Utafiti wa kigeni katika uwanja wa vifaa vya mchanganyiko kwa usafiri wa reli umekuwa ukiendelea kwa karibu nusu karne.Ingawa maendeleo ya haraka ya usafiri wa reli na reli ya kasi nchini China na utumiaji wa vifaa vya utunzi wa ndani katika uwanja huu yanazidi kupamba moto, nyuzinyuzi zilizoimarishwa za vifaa vya utunzi vinavyotumiwa sana katika usafirishaji wa reli ya kigeni ni nyuzi nyingi za glasi, ambazo ni tofauti na. ile ya misombo ya nyuzi kaboni nchini China.Kama ilivyotajwa katika kifungu hiki, nyuzinyuzi za kaboni ni chini ya 10% ya vifaa vya mchanganyiko vya mwili vilivyotengenezwa na Kampuni ya TPI Composites, na iliyobaki ni nyuzi za glasi, kwa hivyo inaweza kusawazisha gharama wakati wa kuhakikisha uzani mwepesi.Matumizi makubwa ya nyuzi za kaboni bila shaka husababisha ugumu wa gharama, kwa hivyo inaweza kutumika katika baadhi ya vipengele muhimu vya kimuundo kama vile bogi.
Kwa zaidi ya miaka 50, Norplex-Micarta, mtengenezaji wa viunzi vya kuweka joto, amekuwa na biashara thabiti ya kutengeneza vifaa vya utumaji wa reli, ikijumuisha treni, mifumo ya breki ya reli nyepesi, na insulation ya umeme kwa reli za juu za umeme.Lakini leo, soko la kampuni hiyo linapanuka zaidi ya eneo lenye finyu na kuingia katika matumizi zaidi kama vile kuta, paa na sakafu.
Dustin Davis, mkurugenzi wa maendeleo ya biashara wa Norplex-Micarta, anaamini kuwa reli na masoko mengine ya usafiri wa umma yatazidi kutoa fursa kwa kampuni yake, pamoja na watengenezaji na wasambazaji wengine wa mchanganyiko, katika miaka ijayo.Kuna sababu kadhaa za ukuaji huu unaotarajiwa, moja ambayo ni kupitishwa kwa Ulaya kwa kiwango cha Moto EN 45545-2, ambacho huanzisha mahitaji magumu zaidi ya moto, moshi na ulinzi wa gesi (FST) kwa usafiri wa wingi.Kwa kutumia mifumo ya resin ya phenolic, wazalishaji wa mchanganyiko wanaweza kuingiza mali muhimu ya ulinzi wa moto na moshi katika bidhaa zao.
Kwa kuongezea, waendeshaji wa mabasi, njia ya chini ya ardhi na treni wanaanza kutambua faida za nyenzo zenye mchanganyiko katika kupunguza mtetemo wa kelele na cacophony."Ikiwa umewahi kuwa kwenye treni ya chini ya ardhi na kusikia sahani ya chuma ikitetemeka," Davis alisema.Ikiwa paneli imeundwa kwa nyenzo za mchanganyiko, itanyamazisha sauti na kufanya treni kuwa tulivu."
Uzito mwepesi wa kiunga hicho pia huifanya kuvutia waendeshaji wa mabasi wanaopenda kupunguza matumizi ya mafuta na kupanua masafa yake.Katika ripoti ya Septemba 2018, kampuni ya utafiti wa soko ya Lucintel ilitabiri kuwa soko la kimataifa la composites zinazotumika katika usafirishaji wa watu wengi na magari ya nje ya barabara litakua kwa kiwango cha kila mwaka cha asilimia 4.6 kati ya 2018 na 2023, na thamani inayowezekana ya $ 1 bilioni ifikapo 2023. Fursa zitatoka kwa aina mbalimbali za matumizi, ikiwa ni pamoja na nje, ndani, kofia na sehemu za treni ya umeme, na vijenzi vya umeme.
