अधिक से अधिक मिश्रित सामग्रियाँ रेल और जन परिवहन प्रणालियों में अपना रास्ता तलाश रही हैं

इसके अलावा, बस, सबवे और ट्रेन ऑपरेटरों को शोर कंपन और कोलाहल को कम करने में मिश्रित सामग्रियों के फायदों का एहसास होने लगा है।डेविस ने कहा, "यदि आप कभी मेट्रो में गए हों और किसी धातु की प्लेट की खड़खड़ाहट सुनी हो।"यदि पैनल मिश्रित सामग्री से बना है, तो यह ध्वनि को म्यूट कर देगा और ट्रेन को शांत कर देगा।"

कंपोजिट का हल्का वजन भी इसे ईंधन के उपयोग को कम करने और इसकी सीमा का विस्तार करने में रुचि रखने वाले बस ऑपरेटरों के लिए आकर्षक बनाता है।सितंबर 2018 की एक रिपोर्ट में, मार्केट रिसर्च फर्म ल्यूसिंटेल ने भविष्यवाणी की थी कि बड़े पैमाने पर परिवहन और ऑफ-रोड वाहनों में उपयोग किए जाने वाले कंपोजिट का वैश्विक बाजार 2018 और 2023 के बीच 4.6 प्रतिशत की वार्षिक दर से बढ़ेगा, जिसका संभावित मूल्य 2023 तक 1 बिलियन डॉलर होगा। बाहरी, आंतरिक, हुड और पावरट्रेन भागों और विद्युत घटकों सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों से अवसर आएंगे।

नॉरप्लेक्स-मिकार्टा अब नए भागों का उत्पादन करता है जिनका वर्तमान में संयुक्त राज्य अमेरिका में हल्की रेल लाइनों पर परीक्षण किया जा रहा है।इसके अलावा, कंपनी निरंतर फाइबर सामग्री के साथ विद्युतीकरण प्रणालियों पर ध्यान केंद्रित करना जारी रखती है और उन्हें तेजी से इलाज करने वाली राल प्रणालियों के साथ जोड़ती है।डेविस ने समझाया, "आप लागत कम कर सकते हैं, उत्पादन बढ़ा सकते हैं और एफएसटी फेनोलिक की पूर्ण कार्यक्षमता बाजार में ला सकते हैं।"जबकि मिश्रित सामग्री समान धातु भागों की तुलना में अधिक महंगी हो सकती है, डेविस का कहना है कि लागत वह अनुप्रयोग निर्धारण कारक नहीं है जिसका वे अध्ययन कर रहे हैं।

प्रकाश और ज्वाला-मंदक
यूरोपीय रेल ऑपरेटर डुएत्शे बान के 66 ICE-3 एक्सप्रेस कारों के बेड़े का नवीनीकरण ग्राहकों की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए मिश्रित सामग्री की क्षमताओं में से एक है।एयर कंडीशनिंग प्रणाली, यात्री मनोरंजन प्रणाली और नई सीटों ने ICE-3 रेल कारों में अनावश्यक भार बढ़ा दिया।इसके अलावा, मूल प्लाईवुड फर्श नए यूरोपीय अग्नि मानकों को पूरा नहीं करता था।कंपनी को वजन कम करने और अग्नि सुरक्षा मानकों को पूरा करने में मदद के लिए एक फ़्लोरिंग समाधान की आवश्यकता थी।हल्के मिश्रित फर्श इसका उत्तर है।

जर्मनी स्थित मिश्रित कपड़ों का निर्माता साएरटेक्स अपने फर्श के लिए LEO® सामग्री प्रणाली प्रदान करता है।सार्टेक्स ग्रुप के वैश्विक विपणन प्रमुख डैनियल स्टम्प ने कहा कि LEO एक स्तरित, गैर-क्रिम्प्ड कपड़ा है जो बुने हुए कपड़ों की तुलना में उच्च यांत्रिक गुण और अधिक हल्के क्षमता प्रदान करता है।चार-घटक मिश्रित प्रणाली में विशेष आग प्रतिरोधी कोटिंग्स, फाइबरग्लास प्रबलित सामग्री, SAERfoam® (एकीकृत 3D-फाइबरग्लास ब्रिज के साथ एक मुख्य सामग्री), और LEO विनाइल एस्टर रेजिन शामिल हैं।

