Transitul feroviar este un transport ecologic sigur, confortabil, ecologic și de economisire a energiei, este o parte importantă a transportului public din China. Scara construcției de tranzit feroviar se extinde de la an la an, rețeaua de operare este în creștere, consumul de energie crește dramatic, consumul de energie de tracțiune în tranzitul feroviar reprezintă aproximativ 30% din consumul total de energie, dacă greutatea vehiculului este redusă cu 10%, consumul de energie poate fi redus cu 6% la 8%.
Odată cu promovarea în mod energic a construcției tranzitului feroviar, perioada de „14 ani de cinci ani” a industriei echipamentelor de tranzit feroviar este, de asemenea, în creșterea rapidă a oportunităților de dezvoltare. Echipamente de transport feroviar în noile materiale, noi tehnologii și tehnici noi, în special în echipamentele ușoare, spectrul, direcția inteligentă de mare viteză și verde inteligentă, dezvoltarea nevoilor sale mai urgente. Aliajul de titan, datorită densității sale mici, a rezistenței specifice ridicate, a unei bunătăți bune și a unei bune rezistențe la coroziune, a fost punctul central al industriei de transport feroviar și a efectuat treptat studiul de fezabilitate al aliajului de titan al produselor conexe și al aplicațiilor la bord.
La 21 aprilie 2022, cercetarea și dezvoltarea independentă a Chinei a noului tren de inspecție integrată de mare viteză de mare viteză a obținut cu succes o viteză relativă de întâlnire de 870 km pe oră, creând un record mondial de trenuri feroviare de mare viteză cu viteză națională de „Planificare a„ Planificării „Planificării” CR450 de la CR450, în cinci ani ” Swing complet.
1 caracteristici aliajului de titan
Aliajele de titan și titan au proprietăți mecanice excelente, în aerospațială, arme navale, industria chimică și construcția marină și alte aspecte ale unei game largi de aplicații, cunoscute sub numele de „metalul aerului”, „metal marin”, „ascensiunea celui de -al treilea metal”. Al treilea metal ".
Avantajele performanței aliajelor de titan și titan sunt următoarele.
(1) Densitate mică, rezistență specifică ridicată (raport de rezistență și densitate). Densitatea aliajului de titan este de aproximativ 4,5 g\/cm3, iar rezistența specifică este situată în primul metal. Rezistența specifică mai mare înseamnă că atunci când este îndeplinită rezistența structurală corespunzătoare, este necesară masa mai ușoară a materialului, ceea ce permite proiectarea structurală să fie mai compactă și greutatea structurii să fie redusă semnificativ, îmbunătățind astfel siguranța echipamentului.
2) Weldabilitate bună. Aliajul de titan este potrivit pentru sudarea TIG, sudarea cu laser și sudarea fasciculului de electroni și alte metode de sudare, rezistența sudurii poate atinge mai mult de 90% din rezistența substratului, cum ar fi defectele de sudare, poate fi reparată prin sudură secundară.
3) Rezistență bună la coroziune. Suprafața din titan și aliaj de titan este ușor de format o peliculă de oxid și nu este corozivă, iar membrana este ruptă după capacitatea de vindecare. Lucrând în atmosfera umedă și în media apei de mare, rezistența la coroziune este mult mai bună decât oțelul inoxidabil. Prin urmare, utilizarea aliajului de titan poate fi protejată fără acoperire.
(4) Rezistență excelentă la oboseală. Aeronava de recunoaștere strategică din SUA SR -7 l Utilizarea structurii din aliaj de titan al cadrului aerian, altitudinea de zbor de 30, 000 m, viteza maximă de 3,5 ori viteza sunetului, a început serviciul în 1966, față de dezafectarea permanentă din 1998 a cadrului aerian în serviciu în 32 de ani de daune.
(5) Compatibilitate bună cu materialele compozite, utilizate în mod preferențial ca piese pre-încorporate din fibră de carbon. Odată cu dezvoltarea industriei aviației, datorită rezistenței specifice ridicate a aliajului de titan, rezistenței la coroziune, în timp ce compozitele armate cu fibră de carbon (CFRP) are o gravitate specifică mică, o rigiditate și o rezistență bună, etc., astfel încât aceste 2 materiale au fost utilizate pe scară largă în industria aviației. Cu un număr mare de aplicații de materiale compozite în industria aviației, cantitatea de aliaj de titan crește treptat. În comparație cu alte metale, aliajele de titan sunt mai compatibile cu compozitele și au înlocuit treptat aliaje de oțel și aluminiu în unele părți ale aeronavei.
