Jernbanetransit er en slags sikker, komfortabel, miljøbeskyttelse og energibesparende grøn transport, er en vigtig del af offentlig transport i Kina. Byggeriet af jernbanetransit udvides år for år, driftsnettet øges, og energiforbruget stiger markant. Trækkraftforbruget udgør omkring 30 % af det samlede strømforbrug i jernbanetransit. Hvis køretøjets vægt reduceres med 10 %, kan energiforbruget reduceres med 6 % ~ 8 %.
Med den kraftige fremme af jernbanetransitkonstruktion i Kina er jernbanetransitudstyrsindustrien også i udviklingsmulighedsperioden med hurtig vækst i den 14. femårsplanperiode. Udviklingsbehovene for jernbanetransitudstyr er mere presserende med hensyn til nye materialer, nye teknologier og nye processer, især i retning af letvægt, afstamning, højhastigheds tung last og grøn intelligens af udstyr. Titaniumlegering har tiltrukket sig opmærksomhed fra jernbanetransitindustrien på grund af dens egenskaber med lav densitet, høj specifik styrke, god svejsbarhed og god korrosionsbestandighed, og har gradvist gennemført gennemførlighedsundersøgelsen af titanlegering af relaterede produkter og anvendelse om bord.
Forskningsstatus for 02 titanlegering i jernbanetransportkøretøjer
2.1 Bogiestel i titanium
Bogie er en af de vigtigste komponenter i jernbanekøretøjer, som er direkte relateret til skinnekøretøjets kørekvalitet, dynamiske ydeevne og køresikkerhed. Rammen er bæreren til samling af bogiekomponenter, generelt inklusive sidebjælke, bjælke og ophængssæde, der kræves til installation af relateret udstyr. Titaniumlegeringsrammen kan realisere højstyrken og letvægtsbogiestrukturen, reducere fjedermassen og fjedermassen og derefter forbedre kraften mellem hjulet og skinnen og forbedre bogiestrukturens sikkerhed og driftssikkerhed.
Ved svejsning af en bogieramme af titanlegering anvendes titanlegeringer TA2 og TA18. På grundlag af at opfylde styrken af den eksisterende ramme, reduceres den samlede masse af bogie-rammen med omkring 40%, som vist i figur 1 og figur 2. I udviklingsprocessen af titanlegeringsramme, de tekniske problemer med stor deformation i svejseprocessen af titanlegering sidebjælke sammensætning og manglende evne af nogle svejsede samlinger til at blive effektivt beskyttet af inert gas blev løst. Efter svejsning blev den resterende interne spænding ved svejsning elimineret ved vakuumvarmebehandling, og titanlegeringsrammen opfyldte kravene til eksisterende designindikatorer, som akkumulerede grundlæggende data til den yderligere strukturelle optimering og design af titanlegeringsrammen.
FIG. 1 Sammensætning af sidebjælker af stel af titanlegering
FIG. 2 Bogiestel i titaniumlegering
2.2 Titanium legering bremseklemme
Som kernedelen af bremsesystemet påvirker bremseklemmens ydeevne og funktion direkte bremsesystemets køretilstand og kvalitet. Anvendelsen af bremseklemme af titaniumlegering kan reducere massen under og mellem fjedre, forbedre kørekvaliteten og forbedre evnen til korrosionsbestandighed; Under lavtemperaturmiljøer er den strukturelle styrkeydelse mere stabil.
Den udviklede trepunktsbremseklemme af titaniumlegering er vist i figur 3. TC4 titanlegering bruges til de vigtigste belastningskomponenter såsom ophængning, bremseklodsstøtte, hængende sæde, topstykke, stempelrør, cylinderhovedrør, åg og håndtag, med en total vægtreduktion på 17,6 kg. Styrketesten, lavtryks- og højtryksrumtemperaturforseglingstesten, rumtemperaturfølsomhedstesten, den primære spillerumsjusteringstest, den maksimale spillerumsjusteringstest og spalteaflastningstesten blev udført for henholdsvis titaniumlegeringsbremseklemmenheden. Testresultaterne viser, at bremseklemmeenhederne i titaniumlegering opfylder funktionskravene, og samtidig har den bestået 1 million udmattelsestest og stødvibrationstest. I lavtemperaturmiljøet på -50 grad , efter 48 timer, er funktionerne af titanlegeringsbremseklemmenheden normale, hvilket indikerer, at titanlegeringsbremseklemmen har stærk lavtemperaturmodstand og er velegnet til anvendelse i høj kulde miljø.
