Järnvägstransitering är ett slags säker, bekväm, miljöskydd och energibesparande grön transport, är en viktig del av kollektivtrafiken i Kina. Byggskalan av järnvägstransit ökar år för år, driftnätet ökar och energiförbrukningen ökar avsevärt. Dragkraftsförbrukningen står för cirka 30 % av den totala energiförbrukningen vid järnvägstransit. Om fordonets vikt minskas med 10 % kan energiförbrukningen minskas med 6 % ~ 8 %.
Med det kraftfulla främjandet av järnvägstransitkonstruktion i Kina befinner sig industrin för järnvägstransitutrustning också i en utvecklingsperiod med snabb tillväxt under den 14:e femårsplanen. Utvecklingsbehoven för järnvägstransitutrustning är mer brådskande när det gäller nya material, ny teknik och nya processer, särskilt i riktning mot lättvikt, härstamning, höghastighetståg och grön intelligens för utrustning. Titanlegering har uppmärksammats av järnvägstransitindustrin på grund av dess egenskaper med låg densitet, hög specifik hållfasthet, god svetsbarhet och god korrosionsbeständighet, och genomförde gradvis genomförbarhetsstudien av titanlegering av relaterade produkter och ombordapplikationer.
Forskningsstatus för 02 titanlegering i järnvägsfordon
2.1 Boggiram i titanlegering
Boggi är en av de viktigaste komponenterna i rälsfordon, vilket är direkt relaterat till körkvalitet, dynamisk prestanda och körsäkerhet hos rälsfordon. Ramen är bäraren för montering av boggikomponenter, i allmänhet inklusive sidobalk, balk och upphängningssäte som krävs för installation av relaterad utrustning. Titanlegeringsramen kan realisera den höghållfasta och lätta boggistrukturen, minska fjädermassan och fjädermassan och sedan förbättra kraften mellan hjulet och skenan och förbättra boggistrukturens säkerhet och driftsäkerhet.
Vid svetsning av en boggiram av titanlegering används titanlegeringar TA2 och TA18. På basis av att möta styrkan hos den befintliga ramen, minskas den totala massan av boggiramen med cirka 40%, som visas i figur 1 och figur 2. I utvecklingsprocessen för ram av titanlegering, de tekniska problemen med stor deformation I svetsprocessen löstes sidobalksammansättningen av titanlegering och oförmågan hos vissa svetsfogar att effektivt skyddas av inert gas. Efter svetsning eliminerades den kvarvarande inre spänningen av svetsning genom vakuumvärmebehandling, och titanlegeringsramen uppfyllde kraven för befintliga designindikatorer, som samlade grundläggande data för ytterligare strukturell optimering och design av titanlegeringsramen.
FIKON. 1 Sammansättning av sidobalkar av ram av titanlegering
FIKON. 2 boggiram i titanlegering
2.2 Bromsklämma av titanlegering
Som kärnan i bromssystemet påverkar bromsklämmans prestanda och funktion direkt bromssystemets körtillstånd och kvalitet. Användningen av bromsklämma av titanlegering kan minska massan under och mellan fjädrarna, förbättra körkvaliteten och förbättra förmågan till korrosionsbeständighet; Under lågtemperaturmiljö är den strukturella hållfasthetsprestandan mer stabil.
Den utvecklade trepunktsbromsklämman av titanlegering visas i figur 3. TC4 titanlegering används för de viktigaste lastkomponenterna som hängning, bromsbeläggsstöd, hängsäte, cylinderhuvud, kolvrör, cylinderhuvudrör, ok och spak, med en total viktminskning på 17,6 kg. Hållfasthetstestet, lågtrycks- och högtrycksförseglingstestet vid rumstemperatur, känslighetstestet för rumstemperaturen, testet för primärt spelrumsjustering, det maximala spelets justeringstest och spelavlastningstestet utfördes för bromsklämman av titanlegering. Testresultaten visar att bromsklämmorna i titanlegering uppfyller funktionskraven och samtidigt har den klarat 1 miljon utmattningstester och slagvibrationstester. I lågtemperaturmiljön på -50 grad, efter 48 timmar, är funktionerna för bromsklämman av titanlegering normala, vilket indikerar att bromsklämman av titanlegering har starkt motstånd mot låga temperaturer och är lämplig för användning i hög kyla miljö.