Norplex-Micarta sasa inazalisha sehemu mpya ambazo kwa sasa zinajaribiwa kwenye njia za reli nyepesi nchini Marekani.Kwa kuongeza, kampuni inaendelea kuzingatia mifumo ya umeme na nyenzo za nyuzi zinazoendelea na kuzichanganya na mifumo ya resin ya kuponya kwa kasi."Unaweza kupunguza gharama, kuongeza uzalishaji, na kuleta utendaji kamili wa FST phenolic sokoni," Davis alielezea.Ingawa vifaa vya mchanganyiko vinaweza kuwa ghali zaidi kuliko sehemu za chuma zinazofanana, Davis anasema gharama sio sababu ya kuamua matumizi wanayosoma.
Nuru na isiyozuia moto
Urekebishaji wa meli za waendeshaji reli wa Ulaya Duetsche Bahn wa magari 66 ICE-3 Express ni mojawapo ya uwezo wa vifaa vya mchanganyiko ili kukidhi mahitaji maalum ya wateja.Mfumo wa hali ya hewa, mfumo wa burudani wa abiria na viti vipya viliongeza uzito usio wa lazima kwa magari ya reli ya ICE-3.Kwa kuongeza, sakafu ya awali ya plywood haikufikia viwango vipya vya moto vya Ulaya.Kampuni ilihitaji suluhisho la sakafu ili kusaidia kupunguza uzito na kufikia viwango vya ulinzi wa moto.Sakafu nyepesi ya mchanganyiko ni jibu.
Saertex, mtengenezaji wa vitambaa vya mchanganyiko nchini Ujerumani, hutoa mfumo wa nyenzo wa LEO® kwa sakafu yake.Daniel Stumpp, mkuu wa masoko wa kimataifa katika Saertex Group, alisema LEO ni kitambaa kisicho na safu, ambacho hutoa sifa za juu za kiufundi na uwezo mkubwa zaidi kuliko vitambaa vilivyofumwa.Mfumo wa utungaji wa vipengele vinne unajumuisha mipako maalum inayostahimili moto, nyenzo zilizoimarishwa za fiberglass, SAERfoam® (nyenzo ya msingi yenye Madaraja ya 3D-fiberglass yaliyounganishwa), na resini za LEO vinyl ester.
SMT(pia yenye makao yake nchini Ujerumani), watengenezaji wa nyenzo za mchanganyiko, waliunda sakafu kupitia mchakato wa kujaza ombwe kwa kutumia mifuko ya utupu ya silicon inayoweza kutumika tena iliyotengenezwa na Alan Harper, kampuni ya Uingereza."Tuliokoa karibu asilimia 50 ya uzani kutoka kwa plywood iliyopita," Stumpp alisema."Mfumo wa LEO unategemea laminates za fiber zinazoendelea na mfumo wa resin usiojazwa na sifa bora za mitambo ... . Aidha, composite haina kuoza, ambayo ni faida kubwa, hasa katika maeneo ambayo theluji huanguka wakati wa baridi na sakafu ni mvua."Sakafu, zulia la juu na nyenzo za mpira zote zinakidhi viwango vipya vya kuzuia mwali.
SMT imetoa zaidi ya futi za mraba 32,000 za paneli, ambazo zimesakinishwa katika takriban theluthi moja ya treni nane za ICE-3 hadi sasa.Wakati wa mchakato wa urekebishaji, saizi ya kila paneli inaboreshwa ili kutoshea gari fulani.OEM ya sedan ya ICE-3 ilivutiwa sana na sakafu mpya ya mchanganyiko hivi kwamba imeamuru paa la mchanganyiko kuchukua nafasi ya muundo wa zamani wa paa la chuma katika magari ya reli.
Nenda zaidi
Proterra, mbunifu wa California na mtengenezaji wa mabasi ya umeme yasiyotoa moshi sifuri, amekuwa akitumia vifaa vyenye mchanganyiko katika miili yake yote tangu 2009. Mnamo 2017, kampuni iliweka rekodi kwa kuendesha maili 1,100 kwenda njia moja kwenye Kichocheo chake cha betri. ®E2 basi.Basi hilo lina mwili mwepesi uliotengenezwa na mtengenezaji wa TPI Composite.
