Використання; алюміній; галузь залізничного транспорту Центр експертизи з
Використання алюмінію в залізничних перевезеннях розпочалось наприкінці 19 століття. Нью-Йоркська компанія New Haven & Hartford Railroad розпочала виробництво надлегких легкових автомобілів з алюмінієвими сидіннями. [1] Перші машини, призначені для перевезення сипучих вантажів, були повністю виготовлені з алюмінію в США ще в 1931 році. Вони були розвантажувальними вагонами. Сьогодні вагони з алюмінієвим бункером виготовляються переважно із сплавів серії 6ххх, які мають кращу корозійну стійкість. [2] Алюміній сприяє зменшенню ваги поїздів, що збільшує корисне навантаження, що транспортується, і, отже, підвищує ефективність цього виду транспорту. Алюміній також широко використовується у виробництві сучасних пасажирських поїздів, зокрема Шинкансен.
Види залізничного транспорту
Вантажний поїзд (вантажний)
Алюміній був запроваджений у США для виробництва вантажних залізничних вагонів із сипучим вугіллям ще в 1931 році. Як правило, початкові витрати на придбання алюмінієвого вагона вищі, ніж у сталевого вагона, але термін окупності менше двох років. Що стосується вторинної переробки, сотні тонн вагонів-бункерів, побудованих у 1967 році, нещодавно були продані майже за 90% від первісної вартості виготовлення. [3]
Пасажирський поїзд та швидкісний поїзд
Є кілька прикладів використання алюмінію у виробництві поїздів, включаючи LRC у Канаді, TGV у Франції, Hikari Rail Star та Shinkansen в Японії, Transrapid у Німеччині тощо. Алюміній у вагонах поїздів пропонує малу вагу та рівномірну, гладку поверхню. Це означає, що після закінчення збірки менше оздоблювальних робіт та зменшується час виробництва. Сучасні поїзди сприяють зменшенню викидів вуглекислого газу, спричинених пасажирським транспортом. Алюміній зменшує їх масу і ще більше сприяє навколишньому середовищу. [4]
Пасажирські поїзди варіюються від легких, приміських, метро, трамваїв, міжміських та швидкісних поїздів. Алюміній широко використовується там для виготовлення бічних стін, даху та підлоги. Хоча алюміній становить приблизно 1/3 ваги сталі, більшість алюмінієвих деталей, що використовуються в транспортній галузі, складають приблизно половину ваги сталевих деталей через вимоги до міцності. Це зниження ваги особливо важливо для приміських поїздів з частими зупинками, оскільки це економить енергію під час відправлення. У швидкісних поїздах використовується технологія магнітного левітації. Вони можуть досягати 550 км/год.
[5]
Електрифікація транспорту
Все більше і більше екологічні проблеми відображаються на транспорті. Електрифікація - один із способів туди дістатися. На даний момент електробуси все ще є пілотними проектами в Квебеку, але електромобілі заглиблюють ринок. Квебек має чисте та відновлюване джерело енергії. Гідроелектростанція, яка буде забезпечувати енергією потужність приміських поїздів, трамваїв, тролейбусів і, можливо, skytrains. [6]
Сплави алюмінію в залізничному транспорті
Алюмінієві сплави, що використовуються у високошвидкісних вагонах, в основному надходять із серій 5xxx та 6xxx, як і в автомобільній промисловості. Сплави серії 7xxx також використовуються для задоволення високих вимог певних застосувань. Усі ці сплави мають меншу щільність, ніж сталь, без шкоди міцності, чудовою формуемості та хорошою корозійною стійкістю. Найпоширенішими сплавами для поїздів є 5083-H111, 5059, 5383, 6060 і 6082. У Японії в місті Шинкансен в основному містяться сплави 5083 і 7075, які частіше використовуються в аерокосмічній промисловості, тоді як в Німеччині Transrapid в основному використовує 5005 листові сплави для панелей та 6061, 6063 та 6005 для екструзій. [7]
Кілька цікавих прикладів
• Zefiro: ця родина поїздів Бомбардьє може рухатися від 250 км/год до 380 км/год. Ці поїзди можуть мати чотири різні напруги живлення (постійний струм 1,5 і 3 кВ, змінний струм 15 і 25 кВ). Крім того, довжина поїзда мінлива і може досягати 428 м (16 вагонів). Фактично, у 2010 році італійський залізничний оператор Trenitalia замовив 50 залізничних комплектів V300ZEFIRO, або 400 вагонів. [8]
LRC: Цей пасажирський поїзд у Канаді легкий, швидкий та комфортний. Він розроблений Montreal Locomotive Works, Dofasco та Alcan, виробником залізничного обладнання, виробником сталі та алюмінієм. Вагони будуються компанією Bombardier, а VIA Rail купує та експлуатує вагони. [10]
TGV: Високошвидкісний поїзд у Франції представив двоповерховий дворівневий поїзд у 1996 році. Дуплекс зміг перевезти на 40% більше пасажирів, ніж його попередник, проте алюмінієва конструкція поїзда важила на 12% менше, ніж у попередника. [11]
Crossrail London: Саме в Англії, в Лондоні, цей потяг поступово вводять на Ліверпуль-стріт до Шенфілда з червня 2017 року. Кузов виготовлений з алюмінію. Він має довжину понад 200 метрів і вміщує до 1500 пасажирів. [12]
Harmony CRH3: Вироблений у Китаї, поїзд-куля Harmony CRH3 оснащений легким алюмінієвим корпусом і може рухатися до максимальної швидкості 380 км/год. [13]
Японський потяг Шинкансен, який також називають "поїздом-кулею". Ці поїзди перевозять пасажирів зі швидкістю 320 км/год. [14] Магнітна левітація - це наступний крок у швидкісних поїздах. В даний час ці нові поїзди (маглев) здатні перевищувати 600 км/год і долати відстань 286 км між Токіо та Нагоєю всього за 40 хвилин. Це менше половини часу, який займають “поїзди-кулі”, що використовуються в даний час. [15]
Корозія в залізничній галузі
Корозія є проблемою для всіх галузей транспорту, і залізнична галузь не є винятком. Враховуючи, що поїзди - це транспортні засоби, розраховані на строк корисного використання понад 30 років [15], захист від корозії заслуговує на велику увагу. Однак механізми корозії алюмінію в транспортному засобі залишаються незмінними, як і принципи запобігання цьому. Як і автомобілі, прокладки призначені для запобігання накопиченню рідин, різнорідні метали підбираються належним чином або, якщо потрібно, електрично ізольовані один від одного. [16]
Втома в залізничній галузі
Втома - це така властивість, через яку матеріал поступово пошкоджується і в кінцевому підсумку розривається в результаті циклічних сил, які створюють напруження, які, тим не менше, є нижчими за граничну межу. Алюміній сприйнятливий до втоми, явище добре відоме, і виробники беруть його до уваги, щоб запобігти ранньому руйнуванню. Як правило, доцільно уникати геометрій, що утворюють концентратори напружень, і розробити адекватну стратегію складання. Таким чином, шви будуть розташовані в найменш напружених місцях, або, якщо вони не можуть цього зробити, вони будуть спроектовані для забезпечення бажаного опору. Найважливішим елементом є знання природи використання вагона та набору циклічних сил, яким він буде піддаватися.