Kërkimet e huaja në fushën e materialeve të përbëra për tranzit hekurudhor kanë vazhduar për gati gjysmë shekulli.Megjithëse zhvillimi i shpejtë i tranzitit hekurudhor dhe hekurudhave me shpejtësi të lartë në Kinë dhe aplikimi i materialeve të përbëra vendase në këtë fushë janë në lëvizje të plotë, fibra e përforcuar e materialeve të përbëra gjerësisht e përdorur në tranzitin hekurudhor të huaj është më shumë fibër qelqi, e cila është e ndryshme nga atë të përbërjeve të fibrave të karbonit në Kinë.Siç u përmend në këtë artikull, fibra karboni është më pak se 10% e materialeve të përbëra për trupin e zhvilluar nga TPI Composites Company, dhe pjesa tjetër është fibër qelqi, kështu që mund të balancojë koston duke siguruar peshë të lehtë.Përdorimi masiv i fibrës së karbonit çon në mënyrë të pashmangshme në vështirësi në kosto, kështu që mund të përdoret në disa komponentë kryesorë strukturorë, siç janë karrocat.
Për më shumë se 50 vjet, Norplex-Micarta, një prodhues i kompozitave termorregullues, ka pasur një biznes të qëndrueshëm duke prodhuar materiale për aplikimet e tranzitit hekurudhor, duke përfshirë trenat, sistemet e frenimit të hekurudhave të lehta dhe izolimin elektrik për binarët elektrikë të ngritur.Por sot, tregu i kompanisë po zgjerohet përtej një hapësire relativisht të ngushtë në më shumë aplikacione si mure, çati dhe dysheme.
Dustin Davis, drejtor i zhvillimit të biznesit për Norplex-Micarta, beson se tregjet hekurudhore dhe të tjera të transportit masiv do të ofrojnë gjithnjë e më shumë mundësi për kompaninë e tij, si dhe për prodhuesit dhe furnizuesit e tjerë të përbërë, në vitet e ardhshme.Ka disa arsye për këtë rritje të pritshme, një prej të cilave është miratimi evropian i standardit të zjarrit EN 45545-2, i cili paraqet kërkesa më të rrepta për mbrojtjen nga zjarri, tymi dhe gazi (FST) për transportin masiv.Duke përdorur sistemet e rrëshirës fenolike, prodhuesit e përbërjeve mund të përfshijnë vetitë e nevojshme të mbrojtjes nga zjarri dhe tymi në produktet e tyre.
Përveç kësaj, operatorët e autobusëve, metrosë dhe trenave kanë filluar të kuptojnë avantazhet e materialeve të përbëra në reduktimin e dridhjeve të zhurmshme dhe kakofonisë."Nëse keni qenë ndonjëherë në metro dhe keni dëgjuar një pllakë metalike që kërcitet," tha Davis.Nëse paneli është prej materiali të përbërë, ai do të hesht zërin dhe do ta bëjë trenin më të qetë."
Pesha më e lehtë e kompozitit e bën atë tërheqës edhe për operatorët e autobusëve të interesuar për të reduktuar përdorimin e karburantit dhe për të zgjeruar gamën e tij.Në një raport të shtatorit 2018, firma e kërkimit të tregut Lucintel parashikoi se tregu global për përbërjet e përdorura në transportin masiv dhe automjetet jashtë rrugës do të rritej me një normë vjetore prej 4.6 përqind midis 2018 dhe 2023, me një vlerë potenciale prej 1 miliard dollarë deri në vitin 2023. Mundësitë do të vijnë nga një sërë aplikacionesh, duke përfshirë pjesët e jashtme, të brendshme, kapuçin dhe motorin, dhe komponentët elektrikë.
