في السنوات الأخيرة ، مع التطور السريع لصناعة النقل بالسكك الحديدية ، هناك المزيد والمزيد من الأبحاث حول المواد الجديدة لمركبات السكك الحديدية ، ونسبة المواد الجديدة أكبر وأكبر. من بينها ، يعد البحث عن مواد الألياف المركبة وتطبيقها هو الأبرز. وذلك لأن المواد المركبة للألياف يمكن أن تستند إلى متطلبات التصميم ، من خلال اختيار مصفوفة مختلفة ومواد تقوية ، ونسب مختلفة للنشر ، واستخدام عمليات تشكيل مختلفة ، والتي يمكن الحصول عليها بخصائص شاملة مختلفة للمواد الجديدة ، مثل العزل الحراري الجيد ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والمعامل النوعي العالي ، والقوة النوعية العالية ، وخصائص أخرى ، هذه الخاصية غير قادرة على تلبية المواد المفردة التقليدية.
في تصميم مركبات السكك الحديدية ، تم استخدام المواد المركبة على نطاق واسع في المناطق الداخلية للمركبات ، كما تم استخدام المعدات الداخلية وأجزاء أخرى من هيكل الحمل إلى حد معين. تتميز الأجزاء الهيكلية المصنوعة من مواد مركبة بمزايا القوة العالية وخفة الوزن والصلابة العالية. عادة ما تعتمد عملية التصنيع على تقنية التشكيل شبه النهائية ، والتي لا تحتاج إلى مزيد من المعالجة ويمكن أن تقلل بشكل كبير من تكاليف التصنيع. يمكن أن يؤدي استخدام المواد المركبة أيضًا إلى تحسين راحة وسلامة عربات السكك الحديدية بشكل فعال ، وتقليل الاهتزاز والضوضاء ، وتقليل وزن الجسم. أصبح مركب الألياف مادة أساسية لا غنى عنها في مجال النقل بالسكك الحديدية.
1
خصائص مواد الألياف المركبة
المعامل المحدد وقوة مركبات ألياف الكربون هي الأعلى بين المواد الشائعة الاستخدام ، ولها مزايا واضحة في القوة والصلابة وسمية الدخان. تتمتع مادة FRP الجديدة بأداء جيد كمثبط للهب وعزل للصوت. والمواد المركبة من الأراميد لها مثبطات اللهب ، وقوة عالية ، ومقاومة درجات الحرارة العالية ، ودرجة عزل عالية ، ومقاومة الرطوبة ، ومقاومة التآكل ، وخصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة. جميع أنواع المواد المركبة لها خصائص مختلفة وتستخدم في أجزاء رئيسية مختلفة من مركبات السكك الحديدية.
2
تطبيق تحليل ميزة المواد المركبة في عربات السكك الحديدية
2.1 خصائص ميكانيكية جيدة
تجسد المادة المركبة الأداء الشامل لمادة المصفوفة ومواد التعزيز ، مع قوة عالية وخفيفة الوزن وصلابة كبيرة والاهتزاز وتقليل الضوضاء ومقاومة التعب والعزل الحراري وغيرها من الأداء الممتاز ، لتصميم السيارة خفيف الوزن ، وتحسين السلامة ولراحة السيارة أهمية كبيرة.
2.2 تلبية متطلبات التطوير خفيفة الوزن لمركبات السكك الحديدية
في السنوات الأخيرة ، أصبحت سرعة تشغيل مركبات النقل بالسكك الحديدية أعلى وأعلى ، الأمر الذي يتطلب من مركبات السكك الحديدية تحقيق تصميم خفيف الوزن دون تقليل أداء السلامة. المادة المركبة هي المخطط الأكثر فعالية لمركبات السكك الحديدية.
2.3 يمكن أن تقلل التكلفة
مع تحسين سرعة تشغيل النقل بالسكك الحديدية ، يولي الناس المزيد والمزيد من الاهتمام لتكاليف الصيانة وتكاليف التشغيل مع الانتباه إلى سلامة المركبة وراحتها. على الرغم من أن الاستثمار الأولي في صناعة النقل بالسكك الحديدية كبير ، إلا أن التكلفة الإجمالية للمركبات التي تستخدم المواد المركبة أعلى بكثير من تكلفة المواد العادية ، خاصة وأن البحث والتطوير للمواد الجديدة والعمليات الجديدة لا بد أن تتطلب استثمارات ضخمة. ومع ذلك ، فإن دورة تشغيل النقل بالسكك الحديدية طويلة. من منظور دورة الحياة الكاملة للمركبات ، من ناحية أخرى ، يمكن للمركبات خفيفة الوزن أن تقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة للمركبات وتقليل تكاليف التشغيل. من ناحية أخرى ، فإن مقاومة الاهتزاز ، ومقاومة التعب ، ومقاومة التآكل ، وتحمل الضرر ، وامتصاص طاقة الاصطدام للمواد المركبة أفضل من المواد المعدنية العادية ، لذلك يمكن تمديد دورة صيانة السيارة ، ويمكن لتكلفة الصيانة إلى حد كبير. لذلك ، على المدى الطويل ، يمكن للمواد المركبة أن تقلل بشكل فعال تكلفة دورة حياة المركبات.
