Produkcja dodatkowa dla układów hamulcowych nowej generacji

Obraz

Lekkie i wydajne: dodatkowe zalety wytwarzania addytywnego

Jeśli chodzi o układy hamulcowe stosowane w pociągach, bezpieczeństwo, niezawodność i osiągi są zawsze priorytetem numer jeden. W tych dziedzinach firma Wabtec jest liderem dzięki naszym rozwiązaniom hamulcowym Metroflexx i Regioflexx. Metroflexx wyznacza standardy dla branży kolejowej transportu masowego, podczas gdy Regioflexx jest naszym najnowszym rozwiązaniem dla pociągów podmiejskich, międzymiastowych, regionalnych i dużych prędkości.

Oprócz tego, że oba systemy są tak bezpieczne, jak to tylko możliwe, należą do najlżejszych i najbardziej wydajnych na rynku, co przynosi znaczące korzyści operatorom kolejowym. Nasi inżynierowie osiągają to dzięki dwóm głównym funkcjom projektowania i produkcji: zastosowaniu oprogramowania zamiast komponentów pneumatycznych oraz produkcji dodatkowej. Wykorzystując te innowacyjne nowoczesne rozwiązania, zwiększamy niezawodność i wydajność obu produktów hamulcowych, jednocześnie zmniejszając czas i koszty konserwacji i instalacji oraz tworząc wiele wydajności.

Innowacyjne podejście do projektowania i produkcji hamulców

Podczas opracowywania Metroflexx i Regioflexx firma Wabtec dokonała znacznego kroku naprzód, zastępując niektóre elementy pneumatyczne, które spełniają krytyczne funkcje w układach hamulcowych, emulacją oprogramowania na tym samym poziomie bezpieczeństwa. Korzyść z tego jest oczywista: komponent, który w rzeczywistości nie jest produktem fizycznym, nie generuje żadnych kosztów wykraczających poza rozwój i walidację, nie ma wagi, nie stwarza ograniczeń instalacyjnych i nie wymaga konserwacji. Podczas gdy komponenty pneumatyczne wymagają ustawień specyficznych dla projektu, po zastąpieniu przez oprogramowanie emulacyjne, ustawienia są zastępowane parametrami oprogramowania, które muszą być naprawione tylko raz dla projektu.

Ta zmiana jest innowacyjna i Wabtec mógł się na tym zatrzymać, ale postanowiliśmy pójść jeszcze dalej. Postanowiliśmy zbadać zastosowanie wytwarzania dodatków dla pozostałych części pneumatycznych, aby zmniejszyć wagę i uczynić nasze produkty jeszcze bardziej korzystnymi dla klientów.

Gdy do mieszanki dodaje się produkcję dodatków

Elementy pneumatyczne są tradycyjnie wykonane z aluminium, obrabiane w kęsie aluminiowym lub, jeśli pozwalają na to wielkość produkcji, odlewane. Każdy element jest kołnierzowy na wierconym lub połączonym panelu lub rurze, a każdy interfejs między elementem pneumatycznym a jego podporą wymaga łączników i uszczelnień dla szczelności. Chociaż system ten zapewnia łatwy demontaż komponentów w celu konserwacji, użycie dodatkowych elementów ma swoją cenę: uszczelki na każdym interfejsie muszą zostać wymienione podczas remontu układu hamulcowego i mogą być podatne na wycieki. Oznacza to zwiększone koszty konserwacji i obniżoną niezawodność, a także dodatkową wagę.

Kiedy Wabtec rozwijał Metroflexx i Regioflexx, technologia wytwarzania addytywnego zrewolucjonizowała już wiele branż, w tym koleje. Podczas gdy nasi inżynierowie zminimalizowali już liczbę komponentów pneumatycznych używanych w Metroflexx i Regioflexx, chcieliśmy również w pełni wykorzystać tę nową technologię, aby jeszcze bardziej zwiększyć integrację fizyczną i zminimalizować liczbę wymaganych interfejsów pneumatycznych.

Poprawa we wszystkich obszarach

Górny obraz na rysunku 1, poniżej, przedstawia początkową konstrukcję płyty głównej Metroflexx z odlewanym aluminium i kluczowymi elementami pneumatycznymi kołnierzowymi na płycie, z uszczelkami na każdym styku pneumatycznym, plus śruby. Dolny obraz przedstawia projekt tej samej płyty Metroflexx z konstrukcją wytwarzania addytywnego.

Obraz

Rysunek 1: Początkowa wersja Metroflexx z odlewaną płytą i wersja drukowana 3D

Technologia addytywna przynosi wiele korzyści: samemu produktowi, sposobowi jego produkcji oraz w całym cyklu życia.

Integracja fizyczna

• Korpus kluczowych elementów pneumatycznych jest w pełni zintegrowany z korpusem płyty, ograniczając liczbę interfejsów pneumatycznych i mechanicznych. Ponadto liczba uszczelek jest znacznie zmniejszona, co poprawia niezawodność i zmniejsza koszty konserwacji.
• Wewnętrzne rurociągi są znacznie zoptymalizowane, poprawiając wydajność pneumatyczną. Można również zoptymalizować rozmieszczenie komponentów na płycie, bez ograniczeń związanych z obróbką, co ułatwia konserwację.
• Wersja drukowana 3D Metroflexx łączy nie mniej niż 32 oddzielne części w jeden komponent.