Norplex-Micarta tani prodhon pjesë të reja që aktualisht janë duke u testuar në linjat hekurudhore të lehta në Shtetet e Bashkuara.Për më tepër, kompania vazhdon të fokusohet në sistemet e elektrifikimit me materiale fibra të vazhdueshme dhe i kombinon ato me sisteme rrëshirë më të shpejtë shëruese."Ju mund të reduktoni kostot, të rrisni prodhimin dhe të sillni funksionalitetin e plotë të fenolit FST në treg," shpjegoi Davis.Ndërsa materialet e përbëra mund të jenë më të shtrenjta se pjesët metalike të ngjashme, Davis thotë se kostoja nuk është faktori përcaktues i aplikimit që ata po studiojnë.
E lehtë dhe rezistente ndaj flakës
Rinovimi i flotës së operatorit hekurudhor evropian Duetsche Bahn prej 66 makinash ICE-3 Express është një nga aftësitë e materialeve të përbëra për të përmbushur nevojat specifike të klientëve.Sistemi i ajrit të kondicionuar, sistemi i argëtimit të pasagjerëve dhe sediljet e reja shtuan peshë të panevojshme për makinat hekurudhore ICE-3.Përveç kësaj, dyshemeja origjinale e kompensatës nuk plotësonte standardet e reja evropiane të zjarrit.Kompania kishte nevojë për një zgjidhje dyshemeje për të ndihmuar në uljen e peshës dhe përmbushjen e standardeve të mbrojtjes nga zjarri.Dyshemeja e lehtë e përbërë është përgjigjja.
Saertex, një prodhues i pëlhurave të përbëra me bazë në Gjermani, ofron një sistem materiali LEO® për dyshemenë e tij.Daniel Stumpp, kreu global i marketingut në Saertex Group, tha se LEO është një pëlhurë me shtresa, jo të shtrënguara që ofron veti më të larta mekanike dhe potencial më të madh të peshës sesa pëlhurat e endura.Sistemi i përbërë me katër komponentë përfshin veshje speciale rezistente ndaj zjarrit, materiale të përforcuara me tekstil me fije qelqi, SAERfoam® (një material bazë me ura të integruara me tekstil me fije qelqi 3D) dhe rrëshira vinyl ester LEO.
SMT (e vendosur gjithashtu në Gjermani), një prodhues i materialeve të përbëra, krijoi dyshemenë përmes një procesi mbushjeje me vakum duke përdorur qese vakum silikoni të ripërdorshme të bëra nga Alan Harper, një kompani britanike."Kemi kursyer rreth 50 për qind të peshës nga kompensata e mëparshme," tha Stump.“Sistemi LEO bazohet në laminate me fibra të vazhdueshme me një sistem rrëshirë jo të mbushur me veti të shkëlqyera mekanike... Përveç kësaj, kompoziti nuk kalbet, gjë që është një avantazh i madh, veçanërisht në zonat ku bie borë në dimër dhe dyshemeja është e lagur."Dyshemeja, tapeti i sipërm dhe materiali prej gome plotësojnë standardet e reja të frenimit të flakës.
SMT ka prodhuar më shumë se 32,000 metra katrorë panele, të cilat janë instaluar në rreth një të tretën e tetë trenave ICE-3 deri më sot.Gjatë procesit të rinovimit, madhësia e çdo paneli po optimizohet për t'iu përshtatur një makine të veçantë.OEM i sedanit ICE-3 ishte aq i impresionuar me dyshemenë e re të përbërë saqë ka porositur një çati të përbërë për të zëvendësuar pjesërisht strukturën e vjetër të çatisë metalike në vagonat hekurudhore.
Shko me tej
Proterra, një projektues me bazë në Kaliforni dhe prodhues i autobusëve elektrikë me emetim zero, ka përdorur materiale të përbëra në të gjitha trupat e saj që nga viti 2009. Në vitin 2017, kompania vendosi një rekord duke udhëtuar 1,100 milje në një drejtim në Catalyst të saj të ngarkuar me bateri Autobus ®E2.Ky autobus përmban një trup të lehtë të bërë nga prodhuesi i kompoziteve TPI Composite.
