Jernbanetransport er en slags trygg, komfortabel, miljøvern og energisparende grønn transport, er en viktig del av offentlig transport i Kina. Byggeskalaen for jernbanetransport øker år for år, driftsnettet øker, og energiforbruket øker betydelig. Trekkkraftforbruket utgjør om lag 30 % av det totale kraftforbruket ved jernbanetransport. Hvis kjøretøyets vekt reduseres med 10 %, kan energiforbruket reduseres med 6 % ~ 8 %.
Med den kraftige promoteringen av jernbanetransportkonstruksjon i Kina, er også jernbanetransportutstyrsindustrien inne i utviklingsmulighetsperioden med rask vekst i løpet av den 14. femårsplanperioden. Utviklingsbehovene til jernbanetransportutstyr er mer presserende når det gjelder nye materialer, nye teknologier og nye prosesser, spesielt i retning av lettvekt, avstamning, høyhastighets tung last og grønn utstyrsintelligens. Titanlegering har tiltrukket seg oppmerksomheten til jernbanetransportindustrien på grunn av dens egenskaper med lav tetthet, høy spesifikk styrke, god sveisbarhet og god korrosjonsmotstand, og har gradvis utført gjennomførbarhetsstudien av titanlegering av relaterte produkter og bruk om bord.
Forskningsstatus for 02 titanlegering i jernbanetransportkjøretøyer
2.1 Boggiramme i titanlegering
Bogie er en av de viktigste komponentene i skinnekjøretøy, som er direkte relatert til kjørekvaliteten, dynamisk ytelse og kjøresikkerhet til jernbanekjøretøy. Rammen er bæreren for montering av boggikomponenter, vanligvis inkludert sidebjelke, bjelke og opphengssete som kreves for installasjon av relatert utstyr. Titanlegeringsrammen kan realisere den høye styrke og lette boggistrukturen, redusere fjærmassen og fjærmassen, og deretter forbedre kraften mellom hjulet og skinnen, og forbedre sikkerheten og driftssikkerheten til boggistrukturen.
Ved sveising av en boggiramme av titanlegering brukes titanlegeringer TA2 og TA18. På grunnlag av å møte styrken til den eksisterende rammen, reduseres den totale massen til boggierammen med ca. 40%, som vist i figur 1 og figur 2. I utviklingsprosessen av titanlegeringsramme, de tekniske problemene med stor deformasjon I sveiseprosessen ble sammensetningen av sidebjelken av titanlegering og manglende evne til noen sveisede skjøter effektivt beskyttet av inert gass løst. Etter sveising ble den gjenværende indre spenningen ved sveising eliminert ved vakuumvarmebehandling, og titanlegeringsrammen oppfylte kravene til eksisterende designindikatorer, som akkumulerte grunnleggende data for videre strukturell optimalisering og design av titanlegeringsrammen.
FIG. 1 Sammensetning av sidebjelker av titanlegeringsramme
FIG. 2 boggiramme i titanlegering
2.2 Bremseklemme i titanlegering
Som kjernedelen av bremsesystemet påvirker ytelsen og funksjonen til bremseklemmen direkte kjøretilstanden og kvaliteten til bremsesystemet. Bruken av bremseklemme i titanium kan redusere massen under og mellom fjærer, forbedre kjørekvaliteten og forbedre evnen til korrosjonsmotstand; Under lavtemperaturmiljøer er den strukturelle styrkeytelsen mer stabil.
Den utviklede trepunkts bremseklemmen i titanlegering er vist i figur 3. TC4 titanlegering brukes til hovedlastkomponentene som oppheng, bremseklossstøtte, hengende sete, sylinderhode, stempelrør, sylinderhoderør, åk og spak, med en total vektreduksjon på 17,6 kg. Styrketesten, lavtrykks- og høytrykksromtemperaturforseglingstesten, romtemperaturfølsomhetstesten, primær klaringsjusteringstest, maksimal klaringsjusteringstest og klaringsavlastningstest ble utført for henholdsvis titanlegeringsbremseklemenheten. Testresultatene viser at bremseklemmeenhetene i titanlegering oppfyller funksjonskravene, og samtidig har den bestått 1 million utmattelsestester og støtvibrasjonstester. I lavtemperaturmiljøet på -50 grad , etter 48 timer, er funksjonene til bremseklemmeenheten i titanlegering normale, noe som indikerer at bremseklemmen i titanlegering har sterk motstand mot lav temperatur og er egnet for bruk i høy kulde miljø.