FIG. 3 Titaniumlegering trepunkts bremseklemmeenhed
2.3 Titaniumlegering overgangskobling
Overgangskobling er en kobling, der bruges til at forbinde to forskellige typer koblinger, for at sikre sikker og jævn overførsel af lokomotivet til reparation af køretøjer, mens overgangskoblingen i brug kræver hyppig manuel læsning og aflæsning. Ifølge UIC660 må overgangskoblingens enkeltvægt ikke overstige 50 kg. Den eksisterende overgangskobling er dog tung i strukturen, hvilket kræver, at flere personer bærer på samme tid under lastning og losning. Hvis der sker en ulykke under håndtering, vil det også forårsage personskade på vedligeholdelsespersonalet.
En let overgangskobling af titaniumlegering blev designet. Baseret på metoden med variabel densitet blev Shape Optimization-modulet i ANSYSWorkbench brugt til at optimere topologien af overgangskoblingen, og letvægtsstrukturen af overgangskoblingen i titanlegering blev designet i overensstemmelse med topologioptimeringsresultaterne. Den lette overgangskobling af titaniumlegering vejede 42,15 kg. Sammenlignet med den originale overgangskobling af E-stål er vægtreduktionen 58,15 kg, og vægtreduktionsforholdet er op til 57,98%.
Et firma fra CRRC har udviklet en overgangskobling af titanlegering, som vist i figur 4 og figur 5. En enkelt modulkrog vejer omkring 20 kg, og en enkelt person kan fuldføre hele operationsprocessen. I 750 kN trækbelastningstesten og 850 kN trykbelastningstesten gik koblingskrogen ikke i stykker, som vist på figur 6. Efter aflæsning blev koblingslegemet inspiceret og kontrolleret som helhed, og der var ingen tydelig deformation og skade i alle dele af titanlegering type 10 og type 13 overgangskobling. Testresultaterne viser, at overgangskoblingen i letvægts titaniumlegering har lav vægt, høj styrke og høj driftseffektivitet og opfylder sikkerhedsbehovene for den nuværende overgangskoblingsdrift, og der er også mulighed for yderligere letvægt.
FIG. 4 Titanium legering Model 10 kobling
Figur 5. Titaniumlegering Model 13-kobling
FIG. 6 Træk- og kompressionstest af kobling af titanlegering 10
I den konvekse kegleproduktion af titaniumlegering undergrundsovergangskoblinger, vedtager Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. processen med titaniumpladeformsmedning og ribbarsvejsning. Sammenlignet med den originale støbeproces af stålkonveks kegle har denne metode god formbarhed, høj effektivitet og god ydeevne af konveks kegle. Den konvekse formsmedning af titanlegeringsformen er vist i figur 7.
Figur 7. Smedet og delvist svejset titanium konveks kegle
2.4 Trækstang
Den centrale trækanordning består hovedsageligt af den centrale trækstift, trækstangssamlingen (inklusive trækstangen og gummikugleleddene i begge ender) og forbindelsesbolten. Dens hovedfunktion er at realisere forbindelsen mellem bilens krop og bogie og realisere transmissionen af trækkraft og bremsekraft. Strukturen af trækstangen er enkel, og formningsprocessen er relativt enkel. Udskiftningen af titanlegeringsmateriale opnår ikke kun vægtreduktionseffekten, men forbedrer også materialeudnyttelsesgraden ved at bruge formsmedningsskemaet, og de samlede omkostninger vil ikke blive væsentligt forbedret.
Trækstangen af titanlegering udviklet i fællesskab af CRRC Sifang Co., Ltd. og China Titanium Equipment Co., Ltd. er delvist bearbejdet efter smedning, og materialeudnyttelsesgraden kan nå mere end 50%, og den samlede vægt reduceres med omkring 42%. Vægtreduktionseffekten er meget tydelig, som vist i figur 8 og figur 9.
FIG. 8 Smedeformemodel af trækstang
FIG. 9 Ude af matricetilstand af trækstang efter matricesmedning
Størrelsen og de mekaniske egenskaber af trækstangen lavet af titanlegering opfylder kravene til brug. For at sikre sikker drift af EMU skal den statiske styrke og udmattelsesstyrken af en trækstang i titanlegering under den tilsvarende belastning verificeres gennem tests i henhold til de tekniske betingelser for trækstang til bogie. Da elasticitetsmodulet for titanlegering er omkring halvdelen af det for stål, er det også nødvendigt at verificere indflydelsen af stivheden af trækstangen af titanlegering på vibrationstilstanden for bogie og køretøj og køretøjets dynamiske ydeevne under trækkraft og bremsning .
