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實例講解：火車上熱塑性復(fù)材的應(yīng)用
由于熱塑性復(fù)合材料的制備成本較低，而且具有比強度高、耐腐蝕性強、抗蠕變性好、加工成型方便和低能耗的特點，因此在鐵路貨車上具有廣泛的應(yīng)用前景，是我國軌道交通領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧掀贩N之一。
鐵路貨車輕量化的意義
鐵路貨車車輛輕量化是指在承載結(jié)構(gòu)質(zhì)量有限的條件下，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載最大化，滿足結(jié)構(gòu)安全可靠性。
可靠性是指承載結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，結(jié)構(gòu)不發(fā)生疲勞失效。實現(xiàn)輕量化的原理是在滿足功能性和安全可靠性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)輕量化設(shè)計。主要包括五個方面：①合理分配結(jié)構(gòu)的質(zhì)量;②充分發(fā)揮材料的機械性能;③消除或避免結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中效應(yīng);④合理的整體結(jié)構(gòu)剛度;⑤合理的材料選擇。
貨車車輛輕量化并不是單純的簡單降低貨車車輛重量，事實上諸如高強度鋼、新型復(fù)合材料及鋁合金代表著當今最先進的貨車車輛技術(shù)。
鐵路貨車車輛的輕量化就是在保證鐵路貨車安全強度和安全運行的前提下，盡可能地降低鐵路貨車的整備質(zhì)量，從而提高鐵路貨車的可裝載能力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。
在目前全球節(jié)能環(huán)保的大背景下，鐵路貨車輕量化已經(jīng)成為了全球鐵路貨車制造業(yè)的發(fā)展趨勢。所以，鋼質(zhì)貨車車輛車身如何在保證安全性的前提下“瘦身”的意義已是非同凡響。
熱塑性復(fù)合材料簡介
熱塑性復(fù)合材料是以熱塑型樹脂為基體，纖維或其織物為增強體的復(fù)合材料，具有耐熱性強、比剛度高、比強度高和耐氧化性高等優(yōu)點。目前已經(jīng)應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的熱塑性復(fù)合材料有長纖維熱塑性復(fù)合材料(LFT)、連續(xù)纖維熱塑性復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等。
熱塑性復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用
SQ6凹底雙層運輸汽車專用車中復(fù)合材料應(yīng)用
SQ6凹底雙層運輸汽車專用車是由中車北京二七車輛有限公司主導(dǎo)設(shè)計的運輸小汽車專用車，也是目前國內(nèi)運輸汽車專用車的最主要車型，市場保有量約20000輛。
SQ6車型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分為上下兩層，下層為凹底結(jié)構(gòu)，可以運輸較高的SUV、MPV及小貨車。上層地板具有升降功能，便于運輸不同車型。其中有部分部件已經(jīng)應(yīng)用熱塑性復(fù)合材料，包括：上下防護板、附加地板、護欄等。
SQ6車型上層地板具有可以上下調(diào)節(jié)的功能，在地板上下調(diào)節(jié)的過程中，配重塊會上下往復(fù)運動，上下防護板的作用就是防止配重塊與其他物體的接觸。SQ6車型使用的上防護板尺寸為：長×寬×厚=1000×960×7mm，下防護板尺寸為長×寬×厚=1100×960×7mm，每車每件四塊。材料為LFT熱塑性復(fù)合材料。安裝方式：防護板與車體連接位置加裝墊板，尺寸為880×30×8mm，防護板兩側(cè)各7枚自攻絲螺釘安裝。
附加地板是SQ6車型特有的，為防止汽車進入凹底部位造成汽車托底，損壞車輛而設(shè)計的。閑置時懸掛于車體兩側(cè)，需要時安裝固定在凹底部位的兩側(cè)，使車輛進入凹底位置時提升車輛高度，防止汽車托底損傷，每車四塊。
原設(shè)計材料是SMC熱固性復(fù)合材料，存在不可回收、環(huán)保性差的問題。通過對附加地板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及合理選材，目前已使用LFT熱塑性復(fù)合材料進行替代生產(chǎn)，使用效果良好。
對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進行模擬類比分析，模擬裝載汽車工況，進行受力、形變的分析。
護欄是具有彈性的保護性產(chǎn)品，安裝于SQ6車型兩側(cè)的側(cè)墻上，防止汽車車門打開與貨車車體發(fā)生碰撞損壞車漆。
原護欄材質(zhì)為橡膠，橡膠制品不可回收，并且比重大。護欄產(chǎn)品最長22.8米，橡膠護欄重量約為46KG，不利于工人的搬運及安裝。
為降低重量和減輕工人的勞動強度，SQ6車型上的護欄重新設(shè)計使用熱塑性彈性體材料。并且通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計增加反射器，使護欄產(chǎn)品具有警示功能，在光線條件不好的情況下裝載汽車時，汽車燈光照射護欄會形成一條光帶，具有警示及導(dǎo)向作用。
SQ7汽車-普貨兩用雙層車中復(fù)合材料應(yīng)用
SQ7汽車-普貨兩用雙層車是由中車北京二七車輛有限公司主導(dǎo)設(shè)計的運輸普通貨物及小汽車專用車。SQ7車型的上、下層地板均為可翻轉(zhuǎn)地板，運輸汽車時可雙層存放車輛，運輸普通貨物時將上層翻轉(zhuǎn)地板收起增大可以運輸空間。
目前應(yīng)用的熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品為：下層翻轉(zhuǎn)地板、上層地板的擋條。
SQ7附加地板單車32件，產(chǎn)品尺寸為長×寬×高1440*1000*25mm。其作用為在運輸普貨工況的情況下，下層翻轉(zhuǎn)地板落下，使車輛的中梁與落下的地板在一個平面上，便于叉車運輸裝卸普通貨物，包括：糧食、化肥、箱式貨物等。要求下層翻轉(zhuǎn)地板具有較高的抗壓、抗彎強度。目前材質(zhì)為LFT熱塑性復(fù)合材料。
SQ7附加地板單車32件，產(chǎn)品尺寸為長×寬×高1440*1000*25mm，目前材質(zhì)為LFT復(fù)合材料。
SQ7上層翻轉(zhuǎn)地板擋條單車48件，產(chǎn)品尺寸為長×寬×高610*44*65mm，其作用為在運輸汽車的工況條件下，安裝于上層地板邊緣，并且在擋條表面貼有反光標記，在裝載車輛時具有導(dǎo)向作用。目前材質(zhì)為LFT熱塑性復(fù)合材料。
