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11-06

軌道交通領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料未來的發(fā)展方向如何？

全碳纖維復(fù)合材料、大尺寸車體承載結(jié)構(gòu)的成功研制，驗證了碳纖維復(fù)合材料在軌道交通承載結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的可行性。但是，碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛的應(yīng)用尚處于起步階段，仍受成本、材料、設(shè)計、工藝等限制，尤其是成本問題，是制約其推廣應(yīng)用的強大壁壘。持續(xù)快速發(fā)展碳纖維技術(shù)，推進軌道交通復(fù)合材料車體的應(yīng)用須從以下幾方面推進。 （圖示：碳纖維列車） 1、深入開展碳纖維材料基礎(chǔ)性研究 軌道車輛對材料的力學(xué)性能、防火性能、環(huán)保性能、耐極端環(huán)境性能、抗沖擊性能、耐老化性能、減振阻尼性能、隔音隔熱性能、電磁兼容性以及安全可靠性等都有特殊要求，開展?jié)M足軌道車輛應(yīng)用的材料性能研究，解決目前復(fù)合材料存在的防火、隔聲隔熱、抗沖擊性能局限性。挪恩復(fù)材也在積極開展碳纖維復(fù)合材料創(chuàng)新功能的研究，目前已成功研發(fā)以納米改性導(dǎo)電碳纖維復(fù)合材料為代表的多種熱塑性碳纖維復(fù)合材料，大大提高了碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用廣度。 2、開展碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計研究 可以從簡化結(jié)構(gòu)、材料、集成設(shè)計等三方面入手。簡化結(jié)構(gòu)不但能降低成本，還能提高生產(chǎn)效率、滿足批量快速生產(chǎn)的需要。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，加強集成設(shè)計的理念，充分發(fā)揮復(fù)合材料可設(shè)計性強、易于整體成型的特點，比如將底架與地板集成，將車頂與通風(fēng)道集成，以及將側(cè)墻與內(nèi)裝材料集成等。 復(fù)合材料品種多、方向性強，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際需要來選擇材料，通過優(yōu)化層板中各鋪層的鋪設(shè)角、層數(shù)比( 層板中具有相同鋪設(shè)角的鋪層數(shù)占總層敷的比例) 和鋪疊順序，設(shè)計出具有不同強度以及彎、扭剛度要求的層合板，增加了設(shè)計的自由度，提高了結(jié)構(gòu)性價比。 設(shè)計時還可以考慮多種材料混合使用，比如次承力結(jié)構(gòu)采用碳纖/玻纖混雜設(shè)計，主承力結(jié)構(gòu)如牽枕緩、邊梁等采用碳纖維材料，做到結(jié)構(gòu)和材料合理匹配，盡可能地降低原材料成本。集成設(shè)計則能從整車層面降低車體質(zhì)量，同時提高車體剛度，是復(fù)合材料車體研究的一個重點方向。 3、加強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型工藝的優(yōu)化研究 目前，應(yīng)用于軌道車輛承載結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中，碳纖維復(fù)合材料是比較受關(guān)注的一類材料，但其制造成本高、生產(chǎn)周期長，制約了該材料的推廣應(yīng)用。如果能將成型工藝和材料研究結(jié)合起來，在不降低產(chǎn)品性能的前提下，優(yōu)化出更適合軌道車輛結(jié)構(gòu)的低成本、高效率的成型工藝，在自動鋪帶、集成自動生產(chǎn)等方面實現(xiàn)更新?lián)Q代，滿足批量生產(chǎn)的需要，那么低成本、自動化的生產(chǎn)工藝必將推動復(fù)合材料在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用。 4、建立適用軌交行業(yè)的復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)體系 體系包括設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、材料評價標(biāo)準(zhǔn)、計算驗證標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)和運用維護標(biāo)準(zhǔn)等，使復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用有據(jù)可依、規(guī)范化、系統(tǒng)化，從而促進軌道交通行業(yè)的節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型升級。 5、提高碳纖維生產(chǎn)能力和水平 目前，我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離世界先進水平還有一定的差距，投入商用的碳纖維材料大都來自國外。國內(nèi)應(yīng)加大相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投資力度、更新技術(shù)水平、擴大生產(chǎn)能力，使相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量盡快趕超世界先進水平。 碳纖維在軌道交通車輛車體上的推廣應(yīng)用是復(fù)合材料行業(yè)的一大機遇和挑戰(zhàn)，雖然目前受制造成本、成型工藝、生產(chǎn)效率等方面的制約，難以在短期內(nèi)實現(xiàn)批量生產(chǎn)，但隨著新材料、新技術(shù)日新月異的進步，相信在不久的將來，中國將迎來軌道交通車輛車體新材料應(yīng)用的又一次變革。
05-06

