細(xì)如發(fā)絲、輕若鴻毛、強(qiáng)過鋼鐵的碳纖維也能造地鐵列車。2025年1月10日，由中車四方股份公司聯(lián)合青島地鐵集團(tuán)共同研制的全球首列碳纖維地鐵列車“CETROVO 1.0碳星快軌”在青島地鐵1號線正式投入運(yùn)營。

與傳統(tǒng)金屬材料的地鐵車輛相比，碳纖維地鐵車輛的車體減重25%、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架減重50%，檢修成本降低了22%，運(yùn)行能耗降低7%，每列車每年可減少二氧化碳排放約130噸。乘坐起來更加舒適，車身強(qiáng)度更高，輪軌磨耗更少，運(yùn)維成本也更低?！疤夹强燔墶碧钛a(bǔ)了碳纖維復(fù)材在地鐵車輛主承載結(jié)構(gòu)商用領(lǐng)域的國際空白，實(shí)現(xiàn)了我國地鐵列車輕量化、綠色化的全新升級。

2025年1月10日，全球首列碳纖維地鐵列車“CETROVO 1.0碳星快軌”在青島地鐵1號線正式投入運(yùn)營

“輕量化”地鐵更節(jié)能

作為先進(jìn)輕量化材料，碳纖維具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、抗疲勞、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被稱為“新材料之王”。在軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，輕量化是軌道車輛實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要途徑。

近年來，全球碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域發(fā)展迅速，但多局限于內(nèi)飾、設(shè)備艙、車體以及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等少量構(gòu)件的應(yīng)用。中車四方股份公司聯(lián)合青島地鐵集團(tuán)等單位聯(lián)合攻關(guān)，攻克碳纖維大型復(fù)雜主承載結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)、高效低成本成型制造、全方位智能檢測維護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)解決工程化應(yīng)用難題，于2024年在全球首次實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料在商用地鐵車輛車體、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等主承載結(jié)構(gòu)的多部件應(yīng)用。按照運(yùn)營計(jì)劃，“CETROVO 1.0碳星快軌”在青島地鐵1號線上線初期，從山里站始發(fā)，在山里至興國路上下行區(qū)域進(jìn)行往返載客運(yùn)營。

通過采用碳纖維復(fù)合材料，車輛實(shí)現(xiàn)大幅減重。“CETROVO 1.0碳星快軌”全部采用碳纖維車體和構(gòu)架，整車減重約11%。

通過采用碳纖維復(fù)合材料，“CETROVO 1.0碳星快軌”實(shí)現(xiàn)大幅減重

軌道交通領(lǐng)域的碳纖維復(fù)材系統(tǒng)解決方案

CETROVO 1.0是一套面向軌道交通領(lǐng)域基于碳纖維復(fù)材的系統(tǒng)解決方案，它擁有兩大代際特征：碳纖維工程化應(yīng)用和Smart care與結(jié)構(gòu)健康的深度融合。

CETROVO 1.0還搭建了軌道交通專屬的研發(fā)、制造及驗(yàn)證等三大平臺(tái)，即軌道車輛碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)研發(fā)平臺(tái)、軌道車輛碳纖維復(fù)合材料高效低成本制造平臺(tái)和全面覆蓋的全流程積木式驗(yàn)證平臺(tái)，形成面向全壽命周期的批量化工程應(yīng)用能力。

據(jù)悉，CETROVO 1.0突破了一體化設(shè)計(jì)、高效低成本制造等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車減重、能耗減少和運(yùn)維成本降低。以輕量化為核心，深化一體化設(shè)計(jì)理念，開展承載、安裝、隔聲、隔熱、屏蔽等多目標(biāo)耦合設(shè)計(jì)，研發(fā)復(fù)材專屬結(jié)構(gòu)，讓車體和構(gòu)件減輕重量。搭建了智能創(chuàng)新與高效生產(chǎn)有機(jī)融合的復(fù)材產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)高效低成本制造。搭建五層級積木式驗(yàn)證平臺(tái)，發(fā)布軌道交通領(lǐng)域六項(xiàng)驗(yàn)證規(guī)范，縮短研發(fā)周期30%。

得益于碳纖維輕量化材料和新技術(shù)的應(yīng)用，碳纖維地鐵列車的輪軌磨耗顯著降低，大幅減少了車輛和軌道的維護(hù)量，全壽命周期運(yùn)維成本更低。同時(shí)，“碳星快軌”應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，搭建了碳纖維列車SmartCare智能運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車輛故障智能檢測、健康狀態(tài)智能評估和修程修制優(yōu)化，降低了檢修成本。

與傳統(tǒng)金屬材料的地鐵車輛相比，碳纖維地鐵車輛的車體減重25%

從材料到技術(shù)的全面國產(chǎn)化

在城市軌道交通領(lǐng)域，如何最大限度地降低能耗，減少碳排放，打造高效低碳的綠色城軌，是行業(yè)發(fā)展的重中之重，對軌道車輛輕量化技術(shù)提出了更高的需求。

“碳星快軌”的車體、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等主承載結(jié)構(gòu)，均采用碳纖維復(fù)合材料制造，在全球首次實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)材在地鐵車輛主承力結(jié)構(gòu)上的商業(yè)運(yùn)用。較傳統(tǒng)地鐵，該碳纖維地鐵列車實(shí)現(xiàn)全新升級，更輕更節(jié)能、乘坐更舒適、強(qiáng)度更高、輪軌磨耗更少、運(yùn)維成本更低。

“碳星快軌”的強(qiáng)度更高，結(jié)構(gòu)壽命更長。該車采用更高性能的新型碳纖維復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)提高了車身強(qiáng)度。同時(shí)，與采用傳統(tǒng)金屬材料相比，碳纖維轉(zhuǎn)向架構(gòu)架部件具有更強(qiáng)的抗沖擊能力，耐疲勞性能更優(yōu)，延長了使用壽命。還采用先進(jìn)的主動(dòng)徑向技術(shù)，能讓車輪沿著軌道靈活地通過彎道。大幅降低了輪軌磨耗和噪聲，環(huán)境適應(yīng)力更強(qiáng)。采用更耐磨、更抗熱的碳陶制動(dòng)盤，較鋼盤減重60%，且有耐高溫、長壽命、風(fēng)沙雨雪全環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)勢，滿足更苛刻的制動(dòng)性能需求。

據(jù)悉，“碳星快軌”已實(shí)現(xiàn)了完全國產(chǎn)化，碳纖維原材料選型、工藝驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)碳纖維原絲、預(yù)浸料、樹脂、芯材、膠黏劑等原材料的100%國產(chǎn)化，推動(dòng)碳纖維復(fù)材在軌道交通領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用。預(yù)計(jì)未來三年，碳纖維車體將實(shí)現(xiàn)城際動(dòng)車組、高速動(dòng)車組、高速磁浮等不同速度等級的推廣應(yīng)用，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)上下游實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值近十億元，為我國軌道交通綠色低碳轉(zhuǎn)型提供有力支撐。

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