碳纤维是一种现代高性能材料, 被广泛应用于要求部件具有机械强度但又十分轻质的领域中, 例如航空航天, 汽车行业, 以及风能技术和现代体育器材中. 但由于其高昂的成本, 成为许多制造商的障碍.
由于每年会有成千上万吨碳纤维 '垃圾' 被简单填埋, 造成资源和环境的极大浪费. 因此, 利用新的碳纤维回收工艺, 获得再生碳纤维, 不仅保留了它的原有价值, 同时也使它们能够被重新应用. 因此, 再生碳纤维更具成本效益.
在铁路领域的研究进展
再生碳纤维在轨道车辆方面的研究项目源于英国铁路安全与标准委员会(RSSB)发起的一项车辆动力学竞赛, 由于最终是 ELG公司主导的轻型碳纤维轨道车辆转向架框架项目 胜出, 因此RSSB向ELG公司资助125万英镑, 用于设计和制造轨道客运车辆再生碳纤维材料转向架原型.
ELG公司是再生碳纤维产品专家, 该公司拥有从制造废料和终端零部件中回收碳纤维的一整套高效开发方法. 其在再生碳纤维轨道车辆转向架项目中的研究团队包括英国Huddersfield大学铁路研究中心, 阿尔斯通公司以及伯明翰大学传感器与符合材料研究中心在内的联合机构.
▲位于研究中心的再生碳纤维材料转向架
目前, 再生碳纤维转向架正在英国Huddersfield大学铁路研究中心进行全面测试. 这种利用再生碳纤维制成的列车转向架 比常规转向架重量减少了50%, 这表明了其在轨道磨损, 能源消耗以及维护成本等方面都会下降, 将为运营商节省大量成本开支.
负责测试阶段的首席工程师表示: 这是首次使用再生纤维制造转向架框架, 下面将对该转向架的刚度进行检验, 将在研究中心的滚动试验台完成部分动态测试.
碳纤维 3D打印
目前, Huddersfield大学铁路研究中心正在对碳纤维材料和转向架制造工艺进行相关研究. 该中心已经获得了约30万英镑资助, 用于开发更轻型, 更可靠, 更舒适以及噪音更小的机车车辆.
该研究项目是欧盟的RUN2RAIL项目的一部分, RUN2RAIL是新项目的总称, 属于欧盟综合铁路项目Shift2Rail的一部分, 资金总额为273.2万欧元, 该项目共包含4个研究专题, 由欧洲领先的工程公司和大学共享.
Huddersfield大学铁路研究中心专家表示, 碳纤维复合材料的一个关键优势在于, 它们可以打印成几乎任何形状或结构. 研究中心决定探究碳纤维复合材料的应用情况以及3D打印技术, 以便使用机器人增材制造系统来构建列车转向架框架.
研究中心表示, 随着3D打印技术越来越成熟, 为了生产新的轨道车辆部件, 例如轴箱和制动器支架, 还将探索金属3D打印. 随着技术的不断发展, 列车制造的应用将变得更加可行.
尽管有工程公司已经生产出了一种采用碳纤维弹簧装置的转向架, 但传统的钢架仍然会用来制造列车车轮. Huddersfield大学铁路研究中心专家表示, '我们已经在考虑寻找替代材料制作轮毂或车轴, 但目前正在研究. '
RUN2RAIL项目预计将于2019年8月完工, 而项目正在寻求的利用新材料和新技术来改善铁路运输, 使铁路车辆 '更轻, 更可靠, 更舒适, 更安静' 的研究目的能否实现, 结果究竟如何, 让我们拭目以待吧!