एसएमटी (जर्मनी में भी स्थित), एक मिश्रित सामग्री निर्माता, ने ब्रिटिश कंपनी एलन हार्पर द्वारा बनाए गए पुन: प्रयोज्य सिलिकॉन वैक्यूम बैग का उपयोग करके वैक्यूम भरने की प्रक्रिया के माध्यम से फर्श बनाया।स्टम्प ने कहा, "हमने पिछले प्लाइवुड से लगभग 50 प्रतिशत वजन बचाया।""एलईओ प्रणाली उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों के साथ एक गैर-भरे राल प्रणाली के साथ निरंतर फाइबर लैमिनेट्स पर आधारित है... इसके अलावा, कंपोजिट सड़ता नहीं है, जो एक बड़ा फायदा है, खासकर उन क्षेत्रों में जहां सर्दियों में बर्फबारी होती है और फर्श गीला है।"फर्श, शीर्ष कालीन और रबर सामग्री सभी नए ज्वाला मंदक मानकों को पूरा करते हैं।

एसएमटी ने 32,000 वर्ग फुट से अधिक पैनलों का उत्पादन किया है, जो अब तक आठ आईसीई -3 ट्रेनों में से लगभग एक तिहाई में स्थापित किए गए हैं।नवीनीकरण प्रक्रिया के दौरान, प्रत्येक पैनल के आकार को एक विशेष कार में फिट करने के लिए अनुकूलित किया जा रहा है।ICE-3 सेडान का OEM नई मिश्रित फर्श से इतना प्रभावित हुआ कि उसने रेल कारों में पुरानी धातु छत संरचना को आंशिक रूप से बदलने के लिए एक मिश्रित छत का आदेश दिया है।

आगे जाओ
कैलिफ़ोर्निया स्थित डिज़ाइनर और शून्य-उत्सर्जन इलेक्ट्रिक बसों के निर्माता, प्रोटर्रा, 2009 से अपने सभी निकायों में मिश्रित सामग्री का उपयोग कर रहे हैं। 2017 में, कंपनी ने अपने बैटरी-चार्ज कैटलिस्ट पर 1,100 वन-वे मील चलाकर एक रिकॉर्ड बनाया। ®E2 बस.उस बस में कंपोजिट निर्माता टीपीआई कंपोजिट द्वारा बनाई गई हल्की बॉडी है।

* हाल ही में, टीपीआई ने एक एकीकृत ऑल-इन-वन कम्पोजिट इलेक्ट्रिक बस का उत्पादन करने के लिए प्रोटेरा के साथ सहयोग किया।टीपीआई में स्ट्रैटेजिक मार्केटिंग के निदेशक टॉड ऑल्टमैन बताते हैं, "एक सामान्य बस या ट्रक में, एक चेसिस होती है और बॉडी उस चेसिस के ऊपर बैठती है।"बस के हार्ड शेल डिज़ाइन के साथ, हमने चेसिस और बॉडी को एक साथ एकीकृत किया, ऑल-इन-वन कार के डिज़ाइन के समान।" प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने में एक एकल संरचना दो अलग-अलग संरचनाओं की तुलना में अधिक प्रभावी है।
प्रोटर्रा सिंगल-शेल बॉडी उद्देश्य से निर्मित है, जिसे बिल्कुल इलेक्ट्रिक वाहन के रूप में डिजाइन किया गया है।ऑल्टमैन ने कहा, यह एक महत्वपूर्ण अंतर है, क्योंकि कई वाहन निर्माताओं और इलेक्ट्रिक बस निर्माताओं का अनुभव आंतरिक दहन इंजनों के लिए अपने पारंपरिक डिजाइनों को इलेक्ट्रिक वाहनों में अनुकूलित करने के सीमित प्रयासों का रहा है।"वे मौजूदा प्लेटफ़ॉर्म ले रहे हैं और जितनी संभव हो उतनी बैटरी पैक करने का प्रयास कर रहे हैं। यह किसी भी दृष्टिकोण से सर्वोत्तम समाधान प्रदान नहीं करता है।""ऑल्टमैन ने कहा।
उदाहरण के लिए, कई इलेक्ट्रिक बसों में वाहन के पीछे या ऊपर बैटरी होती है।लेकिन प्रोटेरा के लिए, टीपीआई बस के नीचे बैटरी लगाने में सक्षम है।"यदि आप वाहन की संरचना में बहुत अधिक वजन जोड़ रहे हैं, तो आप चाहते हैं कि वह वजन जितना संभव हो उतना हल्का हो, प्रदर्शन के दृष्टिकोण से और सुरक्षा के दृष्टिकोण से," ऑल्टमैन ने कहा।उन्होंने कहा कि कई इलेक्ट्रिक बस और कार निर्माता अब अपने वाहनों के लिए अधिक कुशल और लक्षित डिजाइन विकसित करने के लिए ड्राइंग बोर्ड पर वापस जा रहे हैं।

