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[转载]轨道车辆内饰的阻燃、减重，何去何从: cjm2003 2020-7-14 09:10; 轨道车辆的发展可追溯到18世纪，无数项革命性的技术产品一代一代地应用上去。轨道车辆的防火安全问题，在地铁上体现的最全面，因为在地下密闭空间，火灾的杀伤性最大。1987.11，英国伦敦的国王十字地铁站的木质电梯着火，引发地铁站火灾，造成31人伤亡，12人严重烧伤。2003.02，韩国大邱地铁发生火灾，导致198人死亡，146人受伤，298人失踪。2018.01，我国高铁G281在定远站发生火灾，火从车厢外烧到车厢内。同年10月，德国城际列车起火。轨道车辆的火灾严重威胁着生命安全。轨道车辆对火灾防控关键之一是对内饰材料的选择上。英国火灾后，根据标准BS6853-1987《载客列车设计与构造防火通用规范》，酚醛复合材料制品是唯一获得伦敦地铁和海峡隧道公司批准使用的内饰复合材料。该标准分级：1a、1b用于地下列车；2级用于地上列车。多数材料没被许可使用，可见该标准之严格。该标准具体从4个方面同时评估材料，即： BS476. 6 材料火势扩散指数(燃烧热释放) BS476. 7 火焰在材料表面扩展速度 BS6853. B 材料燃烧烟气毒性 BS6853. D 材料燃烧的烟密度值如果仅从单个测试来看，材料可采用多种方法去改性，但同时满足这4个标准，改性方法大多会顾此失彼；特别是烟气毒性测试，对HF、HCl、HBr、HCN、SO2、CO、CO2、NO2提出了严格要求，特别是卤素限量极低，且材料含N、S要慎重；这就给聚氨酯、多聚磷酸铵、三聚氰胺等材料套上了紧箍咒。所以在早期，只有酚醛材料能达标1a级；但要注意，不是所有的酚醛都能达标，而达标的酚醛技术只掌握在少数厂家手里。随时间的推移，阻燃剂氢氧化铝的表面功能化越发丰富。通过大量添加，使广泛使用的不饱和聚酯、丙烯酸树脂等也达到了1a级阻燃水平。当前，欧盟平衡了英法德等国的阻燃标准，提出EN45545-2替代标准，可能其HL3级略低于1a级。我们坐高铁，通常能看到壁板、顶板等，貌似厨房的人造石，其实这大多是采用了添加了大量氢氧化铝阻燃剂的不饱和聚酯玻璃钢复合材料。这种材料的优点：成型简单、成本也提高有限、供应厂家较多。缺点：材料比重大，约1.9-2.0；氢氧化铝添加量是树脂本身的2.5-3.0倍，混合料粘度大，只能依靠手糊工艺施工；宣传的灌注工艺仅达HL2级的还不太理想；除了施工困难，还造成制品比重大，强度几乎下降2/3；强度下降了，导致设计壁厚过大，这样板材重量就不能有效下降；车辆中内饰件重量占比较大，于是给轨道车辆的减重带来阻碍。从减重角度出发，近年提出的蜂窝中空结构，成为最有效的手段。但芳纶蜂窝芯的高昂价格、预浸料的高成本，特别是阻燃达HL3的预浸料价格奇高，这些都给轻量化带来巨大压力。在发展的路上，有时回过头来看看，未尝不是一件好事！ HL3 或1a级的酚醛，在历史上曾经光彩照人。记得约在2003-2008年，国内对此材料的追求达到炙热化。不过很遗憾，该材料需冷藏进口供应和80℃固化成型，使众多客户望而却步，没有给该级别的酚醛材料以大规模应用的机会。其实酚醛是第一个人造树脂，早在1907年就开始工业化。从它的特性来看，阻燃似乎是上天赐予的最宝贵特性；当然，酚醛还具有卓越的耐非氧化性酸、耐油耐溶剂、耐氯离子、高温下强度保持率高等性能。 HL3 或1a级酚醛，其各检测指标甚至仅是标准分级限值的1/10 ～1/5，足以见得其阻燃安全性之高。