* Kohët e fundit, TPI bashkëpunoi me Proterra për të prodhuar një autobus elektrik të integruar të gjithë-në-një."Në një autobus ose kamion tipik, ka një shasi dhe trupi ulet në majë të asaj shasie," shpjegon Todd Altman, drejtor i marketingut strategjik në TPI.Me dizajnin e fortë të autobusit, ne kemi integruar shasinë dhe trupin së bashku, ngjashëm me modelin e makinës gjithëpërfshirëse." Një strukturë e vetme është më efektive se dy struktura të veçanta në përmbushjen e kërkesave të performancës.
Trupi me një guaskë Proterra është ndërtuar me qëllim, i projektuar nga e para për të qenë një automjet elektrik.Ky është një dallim i rëndësishëm, tha Altman, sepse përvoja e shumë prodhuesve të autobusëve dhe autobusëve elektrikë ka qenë të provojnë përpjekje të kufizuara për të përshtatur modelet e tyre tradicionale për motorët me djegie të brendshme me automjetet elektrike."Ata po marrin platformat ekzistuese dhe po përpiqen të paketojnë sa më shumë bateri. Kjo nuk ofron zgjidhjen më të mirë nga asnjë këndvështrim.""tha Altman.
Shumë autobusë elektrikë, për shembull, kanë bateri në pjesën e pasme ose në krye të automjetit.Por për Proterra, TPI është në gjendje të montojë baterinë nën autobus.“Nëse po i shtoni shumë peshë strukturës së automjetit, dëshironi që ajo peshë të jetë sa më e lehtë, si nga pikëpamja e performancës ashtu edhe nga pikëpamja e sigurisë,” tha Altman.Ai vuri në dukje se shumë prodhues të autobusëve elektrikë dhe makinave po kthehen tani në tabelën e vizatimit për të zhvilluar modele më efikase dhe të synuara për automjetet e tyre.
TPI ka hyrë në një marrëveshje pesëvjeçare me Proterra për të prodhuar deri në 3,350 trupa autobusësh të përbërë në objektet e TPI në Iowa dhe Rhode Island.
Duhet të personalizohet
Dizajnimi i trupit të autobusit Catalyst kërkon që TPI dhe Proterra të balancojnë vazhdimisht pikat e forta dhe të dobëta të të gjitha materialeve të ndryshme në mënyrë që të mund të përmbushin objektivat e kostos duke arritur performancën optimale.Altman vuri në dukje se përvoja e TPI në prodhimin e teheve të mëdha të erës që janë rreth 200 këmbë të gjata dhe peshojnë 25,000 paund, e bën relativisht të lehtë për ta prodhimin e trupave të autobusëve 40 këmbë që peshojnë midis 6,000 dhe 10,000 paund.
TPI është në gjendje të marrë forcën e kërkuar strukturore duke përdorur në mënyrë selektive fibër karboni dhe duke e mbajtur atë për të përforcuar zonat që mbajnë ngarkesën më të madhe."Ne përdorim fibër karboni ku mund të blini një makinë," tha Altman.Në përgjithësi, fibra karboni përbën më pak se 10 për qind të materialit të përbërë përforcues të trupit, me pjesën tjetër prej tekstil me fije qelqi.
TPI zgjodhi rrëshirën vinyl ester për një arsye të ngjashme.“Kur shikojmë epoksidet, janë të shkëlqyera, por kur i kuroni, duhet të rrisni temperaturën, kështu që duhet të ngrohni mykun. Është një shpenzim shtesë”, vazhdoi ai.
