不锈钢车体
不锈钢主要用镍铬奥氏体不锈钢,由于其高耐蚀性和美观的特点,在日本、美国、前苏联应用较多,在保证强度和刚度前提下,如梁、柱等骨架的板厚由普通钢的3.2一6.0mm减至1.0一1.5 mm,可减重40%左右。20世纪60年代初,日本率先研制出不锈钢车辆,其轻量、节能、不需涂装,产生了显著的经济效益,目前不锈钢车辆超过5000辆,占全部客车10%以上。
主要应用:不锈钢车体由于不易解决车体气密性问题,只用于制造200km/h速度级的车体、及车内承载和装饰件。
铝合金
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铝的密度小,仅为2.7(属轻金属),约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜,所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性,由于铝的融化温度低,流动性好,易于制造各种复杂外形的零件。铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。
主要应用:
一是作为受力构件;
二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;
三是作为装饰和绝热材料。铝合金容易加工和具有高度的散热性。
特别是车辆引擎部分特别适合使用铝合金材料。这里几乎完全是铝合金的一家天下。此外,铝合金的加工工艺多种多样。通用性较强。
从长期来看,铝合金价格适中。铝材价格较高,使得车辆制造成本增加,但由于铝合金使得车辆轻量化,车辆的轻量化带来了运能的增加,耗能的减少,维修的费用降低。有资料显示,交通工具的重量每减少10%,燃料可节约8%。在报废回收时,铝型材产品可以实现100%回收,回收铝型材循环再用可以减少95%的能源消耗。
早在20世纪50年代,世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材来制造铁路车辆,包括美国、加拿大、日本、俄罗斯、德国和法国等国,目前国内高铁列车车厢已大量使用铝合金材料。业内专家指出,时速300公里以上的高速列车车体必须采用轻量化的铝合金材料,350公里以上的列车车厢除底盘外全部使用铝型材。目前中国铁路客运专线动车组采用的CRHI、CRH2、CRH3、CRH5四种类型中,除CRHI型车体采用的是不锈钢材外,其余3种动车组车体均为铝合金材质。
近年来国外有用镁合金、钛合金等航空材料制造车体骨架的尝试,其重量只有铝合金的66%,减重效果明显。但还在考察试验中。
复合材料
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复合材料己开始应用于车辆,且用量不断增加,代表了未来发展趋势。纤维增强树脂基复合材料(FRF)因为高比强度(刚度)、耐疲劳、耐蚀、隔热、阻燃、可设计性强等优点,英国、日本、德国先后在60年代开始应用于非结构件,现在越来越多地应用于各种结构件,例如车体和车头前端部采用玻璃钢、芳纶纤维增强环氧树脂等。目前在西欧,制造铁道车辆用的复合材料中,按纤维种类分,玻璃纤维占58%. 芳族聚酸胺纤维占20%,碳纤维占20%,其他占2%;按树脂的种类分,聚酯占35%,乙烯酸酯占22%,环氧树脂占21%,酚醛树脂占15%,改性的丙烯酸树脂占4%,其他占3%。
转向架
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转向架的构架是特别重要的高强度部件,关系到整个车辆安全性。转架必须满足安全、运行舒适度以及耐磨损、易检修等要求。
多采用优质碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢制造的构架。近来研究热点为高分子复合材料和铝合金制造的构架。
车辆内装及设备
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车辆内装及设备主要有装饰板、厕所、盟洗室、座椅及水箱等,以铝合金和高分子材料为主,如装饰板采用铝合金上叠合一层不燃性的纤维增强塑料,厕所、盟洗室、座椅及水箱还要考虑到卫生和耐腐蚀性,也以不燃性的为佳。
轮一轨系统
车轮与钢轨材料除了要有足够的强度、韧性、耐磨性外,还必须具有耐擦伤、抗剥离的性能。