Odată cu cerința din ce în ce mai mare a vehiculelor feroviare ușoare, aplicarea compozitelor din fibră de carbon în echipamentele de transport feroviar crește treptat, cum ar fi caroserie auto, cadru bogie, camera șoferului și compartimentul echipamentului etc. Materialele utilizate frecvent pentru piesele pre-crescute sunt aliaj de aluminiu, aliaj de titan și aliaj de fier-nichel. Având în vedere rezistența, greutatea ușoară, stabilitatea termică și coroziunea electrochimică cauzată de diferența de potențial cu fibra de carbon a părților structurale metalice pre-crescute, aliajul de titan ar trebui să fie preferat ca părți pre-crescute.
2 aliaj de titan în vehicule de tranzit feroviar în starea actuală de cercetare
2.1 Frame Bogie din aliaj de titan
Bogie este una dintre cele mai importante componente ale vehiculelor feroviare, realizând funcția de mers pe jos a vehiculului feroviar, care este direct legată de calitatea funcționării vehiculului, performanța puterii și siguranța la conducere. Cadrul Bogie este purtătorul pentru asamblarea pieselor Bogie, incluzând în general grinzi laterale, grinzi încrucișate și suporturi de suspensie necesare pentru instalarea echipamentelor conexe, etc. Utilizarea Framei Bogie din aliaj de titan poate realiza funcția călătoriei feroviare. Utilizarea cadrului din aliaj de titan poate realiza o structură de bogie de înaltă rezistență, ușoară, poate reduce masa nevăzută și masa interfață, apoi va îmbunătăți forța dintre roți și șine și poate îmbunătăți siguranța și fiabilitatea operațională a structurii Bogie.
In a titanium alloy bogie frame welding, the use of titanium alloys TA2 and TA18, in order to meet the existing frame strength on the basis of its total mass reduced by about 40%, as shown in Figure 1, Figure 2. In the development process of titanium alloy frame, the technical process problems of large deformation in the welding process of titanium alloy side beams and the inability of effective inert gas protection of some welded joints were Rezolvat, iar stresul intern rezidual al sudării a fost eliminat prin tratamentul termic în vid după sudură, astfel încât cadrul din aliaj de titan să îndeplinească cerințele indexurilor de proiectare existente, iar datele de bază pentru optimizarea structurală și proiectarea ulterioară a cadrelor din aliaj de titan ulterior au fost acumulate.
2.2 Clemă de frână din titan
Ca o componentă de bază a sistemului de frânare, performanța și funcția etrierului de frână afectează în mod direct starea de funcționare și calitatea sistemului de frânare. Aplicarea etrierului de frână din aliaj de titan poate reduce masa sub-surprină și interfață, poate îmbunătăți calitatea operației și poate crește rezistența la rugină și coroziune; Performanța de rezistență structurală este mai stabilă în mediul de temperatură scăzută.
Clema de frână în trei puncte din aliaj de titan dezvoltat este prezentată în figura 3. Piesele principale încărcate, cum ar fi agățarea, suportul pentru poartă, scaunul agățat, capul cilindrului, tubul cu piston, conducta cilindrului, jugul și pârghia sunt realizate din aliaj de titan TC4, cu o reducere totală a greutății de 17,6 kg. Unitatea de prindere a frânei din aliaj de titan a fost supusă testului de rezistență, testului de etanșare a temperaturii ambientale de înaltă presiune și înaltă presiune, testul de sensibilitate la temperatură ambientală, testul de ajustare a clearance-ului primar, testul maxim de reglare a clearance-ului și testul de eliberare. Rezultatele testelor arată că unitatea de prindere a frânei din aliaj de titan îndeplinește cerințele indexului funcțional și, în același timp, trece testul de oboseală de 1 milion de ori și testul de vibrație de șoc. În mediul {-50 la temperatură scăzută, după menținerea a 48 de ore, unitatea de prindere a frânării din aliaj de titan, toate funcțiile sunt normale, ceea ce indică faptul că clema de frână din aliaj de titan are o rezistență puternică la temperatură scăzută și este potrivită pentru aplicarea în mediul alpin.