Kompania përdor formimin e transferimit të rrëshirës me vakum (VARTM) për të prodhuar struktura sanduiçësh të përbërë që ofrojnë ngurtësinë e nevojshme për një guaskë të vetme.Gjatë procesit të prodhimit, disa pajisje metalike (të tilla si pajisje me fileto dhe pllaka trokitjeje) futen në trup.Autobusi ndahet në pjesët e sipërme dhe të poshtme, të cilat më pas ngjiten së bashku.Punëtorët duhet të shtojnë më vonë zbukurime të vogla të përbëra, si p.sh. panairet, por numri i pjesëve është një fraksion i autobusit metalik.
Pas dërgimit të trupit të përfunduar në fabrikën e prodhimit të autobusëve Proterra, linja e prodhimit rrjedh më shpejt sepse ka më pak punë për të bërë.“Ata nuk duhet të bëjnë të gjitha saldimet, bluarjen dhe prodhimin dhe kanë një ndërfaqe shumë të thjeshtë për të lidhur trupin me motorin”, shtoi Altman.Proterra kursen kohë dhe zvogëlon shpenzimet, sepse kërkohet më pak hapësirë prodhuese për guaskën monokotike.
Altman beson se kërkesa për trupat e përbërë të autobusëve do të vazhdojë të rritet ndërsa qytetet do t'i drejtohen autobusëve elektrikë për të reduktuar ndotjen dhe për të ulur kostot.Sipas Proterra, automjetet elektrike me bateri kanë koston më të ulët të ciklit të funksionimit (12 vjet) në krahasim me autobusët hibridë me naftë, gaz natyror të kompresuar ose me naftë.Kjo mund të jetë një arsye pse Proterra thotë se shitjet e autobusëve elektrikë me bateri tani përbëjnë 10% të tregut total të transportit.
Ka ende disa pengesa për aplikimin e gjerë të materialeve të përbëra në trupin e autobusit elektrik.Njëra është specializimi i nevojave të ndryshme të klientëve të autobusëve."Çdo autoritet tranziti i pëlqen të marrë autobusët në një mënyrë të ndryshme -- konfigurimi i sediljeve, hapja e kapakut. Është një sfidë e madhe për prodhuesit e autobusëve dhe shumë prej atyre artikujve të konfigurimit mund të shkojnë tek ne.""Altman tha. "Prodhuesit e integruar të trupit duan të kenë një ndërtim standard, por nëse çdo klient dëshiron një shkallë të lartë personalizimi, do të jetë e vështirë për ta bërë këtë." TPI vazhdon të punojë me Proterra për të përmirësuar dizajnin e autobusit për ta menaxhuar më mirë. fleksibiliteti i kërkuar nga klientët fundorë.
Eksploroni mundësinë
Composites po vazhdon të testojë nëse materialet e tij janë të përshtatshme për aplikime të reja të transportit masiv.Në Mbretërinë e Bashkuar, ELG Carbon Fibre, e specializuar në teknologjinë për riciklimin dhe ripërdorimin e fibrave të karbonit, udhëheq një konsorcium kompanish që zhvillojnë materiale kompozite të lehta për karrocat në makinat e pasagjerëve.Bogie mbështet trupin e makinës, drejton grupin e rrotave dhe ruan stabilitetin e tij.Ato ndihmojnë në përmirësimin e komoditetit të udhëtimit duke thithur dridhjet e hekurudhës dhe duke minimizuar forcën centrifugale ndërsa treni rrotullohet.
Një qëllim i projektit është të prodhojë karroca që janë 50 për qind më të lehta se karrocat metalike të krahasueshme."Nëse karroca është më e lehtë, do të shkaktojë më pak dëmtime në pistë dhe për shkak se ngarkesa në pistë do të jetë më e ulët, koha e mirëmbajtjes dhe kostot e mirëmbajtjes mund të reduktohen," thotë Camille Seurat, inxhiniere e zhvillimit të produkteve ELG.Objektivat shtesë janë reduktimi i forcave të rrotave anësore me shina me 40% dhe sigurimi i monitorimit të gjendjes gjatë gjithë jetës.Bordi jofitimprurës i Sigurisë dhe Standardeve Hekurudhore në Mbretërinë e Bashkuar (RSSB) po financon projektin me synimin për të prodhuar një produkt komercialisht të zbatueshëm.
