讓笨重的車輛輕盈飛跑，讓車輛不斷減肥而又不失堅固結(jié)實，始終是科學(xué)家們的夢想。在過去一百年甚至更長的時間里，交通工具經(jīng)歷了從“木材時代”的馬車、“鋼鐵時代”的火車到“鋁材時代”的飛躍，才有今天的飛機上天、高鐵飛馳。

 

       今天，中國中車正在將交通工具從“鋼鐵時代”、“鋁材時代”推向“碳材時代”，促進車輛減重35%以上，推動交通工具的“材質(zhì)革命”。這是中國中車為世界交通貢獻的“中國智慧”和“中國方案”。

 

 

        新年伊始，中車長客股份公司在軌道交通領(lǐng)域再獲重大突破，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。此次全復(fù)合材料車體的成功研發(fā)，不僅帶來車體減重、節(jié)能減排降耗、提高安全性、舒適性和使用壽命等，更重要的是探索了碳纖維復(fù)合材料在軌道交通大批量工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用的方向和實施路徑。

 

        據(jù)了解，該車體采用薄壁筒形整體承載結(jié)構(gòu)，車體長度為19000 毫米，車體寬度為2800毫米 ，車體頂面距軌面高度為3478毫米。性能精良，特點凸顯。

 

        車體輕量化程度高。這是初中生都能算明白的結(jié)論，鐵（Fe）原子量為56、鋁（AL）原子量為27、碳（C）的原子量僅為12，材料密度變化劇烈。中車長客生產(chǎn)的全復(fù)合材料地鐵車體充分發(fā)揮了碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)越特點，可以用更輕的材料完成與金屬材料同等的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使整車較同類地鐵金屬車體減重約35%，從而對提高車體的運載能力、降低能源消耗、降低全壽命周期成本、減少線路損害等具有重大意義。

 

       突破多項技術(shù)難點。全復(fù)合材料地鐵車體突破了整體承載地鐵車輛復(fù)合材料車體設(shè)計分析技術(shù)、車體連接技術(shù)、復(fù)合材料低成本及大尺寸制件的成型制造技術(shù)及復(fù)合材料車體靜強度試驗技術(shù)，進行了10余種材料性能測試，6000多個元件、典型件、組合件、全尺寸試驗件等積木式設(shè)計驗證試驗，經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化論證，解決了復(fù)合材料應(yīng)用于軌道車輛承載結(jié)構(gòu)面臨的難點，車體最終性能優(yōu)異，滿足在極限惡劣工況和環(huán)境下的使用要求。

 

        安全性高，使用壽命長。中車長客對車體的各項性能指標(biāo)也進行了大量驗證，經(jīng)仿真分析驗證了車體疲勞強度方面的優(yōu)勢，使車體具有更高安全性和可靠性。車體的抗振動能力也較同類金屬車體提高了18%以上,更有效的防止了車身與轉(zhuǎn)向架之間的共振。由于車體運用的復(fù)合材料具有良好的耐腐蝕性、耐酸性和耐堿性能，車體不需進行特殊的防腐蝕處理即可在許多金屬通常會發(fā)生氧化、腐蝕的環(huán)境中長期使用，使用壽命超過不銹鋼材料。

 

       乘坐舒適度好。車體用復(fù)合材料的隔熱性能很強，導(dǎo)熱系數(shù)接近防寒材，全復(fù)合材料車體的隔熱性能近乎鋪設(shè)了防寒材的金屬車體；復(fù)合材料車體的隔聲性能同樣優(yōu)于金屬車體，大大降低了車體的振動和噪聲，提高乘坐舒適度。

 

        尺寸精度高，外觀質(zhì)量好。利用復(fù)合材料可設(shè)計性強、可一體化成型的特點，全復(fù)合材料車體最大限度地實現(xiàn)部件整合、零件整合，通過模具一體成型。車體各模塊之間采用機械連接，消除了傳統(tǒng)金屬車體因焊接變形導(dǎo)致的尺寸偏差和形位偏差，提高了車體尺寸精度和外觀質(zhì)量。

 

        為國內(nèi)建立完整的軌道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。新材料特別是碳纖維材料在軌道交通行業(yè)不僅缺乏應(yīng)用，更缺乏各類標(biāo)準(zhǔn)，此次車體研制結(jié)合國際航空領(lǐng)域在碳纖維的成功應(yīng)用經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造性地探索碳纖維在軌道交通行業(yè)應(yīng)用的材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計準(zhǔn)則、工藝指南、質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)、試驗判定和維護策略等，為國內(nèi)建立完整的軌道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。

 

        據(jù)悉，中車長客始終致力于前沿技術(shù)的研究，不斷提升研發(fā)能力。全碳纖維復(fù)合材料車體研發(fā)和試驗完全獨立自主完成，并且全部應(yīng)用國內(nèi)生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料，具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)，為后續(xù)大批量生產(chǎn)應(yīng)用和可持續(xù)性提供了有力保障。隨著我國軌道車輛裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，軌道車輛裝備制造技術(shù)也在逐步提升。

 

        碳纖維是國家戰(zhàn)略新興材料，由于新材料特性，國內(nèi)外在大工業(yè)領(lǐng)域包括航空航天等領(lǐng)域都在積極探索應(yīng)用，但在軌道交通行業(yè)的研究主要應(yīng)用在非主承力的小部件試制上。本次中車長客研發(fā)的大尺寸，承載結(jié)構(gòu)全碳纖維復(fù)合材料車體不僅屬國內(nèi)首創(chuàng)，國際也未有先河，它的研制成功驗證了碳纖維復(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)用上步入了新時代。