टीपीआई ने आयोवा और रोड आइलैंड में टीपीआई की सुविधाओं पर 3,350 समग्र बस बॉडी का उत्पादन करने के लिए प्रोटेरा के साथ पांच साल का समझौता किया है।

अनुकूलित करने की आवश्यकता है
कैटलिस्ट बस बॉडी को डिज़ाइन करने के लिए आवश्यक है कि टीपीआई और प्रोटेरा लगातार सभी विभिन्न सामग्रियों की ताकत और कमजोरियों को संतुलित करें ताकि वे इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करते हुए लागत लक्ष्यों को पूरा कर सकें।ऑल्टमैन ने उल्लेख किया कि लगभग 200 फीट लंबे और 25,000 पाउंड वजन वाले बड़े पवन ब्लेड बनाने में टीपीआई का अनुभव उनके लिए 40-फुट बस बॉडी का उत्पादन करना अपेक्षाकृत आसान बनाता है जिसका वजन 6,000 से 10,000 पाउंड के बीच होता है।

टीपीआई चुनिंदा रूप से कार्बन फाइबर का उपयोग करके और सबसे अधिक भार सहन करने वाले क्षेत्रों को सुदृढ़ करने के लिए इसे बनाए रखकर आवश्यक संरचनात्मक ताकत प्राप्त करने में सक्षम है।ऑल्टमैन ने कहा, "हम कार्बन फाइबर का उपयोग करते हैं जहां आप मूल रूप से कार खरीद सकते हैं।"कुल मिलाकर, कार्बन फाइबर शरीर की समग्र सुदृढ़ीकरण सामग्री का 10 प्रतिशत से भी कम हिस्सा बनाता है, बाकी फाइबरग्लास होता है।

टीपीआई ने इसी कारण से विनाइल एस्टर रेज़िन को चुना।"जब हम एपॉक्सीज़ को देखते हैं, तो वे बहुत अच्छे होते हैं, लेकिन जब आप उन्हें ठीक करते हैं, तो आपको तापमान बढ़ाना पड़ता है, इसलिए आपको मोल्ड को गर्म करना पड़ता है। यह एक अतिरिक्त खर्च है, "उन्होंने आगे कहा।

कंपनी समग्र सैंडविच संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए वैक्यूम-असिस्टेड रेज़िन ट्रांसफर मोल्डिंग (VARTM) का उपयोग करती है जो एकल शेल को आवश्यक कठोरता प्रदान करती है।विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान, कुछ धातु फिटिंग (जैसे थ्रेडेड फिटिंग और टैपिंग प्लेट) को शरीर में शामिल किया जाता है।बस को ऊपरी और निचले भागों में विभाजित किया गया है, जिन्हें फिर एक साथ चिपका दिया गया है।श्रमिकों को बाद में परियों जैसे छोटे समग्र अलंकरण जोड़ने होंगे, लेकिन भागों की संख्या धातु बस का एक अंश है।

तैयार बॉडी को प्रोटेरा बस उत्पादन संयंत्र में भेजने के बाद, उत्पादन लाइन तेजी से प्रवाहित होती है क्योंकि कम काम करना पड़ता है।ऑल्टमैन ने कहा, "उन्हें सभी वेल्डिंग, पीसने और विनिर्माण करने की ज़रूरत नहीं है, और उनके पास बॉडी को ड्राइवट्रेन से जोड़ने के लिए एक बहुत ही सरल इंटरफ़ेस है।"प्रोटेरा समय बचाता है और ओवरहेड कम करता है क्योंकि मोनोकोटिक शेल के लिए कम विनिर्माण स्थान की आवश्यकता होती है।

