Железнодорожный транзит — это вид безопасного, комфортного, экологически безопасного и энергосберегающего экологически чистого транспорта, который является важной частью общественного транспорта в Китае. Масштабы строительства железнодорожного транспорта расширяются с каждым годом, увеличивается сеть эксплуатации, значительно увеличивается потребление энергии. Потребление тяговой энергии составляет около 30% от общего энергопотребления на железнодорожном транспорте. Если вес автомобиля уменьшить на 10%, потребление энергии можно снизить на 6–8%.
Благодаря энергичному развитию строительства железнодорожного транспорта в Китае, отрасль оборудования для железнодорожного транспорта также находится в периоде быстрого роста возможностей развития в период 14-й пятилетки. Потребности в разработке оборудования для железнодорожного транспорта более актуальны с точки зрения новых материалов, новых технологий и новых процессов, особенно в области легкого, линейного, высокоскоростного и тяжелого оборудования, а также экологически чистого оборудования. Титановый сплав привлек внимание железнодорожной транспортной отрасли благодаря своим характеристикам низкой плотности, высокой удельной прочности, хорошей свариваемости и хорошей коррозионной стойкости, и постепенно было проведено технико-экономическое обоснование легирования титаном сопутствующих продуктов и применения на борту.
Статус исследований титанового сплава 02 в железнодорожном транспорте
2.1 Рама тележки из титанового сплава
Тележка является одним из важнейших компонентов железнодорожного транспортного средства, от которого напрямую зависит качество его эксплуатации, динамические характеристики и безопасность движения железнодорожного транспортного средства. Рама является несущей для сборки компонентов тележки, обычно включая боковую балку, балку и сиденье подвески, необходимые для установки соответствующего оборудования. Рама из титанового сплава позволяет реализовать высокопрочную и легкую конструкцию тележки, уменьшить массу пружины и массу пружины, а затем улучшить силу между колесом и рельсом, а также повысить безопасность и надежность конструкции тележки.
При сварке рамы тележки из титанового сплава применяют титановые сплавы ТА2 и ТА18. За счет обеспечения прочности существующей рамы общая масса рамы тележки снижается примерно на 40%, как показано на рисунках 1 и 2. В процессе разработки рамы из титанового сплава возникают технические проблемы, связанные с большой деформацией. В процессе сварки состава боковой балки титанового сплава решена проблема невозможности эффективной защиты некоторых сварных соединений инертным газом. После сварки остаточные внутренние напряжения сварки были устранены вакуумной термообработкой, а рама из титанового сплава соответствовала требованиям существующих проектных показателей, в которых были накоплены исходные данные для дальнейшей оптимизации конструкции и проектирования рамы из титанового сплава.
ИНЖИР. 1 Состав боковых балок рамы из титанового сплава
ИНЖИР. 2 рама тележки из титанового сплава
2.2 Тормозной зажим из титанового сплава
Являясь основной частью тормозной системы, производительность и функция тормозного зажима напрямую влияют на рабочее состояние и качество тормозной системы. Применение тормозного зажима из титанового сплава может уменьшить массу под и между пружинами, улучшить качество работы и повысить устойчивость к коррозии; В условиях низких температур показатели прочности конструкции более стабильны.
Разработанный трехточечный тормозной зажим из титанового сплава показан на рисунке 3. Титановый сплав TC4 используется для изготовления основных компонентов нагрузки, таких как подвеска, опора тормозных колодок, подвесное сиденье, головка цилиндра, поршневая трубка, трубопровод головки цилиндра, вилка и рычаг, с общим снижением веса на 17,6 кг. Испытание на прочность, испытание на герметичность при комнатной температуре при низком и высоком давлении, испытание на чувствительность к комнатной температуре, испытание на регулировку первичного зазора, испытание на регулировку максимального зазора и испытание на разгрузку зазора были проведены соответственно для узла тормозного зажима из титанового сплава. Результаты испытаний показывают, что тормозные зажимы из титанового сплава соответствуют функциональным требованиям и в то же время прошли 1 миллион усталостных испытаний и испытаний на ударную вибрацию. В условиях низкой температуры -50 градусов через 48 часов функции тормозного зажима из титанового сплава становятся нормальными, что указывает на то, что тормозной зажим из титанового сплава обладает сильной устойчивостью к низким температурам и подходит для применения в условиях сильного холода. среда.