另外，此级别酚醛树脂因不添加无机阻燃剂，其玻璃钢复合材料的比重仅为1.5-1.6，强度保持原值。不添加填料，树脂保持低粘度，方便使用玻璃钢灌注工艺进行制品制造，VOC排放极少，安全环保。 HL3 或1a级酚醛预浸料的开发成功，给蜂窝中空结构提供了性价比最高的选择。90℃固化型或120℃固化型预浸料，使客户不再需要昂贵的金属材质模具，而普通的玻璃钢模具就能胜任真空袋压法工艺，节省材料费和成型能耗；更不用采用航空工业中使用的昂贵热压罐法。传统酚醛在高温高压下成型，是不适合玻璃钢复合材料工艺的；采用酸固化虽然可以实现在低至常温下固化成型，但它固化通常不易完全，在制品制造完之后，固化反应还可以持续若干年。看似这不是什么大问题，其实潜在的危害是很大的。因为固化没有完全，由于酚醛固化是缩聚反应，会释放副产物水气，甚至甲醛；于是没有完全固化的酚醛板材在高温下（如火灾）就迅速固化，释放水气形成高压而破坏板材结构，制品变形甚至爆裂，这就形成了极大的安全隐患。早几年，国内已经顺利完成HL3或1a级酚醛的研发，成功解决了固化不充分导致爆裂的问题；相继地开发出90℃或120℃固化型酚醛预浸料、常温稳定储存的酚醛SMC、纤维增强酚醛发泡地板、酚醛代木等衍生产品。此级别酚醛树脂在轨道车辆内饰上的使用，可以将目前阻燃不饱和聚酯板材的厚度从4mm缩减到2.5-3.0mm，合并比重变小，共减重40%以上。在造价充足的情况下，可以采用酚醛预浸料+芳纶蜂窝中空板，又可以大比例的减重；土豪车型甚至还可以用碳纤维酚醛预浸料、芳碳纤维酚醛预浸料，近年来发展的单轨轻轨车辆就是很有应用必要的。再好的东西都难逃有负面，酚醛材料的收缩率较大，产品存在易收缩变形问题；另外酚醛的表面处理还没有做到尽善尽美。然而，对于聪明的国人，这些会是很难的问题吗？还有一个是代表性问题，即热固性材料回收难题；但对比热塑性材料在稍高温度下的强度保留率低，似乎热固性材料的回收更好解决。以上纯属个人观点，欢迎批评指正！; 1462 次阅读|0 个评论

轨道车辆设计基本原则概述: wusaite 2019-8-9 20:17; 轨道车辆设计基本原则概述伍赛特 1 车辆设计总体原则对动车组和客运车辆的设计制造应遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的方针，遵循标准化、系列化、模块化、信息化的原则。（ 1 ）具有良好、可靠的运行安全性。采用了先进成熟的转向架、轻量化和模块化车体、具有先进的防滑、防空转控制系统和自动列车保护系统。牵引单元采用先进的 IGBT 功率元件以及 VVVF 控制牵引方式。设置安全行车监控系统，车下悬吊装置均采用安全防护设施。（ 2 ）以人为本的人性化设计。以舒适性、适用性为出发点，充分考虑旅客的旅行需求。如采用密接式车钩，避免纵向冲动。（ 3 ）节能和环境保护的设计理念。采用再生制动方式，低阻力走行装置降低运行能耗；采用阻燃、环保材料，整列车设真空集便装置，减少环境污染。（ 4 ）采用信息化技术，提升可靠性。有行车安全监测诊断系统和无线传输系统，实现列车监控、诊断的信息向地面设备的传输。对货运车辆，同样应该遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的方针，标准化、系列化、模块化、信息化的原则。重点包括：（ 1 ）具有良好、可靠的运行安全性。采用了先进成熟的转向架、轻量化和模块化车体，以降低产品的制造成本。（ 2 ）节能和环境保护的设计理念。低能耗转向架设计、低噪声技术的应用，减少环境污染，可循环材料的使用等。