擇。
貨車(chē)車(chē)輛輕量化并不是單純的簡(jiǎn)單降低貨車(chē)車(chē)輛重量，事實(shí)上諸如高強(qiáng)度鋼、新型復(fù)合材料及鋁合金代表著當(dāng)今最先進(jìn)的貨車(chē)車(chē)輛技術(shù)。
鐵路貨車(chē)車(chē)輛的輕量化就是在保證鐵路貨車(chē)安全強(qiáng)度和安全運(yùn)行的前提下，盡可能地降低鐵路貨車(chē)的整備質(zhì)量，從而提高鐵路貨車(chē)的可裝載能力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。
在目前全球節(jié)能環(huán)保的大背景下，鐵路貨車(chē)輕量化已經(jīng)成為了全球鐵路貨車(chē)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。所以，鋼質(zhì)貨車(chē)車(chē)輛車(chē)身如何在保證安全性的前提下“瘦身”的意義已是非同凡響。
熱塑性復(fù)合材料簡(jiǎn)介
熱塑性復(fù)合材料是以熱塑型樹(shù)脂為基體，纖維或其織物為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，具有耐熱性強(qiáng)、比剛度高、比強(qiáng)度高和耐氧化性高等優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的熱塑性復(fù)合材料有長(zhǎng)纖維熱塑性復(fù)合材料(LFT)、連續(xù)纖維熱塑性復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等。
熱塑性復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用
SQ6凹底雙層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)中復(fù)合材料應(yīng)用
SQ6凹底雙層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)是由中車(chē)北京二七車(chē)輛有限公司主導(dǎo)設(shè)計(jì)的運(yùn)輸小汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)，也是目前國(guó)內(nèi)運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的最主要車(chē)型，市場(chǎng)保有量約20000輛。
SQ6車(chē)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分為上下兩層，下層為凹底結(jié)構(gòu)，可以運(yùn)輸較高的SUV、MPV及小貨車(chē)。上層地板具有升降功能，便于運(yùn)輸不同車(chē)型。其中有部分部件已經(jīng)應(yīng)用熱塑性復(fù)合材料，包括：上下防護(hù)板、附加地板、護(hù)欄等。
SQ6車(chē)型上層地板具有可以上下調(diào)節(jié)的功能，在地板上下調(diào)節(jié)的過(guò)程中，配重塊會(huì)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上下防護(hù)板的作用就是防止配重塊與其他物體的接觸。SQ6車(chē)型使用的上防護(hù)板尺寸為：長(zhǎng)×寬×厚=1000×960×7mm，下防護(hù)板尺寸為長(zhǎng)×寬×厚=1100×960×7mm，每車(chē)每件四塊。材料為L(zhǎng)FT熱塑性復(fù)合材料。安裝方式：防護(hù)板與車(chē)體連接位置加裝墊板，尺寸為880×30×8mm，防護(hù)板兩側(cè)各7枚自攻絲螺釘安裝。
附加地板是SQ6車(chē)型特有的，為防止汽車(chē)進(jìn)入凹底部位造成汽車(chē)托底，損壞車(chē)輛而設(shè)計(jì)的。閑置時(shí)懸掛于車(chē)體兩側(cè)，需要時(shí)安裝固定在凹底部位的兩側(cè)，使車(chē)輛進(jìn)入凹底位置時(shí)提升車(chē)輛高度，防止汽車(chē)托底損傷，每車(chē)四塊。
原設(shè)計(jì)材料是SMC熱固性復(fù)合材料，存在不可回收、環(huán)保性差的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)附加地板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及合理選材，目前已使用LFT熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行替代生產(chǎn)，使用效果良好。
對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬類(lèi)比分析，模擬裝載汽車(chē)工況，進(jìn)行受力、形變的分析。
護(hù)欄是具有彈性的保護(hù)性產(chǎn)品，安裝于SQ6車(chē)型兩側(cè)的側(cè)墻上，防止汽車(chē)車(chē)門(mén)打開(kāi)與貨車(chē)車(chē)體發(fā)生碰撞損壞車(chē)漆。
原護(hù)欄材質(zhì)為橡膠，橡膠制品不可回收，并且比重大。護(hù)欄產(chǎn)品最長(zhǎng)22.8米，橡膠護(hù)欄重量約為46KG，不利于工人的搬運(yùn)及安裝。
為降低重量和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，SQ6車(chē)型上的護(hù)欄重新設(shè)計(jì)使用熱塑性彈性體材料。并且通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)增加反射器，使護(hù)欄產(chǎn)品具有警示功能，在光線條件不好的情況下裝載汽車(chē)時(shí)，汽車(chē)燈光照射護(hù)欄會(huì)形成一條光帶，具有警示及導(dǎo)向作用。
SQ7汽車(chē)-普貨兩用雙層車(chē)中復(fù)合材料應(yīng)用
SQ7汽車(chē)-普貨兩用雙層車(chē)是由中車(chē)北京二七車(chē)輛有限公司主導(dǎo)設(shè)計(jì)的運(yùn)輸普通貨物及小汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)。SQ7車(chē)型的上、下層地板均為可翻轉(zhuǎn)地板，運(yùn)輸汽車(chē)時(shí)可雙層存放車(chē)輛，運(yùn)輸普通貨物時(shí)將上層翻轉(zhuǎn)地板收起增大可以運(yùn)輸空間。
目前應(yīng)用的熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品為：下層翻轉(zhuǎn)地板、上層地板的擋條。
SQ7附加地板單車(chē)32件，產(chǎn)品尺寸為長(zhǎng)×寬×高1440*1000*25mm。其作用為在運(yùn)輸普貨工況的情況下，下層翻轉(zhuǎn)地板落下，使車(chē)輛的中梁與落下的地板在一個(gè)平面上，便于叉車(chē)運(yùn)輸裝卸普通貨物，包括：糧食、化肥、箱式貨物等。要求下層翻轉(zhuǎn)地板具有較高的抗壓、抗彎強(qiáng)度。目前材質(zhì)為L(zhǎng)FT熱塑性復(fù)合材料。
SQ7附加地板單車(chē)32件，產(chǎn)品尺寸為長(zhǎng)×寬×高1440*1000*25mm，目前材質(zhì)為L(zhǎng)FT復(fù)合材料。
SQ7上層翻轉(zhuǎn)地板擋條單車(chē)48件，產(chǎn)品尺寸為長(zhǎng)×寬×高610*44*65mm，其作用為在運(yùn)輸汽車(chē)的工況條件下，安裝于上層地板邊緣，并且在擋條表面貼有反光標(biāo)記，在裝載車(chē)輛時(shí)具有導(dǎo)向作用。目前材質(zhì)為L(zhǎng)FT熱塑性復(fù)合材料。