FIKON. 3 titanlegering trepunkts bromsklämma enhet
2.3 Övergångskoppling av titanlegering
Övergångskoppling är en koppling som används för att koppla ihop två olika typer av kopplingar, för att säkerställa säker och smidig överföring av loket till reparerade fordon, medan övergångskopplingen som används kräver frekvent manuell lastning och lossning. Enligt UIC660 bör övergångskopplingens enkelvikt inte överstiga 50 kg. Den befintliga övergångskopplingen är dock tung i strukturen, vilket kräver att flera personer bär samtidigt under lastning och lossning. Om en olycka inträffar under hanteringen kommer det också att orsaka personskador på underhållspersonalen.
En lätt övergångskoppling av titanlegering designades. Baserat på metoden med variabel densitet användes Shape Optimization-modulen i ANSYSWorkbench för att optimera topologin för övergångskopplaren, och den lätta strukturen hos övergångskopplaren i titanlegering utformades enligt topologioptimeringsresultaten. Den lätta övergångskopplingen i titanlegering vägde 42,15 kg. Jämfört med den ursprungliga stålövergångskopplingen av E-kvalitet är viktminskningen 58,15 kg och viktminskningsförhållandet är upp till 57,98 %.
Ett företag från CRRC har utvecklat en övergångskoppling av titanlegering, som visas i figur 4 och figur 5. En krok med en enkel modul väger cirka 20 kg, och en enda person kan slutföra hela operationsprocessen. I 750 kN draglasttest och 850 kN trycklasttest gick inte kopplingskroken sönder, som visas i figur 6. Efter lossning inspekterades och kontrollerades kopplingskroppen som helhet och det fanns ingen tydlig deformation och skada i alla delar av titanlegering typ 10 och typ 13 övergångskoppling. Testresultaten visar att den lätta övergångskopplaren i titanlegering har låg vikt, hög hållfasthet och hög driftseffektivitet, och uppfyller säkerhetsbehoven för den nuvarande övergångskopplingen, och det finns också möjligheten till ytterligare lättvikt.
FIKON. 4 titanlegering modell 10 koppling
Figur 5. Titanlegering modell 13-koppling
FIKON. 6 Drag- och kompressionstest av koppling av titanlegering 10
I den konvexa konproduktionen av tunnelbanekopplingar av titanlegering, antar Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. processen för formsmidning av titanplåt och ribbarsvetsning. Jämfört med den ursprungliga gjutningsprocessen av stålkonvex kon har denna metod god formbarhet, hög effektivitet och god prestanda för konvex kon. Den formsmidda konvexa konen i titanlegering visas i figur 7.
Figur 7. Formsmidd och delvis svetsad konvex titankon
2.4 Dragstång
Den centrala draganordningen består huvudsakligen av den centrala dragpinnen, dragstångsenheten (inklusive dragstången och gummikullederna i båda ändar) och anslutningsbulten. Dess huvudsakliga funktion är att realisera kopplingen mellan bilens kaross och boggin och förverkliga överföringen av dragkraft och bromskraft. Strukturen på dragstången är enkel och formningsprocessen är relativt enkel. Ersättningen av titanlegeringsmaterial uppnår inte bara viktminskningseffekten, utan förbättrar också materialutnyttjandegraden genom att använda formsmideschemat, och den totala kostnaden kommer inte att förbättras avsevärt.
Dragstången av titanlegering som utvecklats gemensamt av CRRC Sifang Co., Ltd. och China Titanium Equipment Co., Ltd. är delvis bearbetad efter formsmidning, och materialutnyttjningsgraden kan nå mer än 50%, och den totala vikten minskas med cirka 42 %. Viktminskningseffekten är mycket uppenbar, som visas i figur 8 och figur 9.
FIKON. 8 Smidesformmodell av dragstång
FIKON. 9 Ute ur formtillståndet för dragstången efter formsmidning
Storleken och de mekaniska egenskaperna hos dragstången gjord av titanlegering uppfyller kraven för användning. För att säkerställa säker drift av EMU bör den statiska hållfastheten och utmattningshållfastheten hos dragstången av titanlegering under motsvarande belastning verifieras genom tester enligt de tekniska förhållandena för dragstången för boggi. Eftersom elasticitetsmodulen för titanlegering är ungefär hälften av den för stål, är det också nödvändigt att verifiera inverkan av styvheten hos dragstången av titanlegering på vibrationsläget för boggi och fordon och fordonets dynamiska prestanda under dragkraft och bromsning .