前沿軌道交通科技亮相 碳纖維地鐵列車亮點多

25日上午，“北京國際城市軌道交通展覽”在京開幕，一批前沿軌道交通科技成果亮相，中國中車發(fā)布的碳纖維地鐵列車CETROVO和北京地鐵正在進行測試的人臉識別檢票閘機吸引了不少參觀者。 據(jù)主辦方中國城市軌道交通協(xié)會介紹，截至去年年底，全國共有35個城市開通城市軌道交通，運營線路185條，總長度5700余公里。其中，北京市軌道交通客運量最高，達到38.5億人次。 地鐵3號線實現(xiàn)全自動駕駛 25日，中國中車集團旗下中車株洲電力機車研究所有限公司（以下簡稱“中車株洲所”）發(fā)布全自主CBTC（基于通信的列車自動控制）信號系統(tǒng)。目前，這套系統(tǒng)支持最小90秒的發(fā)車間隔，停車精準(zhǔn)度能達到99.999％。CBTC信號系統(tǒng)是保證城市軌道交通正常運行的中樞控制系統(tǒng)，是基于現(xiàn)代控制、計算機和通訊技術(shù)的大型分布式實時控制系統(tǒng)，堪稱是城市軌道交通運營的“大腦”和“神經(jīng)系統(tǒng)”。 據(jù)中車株洲所時代電氣總經(jīng)理劉可安介紹，今年5月，由中車株洲所提供CBTC信號系統(tǒng)的長沙地鐵4號線成功開通試運營，刷新不足17個月工期開通試運營的“行業(yè)速度”。應(yīng)用中車株洲所研制的全自主CBTC后，長沙地鐵4號線列車的運行效能得到了進一步的提升，其中系統(tǒng)支持最小90秒的發(fā)車間隔，列車出入車輛段時間提升到100秒以內(nèi)，停車精準(zhǔn)度能達到99.999％。 此外，中國通號控股企業(yè)——卡斯柯信號有限公司也發(fā)布“面向智慧地鐵的全自動運行2.0系統(tǒng)”。據(jù)介紹，目前正在建設(shè)中的北京地鐵3號線就將使用這套系統(tǒng)中的部分功能，實現(xiàn)全自動駕駛。目前，3號線已全線開工建設(shè)，預(yù)計2021年12月開通試運營。 碳纖維列車減重13％ 平均能耗降15％ 25日，中車四方公司還首次面向國內(nèi)觀眾展出了更輕盈節(jié)能的“下一代地鐵”列車CETROVO。其車體采用碳纖維復(fù)合材料，并采用構(gòu)架等輕量化技術(shù)，同時，還具備無人駕駛、智能空調(diào)、主動運維等多項功能。目前，這一型號的列車正在廣州進行廠內(nèi)測試。 近十幾年地鐵列車越做越輕，從最初的二十余噸壓縮到現(xiàn)在的七八噸。與采用鋼、鋁合金等傳統(tǒng)金屬材料的列車相比，采用碳纖維復(fù)合材料的CETROVO地鐵列車整車減重13％。經(jīng)測算，在多項節(jié)能新技術(shù)的配合下，平均能耗降低15％。 在智能化方面，該列車具備無人駕駛、智能空調(diào)、智能照明、主動運維等諸多功能。步入CETROVO列車車廂，首先看到的是一體模塊化的司機室：司機室與客艙融為了一體，乘客可以站在車頭處，零距離感受地鐵列車行駛中的速度感?！跋乱淮罔F”列車具有無人駕駛能力，為了應(yīng)對突發(fā)情況，司機室儀表臺前方設(shè)有備用升降屏，隨時可切換成手動駕駛模式。 列車兩側(cè)還安裝有透明顯示車窗，它還是可以連接互聯(lián)網(wǎng)的觸控式電腦，能實現(xiàn)虛擬場景、瀏覽網(wǎng)頁、查詢線路等網(wǎng)上服務(wù)、媒體播放、廣告呈現(xiàn)等多種功能，同時具備自動清潔與隔熱功能。 相較于以往地鐵列車“直吹式”出風(fēng)口，CETROVO列車車廂的出風(fēng)口設(shè)置得更加分散，呈環(huán)形分布?，F(xiàn)場工作人員介紹說，列車安裝有智能空調(diào)，可以根據(jù)設(shè)定溫度自動調(diào)節(jié)，以確保乘客體感溫度舒適。 刷臉進站 用時不到1秒 在“北京地鐵”展區(qū)，北京地鐵正在進行內(nèi)部測試的人臉識別檢票閘機首次面向公眾亮相。記者體驗后發(fā)現(xiàn)，相較于刷卡、刷手機進站等方式，“刷臉”進站效率更高，平均用時不到1秒。 在展區(qū)中，放置有兩臺具備人臉識別功能的檢票閘機。其中一臺組合式設(shè)備下方為傳統(tǒng)閘機，上面裝有比手機略大的人臉識別設(shè)備；另一臺是一體化設(shè)備，外觀類似于機場自助驗票機。 據(jù)了解，人臉識別設(shè)備正在軌道交通機場線進行小范圍內(nèi)部實驗。據(jù)北京市軌道交通指揮中心相關(guān)負責(zé)人透露，“目前測試主要是驗證照片庫的精確度，在確?？劭畛晒β史€(wěn)定的前提下，才會在全路網(wǎng)鋪開?！? 記者體驗發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)“刷臉”進站并有效扣費，需要將用戶的面部信息、身份信息與乘坐地鐵的支付賬戶進行綁定，待系統(tǒng)核驗成功后，閘機門將自動開啟，人臉識別設(shè)備的屏幕上會彈出綠色的小笑臉，上面還標(biāo)注有進站者的姓名。 未來北京地鐵有望通過生物識別等方式進站乘車。目前身份驗證的“生物識別”技術(shù)主要包括指紋識別、人臉識別、聲音識別等，而人臉識別技術(shù)在地鐵中更容易實現(xiàn)。 （裴劍飛）
09-06