FIG. 3 titanlegering trepunkts bremseklemmeenhet
2.3 Overgangskobling av titanlegering
Overgangskobling er en kobling som brukes til å koble sammen to forskjellige typer koblinger, for å sikre sikker og jevn overføring av lokomotivet til reparerte kjøretøy, mens overgangskoblingen i bruk krever hyppig manuell lasting og lossing. I følge UIC660 skal enkeltvekten til overgangskoblingen ikke overstige 50 kg. Imidlertid er den eksisterende overgangskoblingen tung i strukturen, noe som krever at flere personer bæres samtidig under lasting og lossing. Hvis det skjer en ulykke under håndtering, vil det også føre til personskade på vedlikeholdspersonellet.
En lett overgangskobling av titanlegering ble designet. Basert på metoden med variabel tetthet, ble Shape Optimization-modulen i ANSYSWorkbench brukt for å optimalisere topologien til overgangskoblingen, og lettvektsstrukturen til overgangskoblingen i titanlegering ble designet i henhold til topologioptimeringsresultatene. Den lette overgangskoblingen i titanlegering veide 42,15 kg. Sammenlignet med den originale overgangskoblingen i E-kvalitet er vektreduksjonen 58,15 kg, og vektreduksjonsforholdet er opptil 57,98 %.
Et selskap fra CRRC har utviklet en overgangskobling av titanlegering, som vist i figur 4 og figur 5. En enkelt modulkrok veier omtrent 20 kg, og en enkelt person kan fullføre hele operasjonsprosessen. I 750 kN strekkbelastningstesten og 850 kN trykklasttest brøt ikke koblingskroken, som vist i figur 6. Etter lossing ble koblingskroppen inspisert og kontrollert som helhet, og det var ingen åpenbar deformasjon og skade i alle deler av titanlegering type 10 og type 13 overgangskobling. Testresultatene viser at den lette overgangskoblingen i titanlegering har lett vekt, høy styrke og høy driftseffektivitet, og oppfyller sikkerhetsbehovene til den nåværende overgangskoblingsoperasjonen, og det er også mulighet for ytterligere lettvekt.
FIG. 4 Titanium legering Model 10 kobling
Figur 5. Kopler av titanlegering Model 13
FIG. 6 Strekk- og kompresjonstest av kobling av titanlegering 10
I den konvekse kjegleproduksjonen av overgangskoblinger i titanlegering av T-bane, bruker Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. prosessen med smiing av titanplater og sveising av ribber. Sammenlignet med den originale støpeprosessen av stålkonveks kjegle, har denne metoden god formbarhet, høy effektivitet og god ytelse av konveks kjegle. Den konvekse kjeglen av titanlegeringsstøpeformen er vist i figur 7.
Figur 7. Formsmidd og delvis sveiset titan konveks kjegle
2.4 Trekkstang
Den sentrale trekkanordningen består hovedsakelig av den sentrale trekkpinnen, trekkstangen (inkludert trekkstangen og gummikuleleddene i begge ender) og koblingsbolten. Hovedfunksjonen er å realisere forbindelsen mellom bilkroppen og boggien, og realisere overføringen av trekkraft og bremsekraft. Strukturen til trekkstangen er enkel, og formingsprosessen er relativt enkel. Utskifting av titanlegeringsmateriale oppnår ikke bare vektreduksjonseffekten, men forbedrer også materialutnyttelsesgraden ved å bruke formsmiingsskjemaet, og de totale kostnadene vil ikke bli vesentlig forbedret.
Trekkstangen i titanlegering som er utviklet i fellesskap av CRRC Sifang Co., Ltd. og China Titanium Equipment Co., Ltd. er delvis maskinert etter smiing, og materialutnyttelsesgraden kan nå mer enn 50%, og den totale vekten reduseres med ca 42 %. Vektreduksjonseffekten er veldig åpenbar, som vist i figur 8 og figur 9.
FIG. 8 Smiedysmodell av trekkstang
FIG. 9 Ute av dysens tilstand av trekkstangen etter dysesmiing
Størrelsen og de mekaniske egenskapene til trekkstangen laget av titanlegering oppfyller kravene til bruk. For å sikre sikker drift av EMU, bør den statiske styrken og utmattelsesstyrken til trekkraftstag i titanlegering under tilsvarende belastning verifiseres gjennom tester i henhold til de tekniske forholdene til trekkraftstag for boggi. Siden elastisitetsmodulen til titanlegering er omtrent halvparten av den for stål, er det også nødvendig å verifisere påvirkningen av stivheten til trekkstangen i titanlegering på vibrasjonsmodusen til boggien og kjøretøyet og den dynamiske ytelsen til kjøretøyet under trekkraft og bremsing .
