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碳纤维材料在轨道交通箱体结构部件中的应用介绍
作者:苏州挪恩发布时间:2020-05-11浏览量: 760

轨道车辆的电气线路中担负着控制系统的电能传输和信号控制与传递的重要装置叫做电气接线盒,目前高铁等轨道交通车辆中的电气接线盒采用的是铝或不锈钢材质,碳纤维材质因轻量化效果明显,受到了广泛关注。


(图示:传统轨道交通电气接线盒)

苏州挪恩复合材料专注碳纤维箱体结构产品,为国内外多家企业提供定制碳纤维箱体产品,在碳纤维箱体产品方面拥有丰富经验,并且还曾为某军工单位定制碳纤维运输箱、具备电磁屏蔽的雷达机箱等产品。据挪恩复材介绍,在高铁等轨道交通中的电气接线盒部件,已有厂商提出碳纤维材料的替代方案。

首先将相同尺寸的金属材质接线盒与碳纤维接线盒质量进行对比,不锈钢电气接线盒的重量是37kg,铝电气接线盒的重量是17kg,而碳纤维电气接线盒的重量仅为12.5kg,三种材质的电气接线盒相比,碳纤维电气接线盒的重量约为铝电气接线盒的73.5%,约为不锈钢电气接线盒的33.8%,由此可见,碳纤维电气接线盒的,减重效果非常突出。这对于提升高铁速度、节约能源有着很重要的作用。

常用车体材料不锈钢能够抗低温,并有较好的抗冲击性,作为轨道车辆用的电气接线盒材质,在性能上相对来说比较安全;铝合金材质,抗低温抗冲击性佳,但是焊接质量要求较高,一旦吊脚焊缝偏短,就容易出现起、收弧熔合不良的缺陷。碳纤维电气接线盒在应对温差大、冲击性方面比金属材质盒体要好,碳纤维材质的热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,能耐骤冷、急热,实验证明,在高低温变化中碳纤维电气接线盒的尺寸基本不会发生变化。

与不锈钢和铝接线盒相比,碳纤维接线盒的抗疲效果也很好。在交变应力作用下,金属材料的疲劳极限仅为静荷强度的30%-40%,而在碳纤维电气接线盒中,纤维与基体复合可缓和裂纹扩展,且存在纤维内力再分配的可能性,所以碳纤维复合材料的耐疲劳极限较高,约为静荷强度的70%-80%,并在破坏前有变形显著的征兆,安全性能较高。除此之外,碳纤维盒体耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。

轨道车辆用的电气接线盒的应用成本主要包括三个方面:一是材料本身的价格,二是加工工艺的费用,三是后期维护的成本。

作为材料本身的价格,碳纤维无疑没有什么竞争优势,但碳纤维电气接线盒箱体可采用钢模组合式模具,箱体主体部分可一体成型,不需要拼接,部分开孔可由模具直接成型出来,减少了加工过程,其制件的铣削、开孔等加工工艺与金属件相似,可采用金属加工设备进行加工。

整体看来,碳纤维电气接线盒的成本价格与铝合金电气接线盒的成本相差并不大,并且碳纤维接线盒有个优势,需求量越大,模具费用部分的分摊就越少,对于量产化的电气接线盒来说,实际应用的可行性很强。

又考虑到碳纤维材质的耐疲劳及其它优势性能,碳纤维电气接线盒的使用寿命必然比铝合金材质的盒体更长,因此后期的更新维护费用更低,如果同时将轻量化带来的能耗节约计算进去,碳纤维电气接线盒的应用价值更值得我们的尝试。(推荐阅读:碳纤维材料在新能源电动汽车电池箱中的应用可能