* Hivi majuzi, TPI ilishirikiana na Proterra kutengeneza basi ya umeme iliyojumuishwa ya kila moja."Katika basi au lori la kawaida, kuna chassis, na mwili hukaa juu ya chasi hiyo," anaelezea Todd Altman, mkurugenzi wa Mkakati wa masoko katika TPI.Kwa muundo wa ganda gumu la basi, tuliunganisha chasi na mwili pamoja, sawa na muundo wa gari la yote kwa moja." Muundo mmoja ni bora zaidi kuliko miundo miwili tofauti katika kukidhi mahitaji ya utendaji.
Mwili wa ganda moja la Proterra umeundwa kwa kusudi, iliyoundwa kutoka mwanzo kuwa gari la umeme.Hiyo ni tofauti muhimu, Altman alisema, kwa sababu uzoefu wa watengenezaji magari wengi na waundaji wa mabasi ya umeme umekuwa kujaribu majaribio machache ya kurekebisha miundo yao ya jadi ya injini za mwako wa ndani kwa magari ya umeme."Wanachukua majukwaa yaliyopo na kujaribu kufunga betri nyingi iwezekanavyo. Haitoi suluhisho bora kutoka kwa mtazamo wowote.""Altman alisema.
Mabasi mengi ya umeme, kwa mfano, yana betri nyuma au juu ya gari.Lakini kwa Proterra, TPI ina uwezo wa kuweka betri chini ya basi."Ikiwa unaongeza uzito mkubwa kwa muundo wa gari, unataka uzito huo uwe mwepesi iwezekanavyo, kutoka kwa mtazamo wa utendaji na kwa mtazamo wa usalama," Altman alisema.Alibainisha kuwa watengenezaji wengi wa mabasi ya umeme na magari sasa wanarejea kwenye ubao wa kuchora ili kubuni miundo bora zaidi na inayolengwa kwa magari yao.
TPI imeingia mkataba wa miaka mitano na Proterra wa kuzalisha hadi mabasi ya aina 3,350 katika vituo vya TPI huko Iowa na Rhode Island.
Haja ya kubinafsisha
Kubuni shirika la mabasi ya Catalyst kunahitaji TPI na Proterra kusawazisha kila mara ubora na udhaifu wa nyenzo zote tofauti ili ziweze kufikia malengo ya gharama huku zikipata utendakazi bora.Altman alibainisha kuwa uzoefu wa TPI katika kutengeneza vilele vikubwa vya upepo ambavyo vina urefu wa futi 200 na uzito wa pauni 25,000 hurahisisha kiasi kwao kuzalisha mabasi ya futi 40 ambayo yana uzito wa kati ya pauni 6,000 na 10,000.
TPI inaweza kupata nguvu za muundo zinazohitajika kwa kuchagua kwa kuchagua nyuzinyuzi za kaboni na kuzihifadhi ili kuimarisha maeneo ambayo hubeba mzigo mkubwa zaidi."Tunatumia nyuzinyuzi za kaboni ambapo unaweza kununua gari kimsingi," Altman alisema.Kwa ujumla, nyuzinyuzi za kaboni hufanya chini ya asilimia 10 ya nyenzo za kuimarisha mwili, na zingine zikiwa za fiberglass.
TPI ilichagua resin ya vinyl ester kwa sababu sawa."Tunapoangalia epoxies, ni nzuri, lakini unapowaponya, unapaswa kuongeza joto, hivyo unapaswa joto la mold. Ni gharama ya ziada, "aliendelea.