2.3 Cârlig de tranziție din aliaj de titan
Cârligul de tranziție este un fel de cârlig folosit pentru a conecta două tipuri diferite de cârlige, pentru a asigura că locomotiva de evitare în siguranță și fără probleme transferul vehiculelor pentru a fi revizuite și, în același timp, cârligul de tranziție trebuie să fie frecvent încărcat și descărcat manual atunci când este utilizat. According to UIC660, the single weight of the transition hook cannot exceed 50 kg, however, the existing transition hook structure is bulky and heavy, it needs to be handled by many people at the same time during loading and unloading, and it will also cause personal injuries to the maintenance personnel if it falls off during the handling, therefore, under the premise of guaranteeing the safety of the transition hook, it is very necessary to carry out a lightweight design for the transition cârlig.
Design a lightweight titanium transition hook, based on the variable density method using ANSYSWorkbench in the Shape Optimization module of the transition hook for topology optimization, according to the topology optimization results of the titanium alloy transition hook for lightweight structural design, the lightweight titanium alloy transition hook weighs 42.15 kg, compared to the original E-class steel transition hook Compared with the original E-grade steel transition hook, the weight of Cârligul de tranziție din aliaj ușor de titan rezultat cântărește 42,15 kg, ceea ce este cu 57,98% mai mic decât cârligul de tranziție din oțel de calitate E originală.
O companie din China Railway a dezvoltat un cârlig de tranziție din aliaj de titan, așa cum se arată în Figurile 4 și 5. Greutatea unui singur cârlig de modul este de aproximativ 20 kg, iar întregul proces de operare poate fi finalizat de o singură persoană. În timpul testului de încărcare la tracțiune de 750 kN și test de încărcare a compresiei de 850 KN, corpul cârligului nu s -a fracturat, așa cum se arată în figura 6. După descărcare, corpul cârligului a fost testat și inspectat în ansamblu și nu a existat o deformare sau deteriorare evidentă a tuturor părților aliajului de titan 10- tip și 13- de tipuri de tranziție de tip. Rezultatele testelor arată că cârligul ușor de tranziție din aliaj de titan este ușor în greutate, cu o rezistență bogată și cu conținut ridicat de eficiență operațională și satisface nevoile de siguranță ale funcționării curente a cârligului de tranziție, în timp ce există și fezabilitatea ulterioară.
În producția de con de tranziție de metrou din aliaj de titan, Shenyang Zhongtian Equipment Manufacturing Co., Ltd. Adoptează forjarea matriței de plăci de titan și procesul de modelare a sudării cu plăci de coaste. În comparație cu procesul de turnare al convexului original de oțel convex, această metodă are o modelare bună, o eficiență ridicată și o performanță bună a conului, care a fost verificată prin teste pentru a putea răspunde nevoilor de utilizare.
2.4 Tija de tracțiune
Dispozitivul de tracțiune centrală este format în principal din știftul central de tracțiune, ansamblul tijei de tracțiune (inclusiv tija și cele două capete ale nodurilor de articulație a bilei de cauciuc) și șuruburile de conectare și alte componente. Funcția sa principală este de a realiza conexiunea dintre corpul vehiculului și bogie și de a realiza transmiterea tracțiunii și a forței de frânare. Structura tijei de legătură este simplă, procesul de modelare este relativ simplu, utilizarea materialului din aliaj de titan pentru a înlocui nu numai pentru a obține efectul reducerii greutății, în timp ce utilizarea programului de modelare a forjării matriței poate îmbunătăți, de asemenea, rata de utilizare a materialului, costul general nu va avea o creștere mai mare.
Tijele de tracțiune a aliajului de titan dezvoltate în comun de Sifang și Titanium Equipment din China Railway Corporation sunt parțial prelucrate după adoptarea modelării de forjare a matriței, iar rata de utilizare a materialului poate atinge mai mult de 50%, iar greutatea totală este redusă cu aproximativ 42%, ceea ce reprezintă un efect foarte evident al reducerii greutății.