2.4 لديه قابلية تصميم قوية
تعتبر المعامل النوعي العالي والقوة النوعية العالية من أبرز خصائص مواد الألياف المركبة ، ويمكن أن تتنوع الخواص الميكانيكية في نطاق واسع. لذلك ، من خلال اختيار المصفوفة المركبة والتعزيز وتغيير عملية تشكيل المواد ، يمكن تلبية متطلبات التصميم المختلفة. على سبيل المثال ، يمكن أن تصل قوة شد الألياف الزجاجية إلى 3500 ميجا باسكال ومعامل المرونة 70 جيجا باسكال. يمكن أن تصل قوة الشد لألياف الكربون عالية المعامل إلى 3900 ميجا باسكال ومعامل المرونة 600 جيجا باسكال. لقد تم تعلم من خلال التجارب أنه يمكن العثور على أفضل بنية طبقات وفقًا لمتطلبات التصميم في عملية تشكيل الأجزاء الهيكلية عن طريق تغيير المواد المركبة بخصائص مختلفة جدًا لمواد المصفوفة.
2.5 موثوقية وأمان جيدان
أهم العوامل التي تؤثر على سلامة الأجزاء الهيكلية هي مقاومة الإجهاد وحساسية الشق للمواد. في السابق ، كانت المركبات تُستخدم على نطاق واسع في المجالات عالية الضغط مثل الفضاء ، وذلك على وجه التحديد بسبب مقاومتها الممتازة للإجهاد وحساسيتها المنخفضة.
على الرغم من أن المواد المعدنية الشائعة تتمتع بقوة ثابتة عالية ، إلا أن قوتها تقل بشكل ملحوظ في ظل ظروف الاهتزاز الشديدة. على سبيل المثال ، الأجزاء الهيكلية للمواد المعدنية بها فجوة عند نقطة معينة. في ظل الاهتزاز والتأثير (الحمل المتغير) ، تنتشر العيوب بسرعة حتى تتلف الأجزاء الهيكلية. ومع ذلك ، فإن الفرق بين القوة الساكنة وقوة الاهتزاز للمواد المركبة يكاد يكون صفرًا. حتى إذا كانت الأجزاء الهيكلية محززة ، فإن الضغط الموجود في المادة سينتقل إلى الطبقة المجاورة ولن يتم تدميره بسبب الحمل المتغير طويل المدى. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الأجزاء المركبة لها عمر أطول بكثير من الأجزاء المعدنية.
3
تطبيق مركب الألياف في عربات السكك الحديدية
3.1 مركبات ألياف الكربون
على الرغم من أن البحث عن مواد ألياف الكربون وتطبيقها قد بدأ في وقت متأخر من الصين ، فقد تطورت التكنولوجيا بسرعة في السنوات الأخيرة ، لا سيما في مجال حركة مرور المركبات. على سبيل المثال ، استخدمت شركة CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co.، Ltd. مواد ألياف الكربون في تصميم مقصورة المعدات لقطار سريع. يتم ضمان مقاومة الصدمات ومقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية للسيارة ، كما أن وزن حجرة المعدات أقل بحوالي 35 بالمائة من وزن مادة سبائك الألومنيوم.
3.2 مواد الألياف الزجاجية المركبة
مع الحد من الضوضاء الممتازة وخصائص مثبطات اللهب ، يكون أداء القوة الميكانيكية ونسبة الصلابة أكثر تميزًا. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدامه في مقاعد عربات السكك الحديدية ، وغطاء رأس كابينة السائق ، وأجزاء أخرى.
3.3 مركبات ألياف الأراميد
مقارنة بالمواد المعدنية التقليدية ، تتميز مركبات الأراميد بخصائص ممتازة مثل مثبطات اللهب ، وقوة عالية ، ودرجة عزل عالية ، ومقاومة الرطوبة ومقاومة التآكل ، وخصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة. يتم استخدامها بشكل كامل في المحركات والمحولات والمواقف الأخرى ، ويمكن أن تلعب دورًا جيدًا في تقليل وزن العزل.
4
نهاية
سيكون تطبيق المواد المركبة في عربات السكك الحديدية أكثر وأكثر شمولاً ، خاصةً في هيكل جسم السيارة لديه إمكانية تطبيق جيدة.