Kampuni hutumia ukingo wa uhamishaji wa resini unaosaidiwa na utupu (VARTM) kutoa miundo ya sandwich ya mchanganyiko ambayo hutoa ugumu unaohitajika kwa ganda moja.Wakati wa mchakato wa utengenezaji, baadhi ya vifaa vya chuma (kama vile nyuzi na sahani za kugonga) hujumuishwa kwenye mwili.Basi imegawanywa katika sehemu za juu na za chini, ambazo huunganishwa pamoja.Wafanyikazi lazima baadaye waongeze urembo mdogo wa mchanganyiko kama vile maonyesho, lakini idadi ya sehemu ni sehemu ya basi ya chuma.
Baada ya kutuma mwili uliokamilika kwa kiwanda cha uzalishaji basi cha Proterra, njia ya uzalishaji hutiririka haraka kwa sababu kuna kazi ndogo ya kufanywa."Sio lazima kufanya kulehemu, kusaga na kutengeneza, na wana kiolesura rahisi sana cha kuunganisha mwili kwa gari la kuendesha gari," Altman aliongeza.Proterra huokoa muda na inapunguza juu kwa sababu nafasi ndogo ya utengenezaji inahitajika kwa ganda la monokotiki.
Altman anaamini mahitaji ya mashirika ya mabasi yenye mchanganyiko yataendelea kukua huku miji ikigeukia mabasi ya umeme ili kupunguza uchafuzi wa mazingira na kupunguza gharama.Kulingana na Proterra, magari ya betri yanayotumia umeme yana gharama ya chini zaidi ya mzunguko wa maisha (miaka 12) ikilinganishwa na dizeli, gesi asilia iliyobanwa au mabasi ya mseto ya dizeli.Hiyo inaweza kuwa sababu moja kwa nini Proterra anasema mauzo ya mabasi ya umeme yanayotumia betri sasa yanachangia 10% ya soko la jumla la usafiri.
Bado kuna vizuizi kadhaa kwa utumiaji mpana wa vifaa vyenye mchanganyiko katika mabasi ya umeme.Moja ni utaalamu wa mahitaji mbalimbali ya wateja wa basi."Kila mamlaka ya usafiri inapenda kupata mabasi kwa njia tofauti -- usanidi wa viti, ufunguaji wa hatch. Ni changamoto kubwa kwa watengenezaji wa mabasi, na nyingi ya bidhaa hizo za usanidi zinaweza kwenda kwetu.""Altman alisema. "Watengenezaji wa miili iliyojumuishwa wanataka kuwa na muundo wa kawaida, lakini ikiwa kila mteja anataka kiwango cha juu cha ubinafsishaji, itakuwa ngumu kufanya hivyo." TPI inaendelea kufanya kazi na Proterra ili kuboresha muundo wa basi ili kudhibiti vyema. unyumbufu unaohitajika na wateja wa mwisho.
Chunguza uwezekano
Composites inaendelea kujaribu ikiwa nyenzo zake zinafaa kwa programu mpya za usafirishaji wa watu wengi.Huko Uingereza, ELG Carbon Fibre, ambayo ni mtaalamu wa teknolojia ya kuchakata tena na kutumia tena nyuzinyuzi za kaboni, inaongoza muungano wa makampuni yanayotengeneza vifaa vyenye uzani mwepesi kwa bogi katika magari ya abiria.Bogi inasaidia mwili wa gari, inaongoza gurudumu na kudumisha utulivu wake.Husaidia kuboresha ustarehe wa safari kwa kunyonya mitetemo ya reli na kupunguza nguvu ya katikati treni inapogeuka.
Lengo moja la mradi ni kuzalisha bogi ambazo ni asilimia 50 nyepesi kuliko bogi za chuma zinazofanana."Ikiwa bogi ni nyepesi, itasababisha uharibifu mdogo kwa wimbo, na kwa sababu mzigo kwenye wimbo utakuwa wa chini, muda wa matengenezo na gharama za matengenezo zinaweza kupunguzwa," anasema Camille Seurat, mhandisi wa maendeleo ya bidhaa za ELG.Malengo ya ziada ni kupunguza nguvu za gurudumu la upande kwa reli kwa 40% na kutoa ufuatiliaji wa hali ya maisha.Bodi ya Usalama na Viwango ya Reli ya Uingereza (RSSB) isiyo ya faida inafadhili mradi huo kwa lengo la kuzalisha bidhaa inayofaa kibiashara.
