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易洲觀察:鎂合金型材在軌道交通中的應用

發布時間:2014-11-27 13:39:41 來源:陜鎂電商 查看次數:

  無論是國內還是國外,未來在不斷的城鎮化進程中,軌道交通裝備都將扮演著十分重要的角色,市場發展空間巨大。

 

  據權威機構統計,盡管當前全球經濟不景氣,但軌道交通裝備行業還是呈現出了強勁的增長態勢。全球軌道交通裝備行業產值,從2010年的1310億歐元增長到2012年的1430億歐元、2013年的1620億歐元。未來,每年還將有3.4%的年平均增長率。預計到2018年,全球軌道交通裝備制造業的產值有望突破1900億歐元。

 

  近十年來,對于中國現代化建設而言,軌道交通在優化城市空間結構,緩解城市交通擁擠,保護環境等方面等都顯示出積極促進作用,已日益成為我國走新型城市化道路的重要舉措,伴隨著中國城市化進程的加快,城市交通需求劇增,城市軌道交通也進入高速發展時期。由于國家政策的正確引導和相關城市對規劃建設軌道交通的積極努力,我國城市軌道交通發展從速度、規模和現代化水平上均顯示了健康、快速的上升趨勢。2013年末,我國累計有19個城市建成投運城軌線路87條,運營里程2539公里。實際新增2個運營城市、16條運營線路、395公里運營里程。在2539公里運營里程中,地鐵2074公里,占總里程的81.7%;輕軌192公里,占總里程的7.6%;單軌75公里,占總里程的3.0%;現代有軌電車100公里,占總里程的3.9%;磁浮交通30公里,占總里程的1.2%;市域快軌67公里,占總里程的2.6%。

 

  國務院印發《“十二五”綜合交通運輸體系規劃》中提出:根據不同城市規模和特點,制定差別化的軌道交通發展目標,有序推進輕軌、地鐵、有軌電車等城市軌道交通網絡建設。市區人口超過1000萬的城市,逐步完善軌道交通網絡;市區人口超過300萬的城市,初步形成軌道交通網絡主骨架;市區人口超過100萬的城市,結合自身條件建設大容量地面公共交通系統。

 

  軌道交通重點工程為:建設北京、上海、廣州、深圳等城市軌道交通網絡化系統,建成天津、重慶、成都、沈陽、長春、武漢、西安、南京、杭州、福州、南昌、昆明、大連、青島、寧波、哈爾濱、蘇州、無錫、長沙、鄭州、東莞、南寧等城市軌道交通骨架;規劃建設合肥、貴陽、石家莊、太原、廈門、蘭州、濟南、烏魯木齊、佛山、常州、溫州等城市軌道交通骨干線路。

 

  中國重點城市城市軌道交通發展規劃(一)(單位:公里)

  

 

 

 

 

  中國重點城市城市軌道交通發展規劃(二)(單位:公里)

  

 

 

 

 

  以上重點項目共涉及37個城市,除了已獲批的32個城市,其余溫州、烏魯木齊、太原、濟南、佛山等5座城市未獲批得而得已列入《規劃》,可見“十二五”期間,這5座城市必定會獲批建設軌道交通,除此之外并不排除其他城市獲批的可能,由此保守估計,“十二五”末,全國至少有37座城市獲批建設軌道交通。

 

  軌道交通車輛發展現狀與趨勢

 

  城市軌道交通車輛數量隨城軌地鐵運營里程的增長而穩步增長,2012年中國城軌地鐵車輛保有量已突破13700輛,是2006年的4.8倍,其中地鐵運營車輛約12800輛。同時,每公里城軌車輛保有量從2006年的4.41輛/公里穩步上升到2012年近6輛/公里。主要原因在于隨著各城市軌道交通通車路線的增長,軌道交通逐步成網運行,使得軌道交通運營優勢逐步顯現,客流增長帶動開行密度增加,所需車輛逐步增多。

 

  一般城軌車輛的使用壽命約為30年,國內城軌車輛大多服役期限僅幾年時間,遠未到其報廢更新時間,近期城軌車輛市場需求仍以新增需求為主。以城軌車輛保有量6輛/公里和新車550萬元/輛計算,2013-2015年城軌車輛市場空間為555億元。

 

  考慮城軌車輛維修市場,一般城軌車輛大修時間間隔為10-12年,每年將有1000輛城軌車輛需要進行大修,按每輛維修費用200萬元計算,可以估算出未來幾年,維修市場空間約為每年20億元。

 

  預計2013-2015年,城軌車輛市場總空間為555億元。考慮未來幾年城市軌道車輛保有量和軌道車輛價格的上漲,實際城軌車輛市場總空間可能達到600億元。

 

  軌道交通的大發展呼喚輕量化

 

  軌道交通車體重量一直是有關使用者關注的重點,在同等牽引動力的前提下,只有減輕車體重量,才能使列車增加有效載荷,列車起動、制動距離才能縮短,運行速度才能更快。以鋼鐵為主要車體材料的列車,由于車體自身重量很大,難以高速運行。因此目前鋼制車體的軌道交通列車時速一般不超過160km;自1952年英國工程師將鋁合金型材應用在軌道交通車體制造以來,軌道交通車體重量較傳統鋼材車體重量減重了25-30%,產生了極大的經濟效益和社會效益。從而推動了高速列車的大發展。加上自動化控制技術的采用,列車運行速度也由原來的時速100多公里提高到250-350km/h,使軌道交通發生了革命性變化。它不僅拉近了人們之間的時空距離,還提供了高效快捷的服務。

