碳纤维复合材料能够解决转向架的现有问题吗？
江苏博实科技：碳纤维复合材料(简称CFRP)已在航空、船舶、汽车及体育用品等领域广泛运用，随着碳纤维复合材料技术的成熟，在轨道交通领域的应用也越来越多。国外，尤其是日本、韩国、英国和德国，对轨道交通列车的碳纤维复合材料应用范围从内饰、车内设备、司机室外罩等非承载部件和次承载部件，扩大到车体转向架等主承载结构。
国内对于轨道交通领域的碳纤维复合材料应用研究时间并不长，但发展十分迅速。目前已完成了碳纤维复合材料材质次承载件和零部件的研制与应用(如车辆司机室头罩、裙板、内饰板及车体侧墙等)。2018年初，中车长春轨道客车股份有限公司研制出世界首辆全碳纤维复合材料材质的地铁车体。该车体采用薄壁筒形整体承载结构，车体总长度为19000mm，宽度为2800mm，车体顶面距轨面高度为3478mm ，较同类地铁金属车体减重约35%。
目前碳纤维复合材料在轨道交通上的应用研究并不少，但车上应用远多于车下，转向架部分的应用更是少之甚少。所以，将碳纤维复合材料的特性和转向架的技术要求相结合进行研究，以点带面，从小部件着手，积累经验的同时逐步扩展至转向架的总体，从而使性能优异的碳纤维复合材料充分助力转向架的性能提升和减重节能。
1、现有转向架应用中存在的问题
目前，常用的高速列车转向架构架会设置安全吊座和安全托，以起到防脱功能。其中，钢制安全吊座焊接在构架上，钢制安全托通过紧固件与吊座连接。在使用过程中，会发生个别安全吊座断裂的故障。
研究人员对安全吊座的断裂原因进行分析，最终确定是由原始焊接缺陷导致的疲劳断裂。另外，现场调研发现，个别安全吊座与安全托之间存在较大的装配间隙差，只能别劲组装，从而使安全吊座结构的内应力增加，加速了吊座缺陷的扩展速度。
2、解决应对措施
针对上述问题及其原因，对于新造车辆，可通过严格控制制造质量来保证车辆的安全运用；对于目前大量的在役车辆，需整改进行处理。整改措施不能采用过于复杂的处理措施，以免由于扣车整改过于影响车辆利用率导致车辆无法正常运营。首先利用车辆整备时间先对在役车辆进行焊缝质量普查消除焊缝缺陷隐患。
随后，在保证接口一致的前提下，采用碳纤维复合材料安全托替换原钢制安全托。碳纤维复合材料的高强度能保证安全托的承载能力；碳纤维复合材料的高韧性能够消除别劲组装造成的装配内应力；碳纤维复合材料的低密度能提高固有频率，降低振动对安全吊座的影响；碳纤维复合材料的耐疲劳、耐腐蚀特性可有效延长安全托的使用寿命。基于碳纤维复合材料的结构特性，为了保护螺栓安装孔，使其免遭装配损伤，碳纤维复合材料安全托在通孔处设置了不锈钢衬套。这样既保护了装配孔，又维持了原连接螺栓紧固力矩不变，维持了更改前后装配工艺的一致性。
通过有限元建模施加相同的约束和载荷，对原结构和整改方案进行对比分析。按照IEC 61373《铁路应用铁道车辆设备冲击和振动试验标准》，对碳纤维复合材料安全托进行冲击和振动疲劳计算以评定其结构的安全性，碳纤维复合材料转向架均能满足使用标准。