ऑल्टमैन का मानना ​​​​है कि प्रदूषण कम करने और लागत में कटौती के लिए शहरों में इलेक्ट्रिक बसों की ओर रुख होने के कारण मिश्रित बस निकायों की मांग बढ़ती रहेगी।प्रोटेरा के अनुसार, डीजल, संपीड़ित प्राकृतिक गैस या डीजल हाइब्रिड बसों की तुलना में बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों की परिचालन जीवन चक्र लागत (12 वर्ष) सबसे कम है।शायद यही एक कारण है कि प्रोटेरा का कहना है कि बैटरी से चलने वाली इलेक्ट्रिक बसों की बिक्री अब कुल परिवहन बाजार का 10% है।

इलेक्ट्रिक बस बॉडी में मिश्रित सामग्रियों के व्यापक अनुप्रयोग में अभी भी कुछ बाधाएँ हैं।एक है विभिन्न बस ग्राहकों की आवश्यकताओं की विशेषज्ञता।"हर ट्रांज़िट अथॉरिटी बसों को अलग-अलग तरीके से प्राप्त करना पसंद करती है - सीट कॉन्फ़िगरेशन, हैच ओपनिंग। यह बस निर्माताओं के लिए एक बड़ी चुनौती है, और उनमें से कई कॉन्फ़िगरेशन आइटम हमारे पास आ सकते हैं।""ऑल्टमैन ने कहा। "एकीकृत बॉडी निर्माता एक मानक निर्माण चाहते हैं, लेकिन अगर हर ग्राहक उच्च स्तर का अनुकूलन चाहता है, तो ऐसा करना मुश्किल होगा।" टीपीआई बेहतर प्रबंधन के लिए बस डिजाइन को बढ़ाने के लिए प्रोटेरा के साथ काम करना जारी रखता है। अंतिम ग्राहकों के लिए आवश्यक लचीलापन।

संभावना तलाशें
कंपोजिट्स का परीक्षण जारी है कि क्या इसकी सामग्रियां नए बड़े पैमाने पर परिवहन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।यूके में, ईएलजी कार्बन फाइबर, जो कार्बन फाइबर के पुनर्चक्रण और पुन: उपयोग के लिए प्रौद्योगिकी में माहिर है, यात्री कारों में बोगियों के लिए हल्के मिश्रित सामग्री विकसित करने वाली कंपनियों के एक संघ का नेतृत्व करता है।बोगी कार की बॉडी को सहारा देती है, व्हीलसेट का मार्गदर्शन करती है और उसकी स्थिरता बनाए रखती है।वे रेल कंपन को अवशोषित करके और ट्रेन के मुड़ने पर केन्द्रापसारक बल को कम करके सवारी के आराम को बेहतर बनाने में मदद करते हैं।

परियोजना का एक लक्ष्य ऐसी बोगियों का निर्माण करना है जो तुलनीय धातु की बोगियों की तुलना में 50 प्रतिशत हल्की हों।ईएलजी उत्पाद विकास इंजीनियर केमिली सेरात कहते हैं, "अगर बोगी हल्की होगी, तो इससे ट्रैक को कम नुकसान होगा, और क्योंकि ट्रैक पर भार कम होगा, रखरखाव का समय और रखरखाव की लागत कम हो सकती है।"अतिरिक्त उद्देश्य साइड-टू-रेल व्हील फोर्स को 40% तक कम करना और आजीवन स्थिति की निगरानी प्रदान करना है।यूके का गैर-लाभकारी रेल सुरक्षा और मानक बोर्ड (आरएसएसबी) व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य उत्पाद तैयार करने के उद्देश्य से इस परियोजना को वित्तपोषित कर रहा है।