Poprawa wagi

W tradycyjnych urządzeniach sterujących hamulcami z elektronicznym stelażem, pneumatycznym panelem hamulca i zaworami zabezpieczającymi przed ślizgiem kół sterowanie hamulcem waży około 70 kg.

Metroflexx, który zastępuje tradycyjne urządzenia sterujące hamulcami, waży 15 kg w początkowej konstrukcji z odlewaną aluminiową płytą. W przypadku produkcji z dodatkowymi płytkami produkcyjnymi waga Metroflexx spada do 10 kg, co oznacza 33% poprawę wagi. Różnica 5 kg nie ma większego wpływu na ładowność pociągu, ale robi ogromną różnicę pod względem konserwacji. Jako jednostka wymienna liniowa (LRU) o wadze 10 kg, Metroflexx (lub Regioflexx) może zostać wymieniona w pociągu przez jednego operatora w mniej niż 20 minut bez żadnych specjalnych narzędzi, co oznacza, że naprawa lub remont może być wykonywany w specjalistycznym warsztacie bez wpływu na dostępność pociągu. Metroflexx i Regioflexx o wadze 10 kg są zdecydowanie najlżejszymi zintegrowanymi elementami sterującymi hamulcami dostępnymi na rynku.

Przetwarzanie

Czas obróbki skraca się o 80%, a energia potrzebna do wytworzenia części jest podzielona przez cztery. Nasz łańcuch dostaw staje się bardziej elastyczny, ponieważ nie jesteśmy już zależni od dostawców odlewów. Powoduje to mniejsze zapotrzebowanie na transport i możliwość zamawiania ilości zgodnie z wymaganiami, bez minimalnych wymagań.

Ewolucja projektu

Konstrukcja jest w pełni elastyczna, więc modyfikacje można wykonywać zgodnie z wymaganiami po prostu poprzez zmianę powiązanego modelu cyfrowego, eliminując w ten sposób koszty związane z modyfikacjami oprzyrządowania.

Obraz

Rysunek 2: Początkowa wersja Metroflexx z odlewaną płytą i wersja drukowana 3D

Wszechstronne testy gwarantujące bezpieczeństwo

Jeśli chodzi o krytyczne dla bezpieczeństwa urządzenia, takie jak układy hamulcowe, Wabtec bardzo poważnie traktuje testowanie i walidację naszych innowacji. Produkcja addytywna nie jest wyjątkiem. Nasze produkty przeszły najbardziej rygorystyczne testy w celu potwierdzenia ich kluczowych cech bezpieczeństwa.

1. Zbadaliśmy, jak zapewnić, że kanały pneumatyczne pozostają czyste i wolne od zanieczyszczeń, szczególnie w rurociągach i komponentach.
2. Nasze laboratoria przeprowadziły wysokociśnieniowe testy hydrauliczne i zmęczeniowe, aby zapewnić wytrzymałość produktu pod ciśnieniem.
3. Produkty były poddawane wstrząsom i wibracjom, aby zapewnić, że mogą wytrzymać rzeczywiste środowisko pociągu.
4. Przeprowadziliśmy testy środowiskowe, które obejmowały wystawienie produktów na działanie ekstremalnych temperatur i natryskiwanie solą.

Ten obszerny program walidacji pozwolił nam mieć pełną pewność, że ta technologia może zagwarantować taki sam poziom bezpieczeństwa i trwałości, co tradycyjnie produkowane układy pneumatyczne i komponenty.

Produkcja dodatkowa: warstwa po warstwie korzyści

Korzyści oferowane przez stosowanie wytwarzania addytywnego są niezliczone i nie można ich przecenić. Technologia ta nie tylko zmniejsza wagę produkowanych części, ale także umożliwia integrację funkcji produktu, która ogranicza potrzebę konserwacji sprzętu. Skróca czas produkcji i czas realizacji części zamiennych, jednocześnie rozjaśniając łańcuch dostaw. Korzyści te, korzystne dla przewoźników kolejowych, są również korzystne dla środowiska, ponieważ sprawiają, że proces produkcyjny jest znacznie bardziej ekologiczny poprzez znaczne zmniejszenie zużycia energii.

Idąc naprzód, firma Wabtec zdecydowała się niedawno zbudować europejskie centrum produkcji dodatków w Tours we Francji. Zakład posiada możliwości wytwarzania części polimerowych i metalowych oraz oferuje usługi dla całego łańcucha wartości, od doradztwa projektowego, potwierdzenia realizacji koncepcji i wsparcia w zakresie walidacji i certyfikacji, po druk 3D i proces końcowy (obróbka skrawaniem, malowaniem, obróbką powierzchni...).

Jesteśmy zaangażowani w uwolnienie potencjału tej zmieniającej grę technologii, aby stworzyć coraz bardziej niezawodne i wydajne układy hamulcowe, które pomogą przyspieszyć branżę transportu kolejowego w kierunku bezpieczniejszej i bardziej ekologicznej przyszłości.