（ 3 ）便捷的可用性和可维修性，降低产品的运用成本。（ 4 ）对快捷货运车辆和特殊货物运输车辆应装备有车辆运行状态监测诊断系统，保障运用安全。 2 车体设计原则车体是运送旅客和承载货物的基础，因此对轨道车辆的相关“安全、舒适、节能、环保”的总要求同样适用于车体的设计，具体体现在：（ 1 ）车体轻量化设计要求：采用合理的承载结构和新材料，在保障结构寿命和安全的前提下，降低车体自重；（ 2 ）车体耐碰撞安全设计要求；（ 3 ）客车车体的密封要求；（ 4 ）货车车体的可用性和可维护性。 3 转向架设计原则在客车和高速动车组转向架的设计中，通常采用空气弹簧悬挂系统、无磨耗轴箱弹性定位、盘形制动为主的复合制动系统等。以下的设计原则在国内外基本上形成共识：（ 1 ）采用能有效地抑制转向架蛇行运动，提高转向架蛇行运动临界速度，提高转向架运行稳定性的各种措施。（ 2 ）采用高柔性的悬挂系统，降低轮轨间动力作用，以获得良好的振动性能，提高车辆和转向架运行的平稳性。（ 3 ）采用高强度、轻量化的转向架结构，提高转向架结构运用安全性。（ 4 ）驱动装置采用简单、实用、可靠、成熟的结构，尽量减小簧下质量和簧间质量改善轮轨间的动作用力，提高运行可靠性。（ 5 ）基础制动装置采用复合制动系统，提高运行安全性。对货车转向架的一般要求是：结构简单合理，工作安全可靠，运行性能良好，制造成本低廉，维护检修方便等。一般货车转向架主要由轮对轴箱装置、弹簧减振装置、构架或侧架和摇枕、基础制动装置等几部分组成。对快速货车转向架，由于运行速度的提高，许多设计方法参考了客车转向架，但是由于货物运输的要求，需要在运行安全性、可靠性、成本和可维护性等方面兼顾，基本的准则包括：（ 1 ）采用轴箱和中央弹性悬挂，减轻簧下重量。簧下重量对车辆的动力学性能和轮轨作用力都有较大影响，簧下重量越大，动力学性能越差，轮轨作用力也越大，因此，快速货车转向架应采用轴箱弹性悬挂来减少簧下重量。（ 2 ）采用空重车非线性悬挂系统，满足装载要求。由于货车在空重车工况下载荷变化大，受限界和车钩高度的限制，货车转向架垂向总挠度及空重车状态下垂向挠度差有严格限制。为使空、重车都具有良好的动力学性能，主悬挂系统应采用两级及以上线性弹性元件的组合或非线性刚度弹性元件。（ 3 ）减少悬挂中的磨耗件。随着运行速度的提高，转向架各部件的振动加剧，如转向架中磨耗件太多，将严重影响车辆运行性能的稳定，缩短维修周期，加大维修工作量和维修成本。所以快速货车转向架应尽量减少悬挂中的磨耗件，最好实现无磨耗。在结构上可采用弹性定位、液压减振器等方式来实现。（ 4 ）采用整体焊接构架或控制转向架蛇形运动稳定性。三大件转向架的菱形变形是影响车辆运行稳定性的主要因素，因此采用三大件式结构的快速货车转向架应在结构上采取相应措施增加转向架抗菱形变位的能力。而整体焊接构架则彻底消除了菱形变形。具有良好的横向运动稳定性，同时整体构架为安装盘形制动提供了条件，使转向架具有较好的制动性能，所以整体构架在快速货车转向架中得到了广泛的运用。（ 5 ）采用车体 / 车专向架回转装置，提高转向架蛇形运动稳定性。货车速度提高以后，对稳定性的要求相应提高，因此在车体和转向架构架间应加装合适的抗蛇形装置，提高转向架的蛇形运动稳定性。比如采用常接触弹性旁承十纵向拉杆方式，安装油压式的抗蛇行减振器，或其他主动控制元件等。（ 6 ）采用盘形或轮盘制动装置。车辆速度提高后，对转向架的基础制动装置也提出了新的要求。由于不同国家对制动距离的要求不尽相同，所以快速货车转向架的制动方式也有较大区别。