व्यापक विनिर्माण परीक्षण आयोजित किए गए हैं और डाई प्रेसिंग, पारंपरिक वेट लेअप, परफ्यूजन और आटोक्लेव से प्रीप्रेग का उपयोग करके कई परीक्षण पैनल बनाए गए हैं।क्योंकि बोगियों का उत्पादन सीमित होगा, कंपनी ने निर्माण की सबसे लागत प्रभावी विधि के रूप में आटोक्लेव में ठीक किए गए एपॉक्सी प्रीप्रेग को चुना।

पूर्ण आकार की बोगी प्रोटोटाइप 8.8 फीट लंबा, 6.7 फीट चौड़ा और 2.8 फीट ऊंचा है।यह पुनर्नवीनीकरण कार्बन फाइबर (ईएलजी द्वारा प्रदान किए गए गैर बुने हुए पैड) और कच्चे कार्बन फाइबर कपड़े के संयोजन से बनाया गया है।वन-वे फ़ाइबर का उपयोग मुख्य शक्ति तत्व के लिए किया जाएगा और रोबोटिक तकनीक का उपयोग करके मोल्ड में रखा जाएगा।अच्छे यांत्रिक गुणों वाले एक एपॉक्सी का चयन किया जाएगा, जो एक नव निर्मित ज्वाला मंदक एपॉक्सी होगा जिसे रेलवे पर उपयोग के लिए EN45545-2 प्रमाणित किया गया है।
स्टील की बोगियों के विपरीत, जिन्हें स्टीयरिंग बीम से दो साइड बीम तक वेल्ड किया जाता है, मिश्रित बोगियों को अलग-अलग शीर्ष और तल के साथ बनाया जाएगा जिन्हें फिर एक साथ जोड़ दिया जाता है।मौजूदा धातु बोगियों को बदलने के लिए, समग्र संस्करण को सस्पेंशन और ब्रेक कनेक्शन ब्रैकेट और अन्य सहायक उपकरण को एक ही स्थिति में संयोजित करना होगा।सेरात ने कहा, "फिलहाल, हमने स्टील फिटिंग्स को रखने का फैसला किया है, लेकिन आगे की परियोजनाओं के लिए, स्टील फिटिंग्स को मिश्रित प्रकार की फिटिंग्स से बदलना दिलचस्प हो सकता है ताकि हम अंतिम वजन को और कम कर सकें।"

बर्मिंघम विश्वविद्यालय में सेंसर और कंपोजिट समूह का एक कंसोर्टियम सदस्य सेंसर के विकास की देखरेख कर रहा है, जिसे विनिर्माण चरण में समग्र बोगी में एकीकृत किया जाएगा।सेरात ने कहा, "अधिकांश सेंसर बोगी पर अलग-अलग बिंदुओं पर तनाव की निगरानी पर ध्यान केंद्रित करेंगे, जबकि अन्य तापमान संवेदन के लिए हैं।"सेंसर समग्र संरचना की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति देंगे, जिससे आजीवन लोड डेटा एकत्र किया जा सकेगा।यह चरम भार और दीर्घकालिक थकान के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रदान करेगा।

प्रारंभिक अध्ययनों से संकेत मिलता है कि मिश्रित बोगियाँ 50% की वांछित वजन घटाने में सक्षम होनी चाहिए।प्रोजेक्ट टीम को उम्मीद है कि 2019 के मध्य तक परीक्षण के लिए एक बड़ी बोगी तैयार हो जाएगी।यदि प्रोटोटाइप उम्मीद के मुताबिक प्रदर्शन करता है, तो वे रेल परिवहन कंपनी एल्सटॉम द्वारा निर्मित ट्राम का परीक्षण करने के लिए अधिक बोगियों का उत्पादन करेंगे।

सेरात के अनुसार, हालांकि अभी भी बहुत काम किया जाना बाकी है, शुरुआती संकेत बताते हैं कि व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य मिश्रित बोगी बनाना संभव है जो लागत और ताकत में धातु की बोगियों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सके।उन्होंने कहा, "तब मुझे लगता है कि रेलवे उद्योग में कंपोजिट के लिए बहुत सारे विकल्प और संभावित अनुप्रयोग हैं।"(डॉ. कियान शिन द्वारा कार्बन फाइबर और इसकी समग्र प्रौद्योगिकी से पुनर्मुद्रित लेख)।