一文看懂碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用

軌道交通工具正經(jīng)歷著從“鋼鐵時代”、“鋁材時代”到“碳材時代”的跨越。近日，中車長客股份公司在軌道交通領(lǐng)域獲重大突破，研制出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首輛全碳纖維復(fù)合材料地鐵車體，驗證了碳纖維復(fù)合材料在軌道交通承載結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的可行性，也為碳纖維復(fù)合材料在軌道交通大批量工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用打下了重要基礎(chǔ)。 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示到2025年，中國高鐵里程將超過3.8萬公里，且現(xiàn)役的高鐵列車超過了2500輛。列車的節(jié)能性、環(huán)保性、舒適性、便利性已成為高鐵列車未來的發(fā)展方向。而碳纖維因其優(yōu)秀的性能越來越受到軌道車輛研制企業(yè)的關(guān)注及采用，發(fā)展?jié)摿薮蟆? 圖片來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料 碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)輕量化材料相比，密度小，強度高，模量高，適合用作軌道交通的輕量化、環(huán)保材料。 碳纖維復(fù)合材料與其他輕量化材料性能對比分析 資料來源：《高速動車組碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用研究》 由于車載設(shè)備輕量化空間有限，碳纖維復(fù)合材料在軌道交通輕量化的應(yīng)用主要集中在車身和內(nèi)部裝飾方面。 地鐵車輛重量分配比例 資料來源：《碳纖維增強復(fù)合材料在軌道車輛中的應(yīng)用》 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢 資料來源：《碳纖維材料在軌道交通行業(yè)中應(yīng)用淺析》 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用難點分析 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用難點 資料來源：《碳纖維增強復(fù)合材料在軌道車輛中的應(yīng)用》 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通具體應(yīng)用 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通具體應(yīng)用實例 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用已逐步由車體內(nèi)飾、車內(nèi)設(shè)備等非常承載結(jié)構(gòu)零件向車體、構(gòu)架等承載構(gòu)件發(fā)展，從裙板、導(dǎo)流罩等零部件向頂蓋、司機室、整車車體等大型結(jié)構(gòu)發(fā)展。 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用分布 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＠治? 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用專利情況 資料來源：《從專利分析角度看碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛上的應(yīng)用》 2009年以后，專利的申請量明顯增加，這歸功于碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速。 碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛上的專利國內(nèi)外對比圖 資料來源：《從專利分析角度看碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛上的應(yīng)用》 國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。 碳纖維復(fù)合材料在軌道交通上專利分布 資料來源：《從專利分析角度看碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛上的應(yīng)用》 碳纖維復(fù)合材料在軌道列車上的專利主要集中在車體、轉(zhuǎn)向架、車外設(shè)備、內(nèi)裝四個方面。其中車體和轉(zhuǎn)向架的開發(fā)和應(yīng)用專利比較多。
02-18