如欧洲铁路对制动距离要求较高， 120 km/h 以下的转向架采用单侧或双侧踏面制动，当速度提高到 140 km/h 以上时，普遍采用盘形（轮盘）制动十防滑器的方式。对重载货车转向架，目前国际上采用的常用设计准则包括：（ 1 ）采用高强度转向架结构，提高转向架结构安全性；（ 2 ）采用具有径向作用的转向架结构，以减小曲线轮轨横向力、降低车辆和钢轨磨耗，同时降低运行阻力；（ 3 ）采用一系悬挂系统，以减小簧下质量，改善轮轨间的垂直动作用力，实现低动力作用，提高转向架走行部和钢轨的使用寿命；（ 4 ）采用空重车非线性悬挂系统，满足装载要求；（ 5 ）基础制动装置采用复合制动系统，简化制动系统，提高运行安全性。参考文献陆正刚 . 轨道车辆设计 . 上海：同济大学出版社 , 2015.12. 严隽耄 . 车辆工程 . 北京：中国铁道出版社 , 1992.; 个人分类: 科普集锦|3297 次阅读|0 个评论

国产酚醛复合材料通过英国BS6853防火检测: cjm2003 2018-5-18 16:47; 纤维增强树脂基复合材料广泛应用于交通运输等领域，能很好实现飞机、车辆的轻量化。其中，使用的树脂即有机高分子材料的阻燃低烟低毒（ FST ）性能对设备运行的防火安全尤其重要。酚醛复合材料本质上 FST 性能优异，但能使用简便的复合材料工艺成型，如常温或中温、常压或真空，又能达到国外高水平的阻燃标准（如英国 BS6853 ）的酚醛树脂，其技术一直由少数厂家掌握。近期，常州诺法新材料科技有限公司的 INofire 酚醛树脂在 SGS 的防火实验室，成功通过 BS6853 的防火检测，达到最高的 Ⅰ a 级（ SGS 报告编号： No.AJHG1409001190FB ），测试结果如下： \0 \0 INofire 系列新型酚醛树脂可满足大部分的复合材料制造工艺，如手糊、真空导入、 RTM 、预浸料等生产工艺；其中对于 RTM 或真空导入等闭模成型工艺，一直对固化有挥发物放出的酚醛树脂是个难题， INofire 酚醛树脂采用特殊的方法，较好地解决了这一问题。同时，开发的 INF 系列专用固化剂，凝胶时间（ pot life ）可长达 1h 以上，彻底解决了凝胶时间短与固化速度慢之间的矛盾，便于制品的生产制造。由于这种酚醛复合材料使用的是低分子量的水溶性甲阶酚醛树脂，固化前含水量达 10-15% ，固化过程中挥发的并不完全；再加上通常固化程度不足，固化后制品中残留可挥发物较多，使酚醛复合材料制品在高温燃烧时，会发生爆炸、分层等破坏现象。而 INofire 酚醛树脂成功解决了这一难题，制得的复合材料板材在高温燃烧时不再发生爆炸分层，提升了阻燃效果，并使复合材料制品的使用更加安全可靠。使用 INofire 新型酚醛生产的预浸料，可使用热压罐或真空袋压法成型，在 100-120 ℃下固化 2 小时即可脱模；采用特殊方法，可基本实现“零吸胶”。酚醛预浸料结合芳纶蜂窝材料制造的三明治材料，是集轻质、阻燃、高强性能于一体，广泛使用在航空设备上，轨道客车上的使用也处于积极拓展阶段。预浸料在 25 ℃ 下的储存期可达 1 个月以上，便于客户使用。高等级 FST 性能的酚醛复合材料制品，可较好应用于以下领域：（ 1 ）飞机内饰壁板、地板；（ 2 ）轨道客车的风道、墙板、窗框、顶板、防火端门、驾驶室侧墙板等；（ 3 ）纤维增强酚醛发泡材料：轨道车辆轻量化地板、侧墙、端墙等；（ 4 ）其它需要高等级防火的领域，如云轨、船舶、客车、公共场所防火通道等。; 2536 次阅读|0 个评论

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