Janë kryer prova të gjera prodhimi dhe janë bërë një sërë panelesh testimi duke përdorur parapregat nga presimi i presimit, vendosja konvencionale e lagësht, perfuzioni dhe autoklava.Për shkak se prodhimi i karrocave do të ishte i kufizuar, kompania zgjodhi preparatin epoksid të përpunuar në autoklava si metodën më ekonomike të ndërtimit.
Prototipi i bojës me madhësi të plotë është 8.8 këmbë i gjatë, 6.7 këmbë i gjerë dhe 2.8 këmbë i lartë.Është bërë nga një kombinim i fibrës së karbonit të ricikluar (jastëkët jo të endura të ofruara nga ELG) dhe pëlhurës së papërpunuar me fibër karboni.Fijet me një drejtim do të përdoren për elementin kryesor të forcës dhe do të vendosen në kallëp duke përdorur teknologjinë robotike.Do të zgjidhet një epoksid me veti të mira mekanike, i cili do të jetë një epoksi retardant i flakës i sapoformuluar që është certifikuar EN45545-2 për përdorim në hekurudha.
Ndryshe nga karrocat e çelikut, të cilat janë ngjitur nga trarët drejtues në dy trarë anësore, karrocat e përbëra do të ndërtohen me majë dhe funde të ndryshme që më pas bashkohen së bashku.Për të zëvendësuar karrocat ekzistuese metalike, versioni i përbërë do të duhet të kombinojë kllapat e lidhjes së pezullimit dhe frenave dhe aksesorët e tjerë në të njëjtin pozicion."Për momentin, ne kemi zgjedhur të mbajmë pajisjet e çelikut, por për projekte të mëtejshme, mund të jetë interesante të zëvendësohen pajisjet e çelikut me pajisje të tipit të përbërë në mënyrë që të mund të zvogëlojmë më tej peshën përfundimtare," tha Seurat.
Një anëtar i konsorciumit të Grupit të Sensorëve dhe Kompoziteve në Universitetin e Birminghamit po mbikëqyr zhvillimin e sensorit, i cili do të integrohet në karrocën e përbërë në fazën e prodhimit."Shumica e sensorëve do të përqendrohen në monitorimin e tendosjes në pika diskrete në bogie, ndërsa të tjerët janë për sensorin e temperaturës," tha Seurat.Sensorët do të lejojnë monitorimin në kohë reale të strukturës së përbërë, duke lejuar mbledhjen e të dhënave të ngarkesës gjatë gjithë jetës.Kjo do të sigurojë informacion të vlefshëm për ngarkesën maksimale dhe lodhjen afatgjatë.
Studimet paraprake tregojnë se karrocat e përbëra duhet të jenë në gjendje të arrijnë reduktimin e dëshiruar të peshës prej 50%.Ekipi i projektit shpreson të ketë një karrocë të madhe gati për testim nga mesi i vitit 2019.Nëse prototipi funksionon siç pritej, ata do të prodhojnë më shumë karroca për të testuar tramvajet e prodhuara nga Alstom, kompania e transportit hekurudhor.
Sipas Seurat, megjithëse ka ende shumë punë për të bërë, indikacionet e hershme sugjerojnë se është e mundur të ndërtohet një karrocë kompozite e qëndrueshme komerciale që mund të konkurrojë me karrocat metalike në kosto dhe forcë."Pastaj mendoj se ka shumë opsione dhe aplikime të mundshme për përbërjet në industrinë hekurudhore," shtoi ajo.(Artikulli i ribotuar nga Fibra e Karbonit dhe Teknologjia e Përbërjes së saj nga Dr. Qian Xin).
Koha e postimit: Mar-07-2023