目前碳纖維復(fù)合材料為何不能在軌道交通中普及？

隨著碳纖維市場的逐步擴大，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷增加。除了汽車、高端醫(yī)療、航空航天等高精尖領(lǐng)域出現(xiàn)碳纖維的身影，在軌道交通方面，碳纖維也有所涉及。在國外軌道交通領(lǐng)域中，針對碳纖維的研究開展較早，目前已擁有一定是科研成果和工藝積累。 （圖示：軌道交通碳纖維車輛） 與國外相比，國內(nèi)開展碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的研究較晚，整體工藝也與國外存在差距，但仍有不少企業(yè)積極開展有關(guān)碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的研究，蘇州挪恩復(fù)合材料就是其中之一。隨著《中國制造2025》的提出，國家開始注重發(fā)展科技產(chǎn)業(yè)，碳纖維也借此得到大力發(fā)展。但目前在軌道交通領(lǐng)域中，碳纖維的發(fā)展還比較緩慢，為此，小編邀請了對碳纖維軌道交通很有研究的挪恩復(fù)材陳工，來聽聽他的說法吧。 為什么軌道交通企業(yè)這么熱衷于碳纖維復(fù)合材料？ 其實主要還是因為輕量化。目前動車組車廂除了CRH1采用不銹鋼車身，其他車型都采用高強度鋁合金材料，用以減輕重量。即便這樣，一節(jié)動車組車體重量也要十多噸。而動車組在啟動加速階段的耗能是最大的，根據(jù)著名的F=ma公式，減輕重量可以大幅降低運行能耗，同時重量輕了，對車軸和車輪的磨耗也會減小。 據(jù)了解，國內(nèi)幾家知名的軌道交通車輛廠商針對輕量化投入不計其數(shù)的人力、財力，就是想要尋找一個好的解決方案。軌道交通車輛輕量化的研究分為兩個方向，一個是輕量化設(shè)計，另一個則是輕量化材料的使用。目前鋁合金的輕量化設(shè)計已到達瓶頸，再進行減重勢必會影響到其他性能，至此，碳纖維復(fù)合材料成為了人們新的選擇。 軌道交通輕量化是必然趨勢 從軌道交通車輛生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部來看，對碳纖維復(fù)合材料輕量化的應(yīng)用決心很大?，F(xiàn)在已經(jīng)到了逢會必談輕量化，逢輕量化必談碳纖維應(yīng)用的階段。碳纖維復(fù)合材料不僅可以滿足軌道交通車輛輕量化需求，在強度、耐沖擊性、防火等其他性能方面表現(xiàn)出色。 距離碳纖維應(yīng)用普及還有很長的路要走 在過去的幾年的時間，國內(nèi)的軌道交通車輛企業(yè)也做了大量工作，與碳纖維企業(yè)聯(lián)合研發(fā)碳纖維的部件，挪恩復(fù)材就曾為國內(nèi)某軌道交通車輛廠商定制碳纖維部件。但是目前為止，大部分屬于內(nèi)裝使用玻纖復(fù)合材料較多，在外部大規(guī)模使用碳纖維復(fù)合材料非常少見，這其中有成本因素，也有其他因素。 首先，如何保證使用的碳纖維復(fù)合材料一定能夠達到軌道交通車輛的力學(xué)要求，怎么做到用最少的材料滿足設(shè)計需求。這就需要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的原材料性能要可靠，通過試樣(單層板和層合板)、元件、組合件、全尺寸部件等多個層次的結(jié)構(gòu)進行驗證，才能放心使用。 其次是在安全性放。目前高鐵動車組跑到一定的公里數(shù)要進行不同等級的維護，到最高5級修的時候，需要把車體油漆全部脫離掉，檢查車體是否含有裂紋等缺陷。如果換成復(fù)合材料車體，那么維護周期要多長？老化壽命有多久？內(nèi)部出現(xiàn)缺陷如何檢測、如何修復(fù)？ 最后，軌道交通領(lǐng)域目前還未建立起一套復(fù)合材料應(yīng)用體系。面對諸多不確定問題，缺乏和碳纖維企業(yè)一致的對接理由。其實很多軌道交通車輛廠商遇到的問題，在碳纖維企業(yè)都能找到解決方案，但受制于產(chǎn)業(yè)鏈的不完整、碳纖維企業(yè)水平層次不齊等諸多因素，導(dǎo)致兩者未能產(chǎn)生良好的聯(lián)動效應(yīng)。 結(jié)合以上的介紹，可以預(yù)見未來碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用潛力非常巨大。如若軌道交通廠商與碳纖維企業(yè)能夠及時對接，不僅能夠幫助廠商打破自身碳纖維應(yīng)用的僵局，兩者的合作還能加速碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，典型雙贏局面。
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 維友（大連）科技有限公司成立于2019年。公司依托軌道交通領(lǐng)域?qū)I(yè)提供商-母公司大連賽格迪軌道交通設(shè)備有限公司。公司擁有一流的員工隊伍和科研實力，聯(lián)合國家985工程、211工程重點一流大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)與大連理工大學(xué)的高校師生力量；雄厚的技術(shù)實力，近千平方的實踐研發(fā)中心；超強的生產(chǎn)制造能力，1500㎡的成型車間，大型墊壓機、熱壓罐、液壓成型臺、3D打印機、真空泵、高溫箱及獨立專業(yè)化的恒溫車間，烘烤房、...

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