Lekkie materiały otwierają nowe możliwości w produkcji następnej generacji pojazdów szynowych
Branża transportowa od dawna korzysta z nowych lekkich materiałów w projektach konstrukcji pojazdów. W lotnictwie, gdzie waga samolotu decyduje o zużyciu paliwa, materiały kompozytowe zastępują metal zarówno w elementach konstrukcyjnych, jak i innych. Kolej także może skorzystać na zastosowaniu nowych materiałów konstrukcyjnych. Jeżeli nadwozie wagonu wykonane zostałoby z materiałów kompozytowych, ciężar pociągu byłby mniejszy o 20 lub 30%. Takie obniżenie ciężaru przyniosłoby oszczędności na zużyciu energii i spadek emisji CO2 o co najmniej 5%. Ograniczenia prawne Obecne przepisy europejskie nie pozwalają producentom pociągów na stosowanie materiałów kompozytowych w konstrukcji nadwozi. Na dzień dzisiejszy kompozyty wykorzystuje się w kolejnictwie tylko do komponentów konstrukcyjnych, które nie mają funkcji nośnej, a najczęstszym materiałem do budowy nadwozi jest stal. Jedną z największych przeszkód jest brak stosownych procedur certyfikacyjnych, które odpowiadałyby wymogom eksploatacyjnym, jakie muszą spełniać pojazdy szynowe. Dofinansowany ze środków UE projekt REFRESCO ma na celu opracowanie rozwiązań tego i innych problemów, aby otworzyć drogę do przyjęcia nowych procedur, które pozwolą wykorzystywać materiały kompozytowe w produkcji wagonów kolejowych. Porównywanie materiałów Zespół REFRESCO porównał najbardziej obiecujące materiały, wykorzystywane w sektorze transportowym oraz poza nim, które mogłyby znaleźć zastosowanie w produkcji taboru kolejowego. Po zanalizowaniu procesu certyfikacji i norm dotyczących nadwozi pojazdów szynowych, partnerzy projektu doszli do wniosku, że w obecnym procesie certyfikacji stosowanym w europejskiej kolei jest miejsce na innowacyjne rozwiązania. Brakuje jednak zbioru norm technicznych potrzebnych do wykazania zgodności nadwozi kompozytowych i należy go opracować. Po analizie luk, zespół REFRESCO stwierdził, że nawet jeśli niektóre normy wymagają adaptacji na potrzeby zachowań materiałów kompozytowych, większość można zastosować do nadwozi z tych materiałów bez uszczerbku dla bezpieczeństwa. Kwestie konstrukcyjne Badając praktyczne wymogi konstrukcyjne pod kątem przyjęcia materiałów kompozytowych, naukowcy koncentrowali się na takich kwestiach jak wytrzymałość, ogniotrwałość i odporność konstrukcji na uszkodzenia w razie wypadku, hałas, wibracje, kompatybilność elektromagnetyczna oraz łatwość utrzymania. Ze względu na surowe wymogi bezpieczeństwa, w ramach projektu szczegółowo sprawdzano zewnętrzną wytrzymałość zderzeniową. Ponieważ materiały kompozytowe zachowują się inaczej niż stal czy aluminium, cechując się wyższą kruchością i ortotropią, pojawiają się pytania o wytrzymałość konstrukcji nadwozia zbudowanego z tych materiałów w razie kolizji. Przeprowadzono referencyjne symulacje zderzeń z obecnie stosowanymi konstrukcjami metalowymi, aby zaobserwować ich zachowanie i potwierdzić obecnie zapewniane bezpieczeństwo. Kiedy w szkielecie kabiny użyto materiałów kompozytowych, pierwsze wyniki wskazały na pojawianie się pęknięć. Jednakże partnerzy projektu zauważyli, że po wzmocnieniu konstrukcji kompozytowej albo przedłużeniu otaczających ją metalowych powierzchni, możliwe jest pozytywne przejście testu wypadkowego. Kolejny wniosek z projektu mówi, że po wprowadzeniu materiałów kompozytowych wymagana będzie zmiana procesów utrzymania i konserwacji. Konieczne byłoby nie tylko doposażenie warsztatów, ale także przeszkolenie techników, aby byli w stanie pracować z tego typu materiałami. Kolejne kroki Obecnie ceny kompozytów są wyższe niż konstrukcji stalowych, ale to ma się zmienić, ponieważ przemysł motoryzacyjny coraz intensywniej wykorzystuje kompozyty. Wzrasta też produkcja surowców do wyrobu kompozytów, co prawdopodobnie spowoduje dalszą obniżkę ich ceny. Projekt REFRESCO oficjalnie zakończył się w lutym 2016 r. i partnerzy zamierzają teraz wykorzystać jego wyniki w pracach z ustawodawcami nad aktualizowaniem procedur certyfikacyjnych, tak aby branża kolejowa mogła skorzystać z tych obiecujących, lekkich materiałów. Więcej informacji: witryna projektu REFRESCO
Kraje
Belgia