 

  但一列八節車廂組成的高速列車其牽引動力高達5500-8800kw,因而尋找更輕的金屬材料減輕車體重量,已成為節能降耗、減輕環境污染的不二選擇。我國的資源結構、環境壓力、對軌道交通車體輕量化的需求更為迫切。

 

  合金在軌道交通車體制造中應用的可行性

 

  合金在軌道交通中應用的可行性,主要有三個方面:一是材料的性能能否滿足軌道交通車體制造的要求;二是經濟性,既合金材料的價格能否為車體制造廠家所接受;三是合金材料在其使用生命周期內的社會效益,即節能環保效果。

 

  1、材料性能(主要與目前普遍采用的鋁合金比較)由于目前軌道交通普遍采用鋁合金型材或板材作為車體材料以減輕車體重量,根據北車集團首席專家李瑞純提供的資料,我們選常用的鋁合金材料與常用的合金材料進行比較,變形合金的機械性能,經一定熱處理工藝后,絕大部分與目前常用鐵道車輛用鋁合金型材的機械性能相當。完全可以取代相當一部分鋁合金。

 

  2、經濟性即變形合金型材與變形鋁合金型材價格比較:以車體材料為例,現在鋁合金車體型材平均價格在2.7-2.9萬元/噸。因合金密度僅為鋁合金的2/3,按此推算合金車體型材的價格應在3.6-4.2萬元/噸之間,這一價格在目前錠市場價格的情況下,合金型材加工企業是可以接受的,車體制造企業也可以承受,因而經濟性不成問題。

 

  3、社會效益:因合金密度是鋁的2/3,使用合金平均每節車廂較鋁合金車體可減重1.5噸,以8節一列動車組為例,可減重12噸。以目前一列動車組加上旅客等重量約為500噸計,可減重2.4%。以現在一列動車組功率5500-8800kw計算,平均可減少功率消耗132-211.2kw,以每列列車每天運行13小時,全年按運行300天計算,可節約能耗51-82萬度。以每度電0.8元計算,一列車平均可節約60萬元,減少二氧化碳排放放量約800噸,社會效益相當可觀。

 

  目前,我國工業通過這幾年努力,已經為國家軌道交通建設提供了幾十種大斷面型材、線槽、邊線、行李架骨架等,長度均在7.5米以上,其中,外接圓直徑達510mm,高度為82mm,壁厚3-5mm的大尺寸中空型材已達到了科技部“十二五計劃”中的要求。現在國內的涉企業正在積極參與研發高鐵座椅或航空座椅、高鐵的衛生潔具等零部件的生產,目前高鐵用合金壓鑄件的生產主要集中在頭靠(340g)、扶手(398g)、支臂(150g)、座椅支架(450g)、頭靠側板(290g)、墻面固定器(520g)。

 

  合金在軌道交通中的應用還需要解決的問題

 

  1、目前應用在軌道交通中的合金型材,大都采用現有的常用合金牌號如AZ31、AZ61、AZ80等經過變形加工后,以同樣的幾何尺寸取代現有的鋁合金型材,用在非主要承力結構件上,還有一定的局限性。如何根據軌道交通型材的機械性能特點,開發出專用合金,對合金行業和有關科研院所提出了新課題。

 

  2、合金和鋁合金盡管有許多相似之處,但仍有很大差異。如抗拉強度相等時,屈服強度有較大差異。鐵道部門的科研院所如何更好的根據有些差異,對現有的設計進行修改來滿足軌道交通車體制造的需要也提出了新的任務。

 

  3、盡管合金擠壓型材在其擠壓時成型較好,但其常溫下很難矯直或整形,特別是大截面型材尤其困難。如何在生產中加強過程控制或在擠壓后改進后處理工藝,以達到軌道交通型材大尺寸、高精度要求,對合金型材生產企業提出了新挑戰。

 

  4、現在的合金車體型材大都用在內飾件和非主要承載構件,以規避其抗蝕性與鋁合金相比的差距。如何開發出抗蝕性更好,且涂層更牢固的合金型材,以適應軌道交通特別是高速列車外車體的需要,鋁合金取代鋼用了近30年,合金取代鋁合金還有很長的路子要走,但我們希望縮短。

 

  5、合金用在軌道交通中是個全新的領域,盡管前景很好,但需要有大量資金的投入。尤其是在使用初期,沒有大批量采用的情況下,僅靠企業自身的努力是不行的,必須有國家的大力支持。衷心希望國家能像支持新能源汽車那樣支持合金行業的發展,也希望有更多的有識之士能夠加入行業,合作開發高性能合金,加大合金消費力度,共享在軌道交通事業中迎來的巨大商機!

 

(資料參考:《合金型材在軌道交通中的應用》——山東榮華盛業 霍天常)

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