Majaribio ya kina ya utengenezaji yamefanywa na idadi ya paneli za majaribio zimefanywa kwa kutumia prepregs kutoka kufa kwa kufa, layup ya kawaida ya mvua, perfusion na autoclave.Kwa sababu uzalishaji wa bogi ungekuwa mdogo, kampuni ilichagua epoxy prepreg iliyotibiwa katika autoclaves kama njia ya gharama nafuu zaidi ya ujenzi.
Mfano wa bogi ya ukubwa kamili ina urefu wa futi 8.8, upana wa futi 6.7 na urefu wa futi 2.8.Imetengenezwa kutokana na mchanganyiko wa nyuzinyuzi za kaboni zilizosindikwa (pedi zisizo na kusuka zinazotolewa na ELG) na kitambaa kibichi cha nyuzi kaboni.Nyuzi za njia moja zitatumika kwa kipengele kikuu cha nguvu na zitawekwa kwenye mold kwa kutumia teknolojia ya roboti.Epoksi iliyo na sifa nzuri za mitambo itachaguliwa, ambayo itakuwa epoxy iliyotengenezwa upya ya retardant ya moto ambayo imethibitishwa EN45545-2 kwa matumizi kwenye reli.
Tofauti na bogi za chuma, ambazo zina svetsade kutoka kwa mihimili ya usukani hadi mihimili miwili ya upande, bogi za mchanganyiko zitajengwa kwa sehemu za juu na chini ambazo huunganishwa pamoja.Ili kuchukua nafasi ya bogi za chuma zilizopo, toleo la mchanganyiko litalazimika kuchanganya mabano ya kusimamishwa na kuunganishwa kwa kuvunja na vifaa vingine katika nafasi sawa."Kwa sasa, tumechagua kuweka vifaa vya chuma, lakini kwa miradi zaidi, inaweza kuvutia kuchukua nafasi ya vifaa vya chuma na vifaa vya aina ya mchanganyiko ili tuweze kupunguza uzito wa mwisho," Seurat alisema.
Mwanachama wa muungano wa Kikundi cha Sensorer na Composites katika Chuo Kikuu cha Birmingham anasimamia maendeleo ya sensor, ambayo itaunganishwa kwenye bogi ya mchanganyiko katika hatua ya utengenezaji."Sensorer nyingi zitazingatia ufuatiliaji wa shida katika sehemu tofauti kwenye bogi, wakati zingine ni za kuhisi hali ya joto," Seurat alisema.Vihisi vitaruhusu ufuatiliaji wa wakati halisi wa muundo wa mchanganyiko, kuruhusu data ya upakiaji wa maisha yote kukusanywa.Hii itatoa taarifa muhimu kuhusu mzigo wa kilele na uchovu wa muda mrefu.
Uchunguzi wa awali unaonyesha kuwa bogi za mchanganyiko zinapaswa kuwa na uwezo wa kufikia kupunguza uzito unaohitajika wa 50%.Timu ya mradi inatarajia kuwa na bogi kubwa tayari kwa majaribio kufikia katikati ya 2019.Iwapo mfano huo utafanya kazi inavyotarajiwa, watatoa bogi zaidi ili kujaribu tramu zilizotengenezwa na Alstom, kampuni ya usafiri wa reli.
Kulingana na Seurat, ingawa bado kuna kazi nyingi ya kufanywa, dalili za mapema zinaonyesha kwamba inawezekana kujenga bogi yenye mchanganyiko wa kibiashara ambayo inaweza kushindana na bogi za chuma kwa gharama na nguvu."Kisha nadhani kuna chaguzi nyingi na uwezekano wa maombi ya composites katika sekta ya reli," aliongeza.(Makala yamechapishwa tena kutoka Carbon Fiber na Teknolojia Yake Mchanganyiko na Dk. Qian Xin).
Muda wa posta: Mar-07-2023