ИНЖИР. 3 Трехточечный тормозной зажим из титанового сплава
2.3 Переходная муфта из титанового сплава
Переходная сцепка — это сцепка, используемая для соединения двух разных типов сцепки, чтобы обеспечить безопасную и плавную передачу локомотива на ремонтируемые транспортные средства, при этом используемая переходная сцепка требует частой ручной загрузки и разгрузки. Согласно UIC660, общий вес переходного соединителя не должен превышать 50 кг. Однако существующая переходная муфта имеет тяжелую конструкцию, поэтому во время погрузки и разгрузки ее должны переносить несколько человек одновременно. Если во время погрузочно-разгрузочных работ произойдет несчастный случай, это также приведет к травмам обслуживающего персонала.
Была разработана легкая переходная муфта из титанового сплава. На основе метода переменной плотности модуль «Оптимизация формы» в ANSYSWorkbench был использован для оптимизации топологии переходного соединителя, а по результатам оптимизации топологии была спроектирована легкая конструкция переходного соединителя из титанового сплава. Легкая переходная муфта из титанового сплава весила 42,15 кг. По сравнению с исходной переходной муфтой из стали марки E снижение веса составляет 58,15 кг, а коэффициент снижения веса составляет до 57,98%.
Компания CRRC разработала переходную муфту из титанового сплава, как показано на рисунках 4 и 5. Крюк одного модуля весит около 20 кг, и весь процесс эксплуатации может выполнить один человек. При испытании на растяжение 750 кН и на сжатие 850 кН крюк сцепки не сломался, как показано на рисунке 6. После разгрузки корпус сцепки осматривался и проверялся в целом, явных деформаций и повреждений не было обнаружено. все детали из титанового сплава типа 10 и переходной муфты типа 13. Результаты испытаний показывают, что легкая переходная муфта из титанового сплава имеет легкий вес, высокую прочность и высокую эффективность работы и отвечает требованиям безопасности при текущей эксплуатации переходной муфты, а также существует возможность дальнейшего облегчения.
ИНЖИР. 4 Соединитель из титанового сплава модели 10
Рисунок 5. Соединитель модели 13 из титанового сплава.
ИНЖИР. 6 Испытание на растяжение и сжатие муфты из титанового сплава 10
При производстве переходных муфт для метро из титанового сплава с выпуклым конусом компания Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. применяет процесс штамповки титановых пластин и сварки ребер. По сравнению с оригинальным процессом литья стального выпуклого конуса, этот метод имеет хорошую формуемость, высокую эффективность и хорошие характеристики выпуклого конуса. Выпуклый конус штамповки из титанового сплава показан на рисунке 7.
Рисунок 7. Кованый и частично сварной титановый выпуклый конус.
2.4 Тяга
Центральное тяговое устройство в основном состоит из центрального тягового пальца, узла тяговой рулевой тяги (включая рулевую тягу и резиновые шаровые шарниры на обоих концах) и соединительного болта. Его основная функция – осуществить связь между кузовом автомобиля и тележкой, а также осуществить передачу тягового усилия и тормозного усилия. Конструкция тягового стержня проста, а процесс формования относительно прост. Замена материала из титанового сплава не только обеспечивает эффект снижения веса, но также повышает коэффициент использования материала за счет использования схемы штамповки, при этом общая стоимость не будет значительно улучшена.
Тяговый стержень из титанового сплава, совместно разработанный CRRC Sifang Co., Ltd. и China Titanium Equipment Co., Ltd., частично подвергается механической обработке после штамповки, а коэффициент использования материала может достигать более 50%, а общий вес снижается на около 42%. Эффект снижения веса очень очевиден, как показано на рисунках 8 и 9.
ИНЖИР. 8. Модель тягового стержня.
ИНЖИР. 9 Нештатное состояние тяги после штамповки
Размер и механические свойства тяги из титанового сплава соответствуют требованиям эксплуатации. Для обеспечения безопасной эксплуатации электропоезда статическую прочность и усталостную прочность тяговой тяги из титанового сплава при соответствующей нагрузке следует проверять испытаниями согласно техническим условиям тяговой тяги тележки. Поскольку модуль упругости титанового сплава примерно в два раза меньше модуля упругости стали, необходимо также проверить влияние жесткости тяговой тяги из титанового сплава на режим вибрации тележки и транспортного средства и динамические характеристики транспортного средства при тяге и торможении. .
