Spoorvervoer is een soort veilig, comfortabel, milieubescherming en energiebesparend groen transport en is een belangrijk onderdeel van het openbaar vervoer in China. De bouwschaal van de spoorwegdoorvoer groeit jaar na jaar, het exploitatienetwerk neemt toe en het energieverbruik neemt aanzienlijk toe. Het energieverbruik van de tractie is goed voor ongeveer 30% van het totale energieverbruik in het spoorvervoer. Als het voertuiggewicht met 10% wordt verminderd, kan het energieverbruik met 6% ~ 8% worden verminderd.
Met de krachtige bevordering van de aanleg van spoorwegvervoer in China bevindt de industrie voor spoorwegvervoerapparatuur zich ook in de periode van ontwikkelingsmogelijkheden van snelle groei tijdens de periode van het 14e Vijfjarenplan. De ontwikkelingsbehoeften van apparatuur voor spoorwegvervoer zijn urgenter in termen van nieuwe materialen, nieuwe technologieën en nieuwe processen, vooral in de richting van lichtgewicht, afstamming, hoge snelheid, zware belasting en groene intelligentie van apparatuur. Titaniumlegering heeft de aandacht getrokken van de spoorwegdoorvoerindustrie vanwege de kenmerken van lage dichtheid, hoge specifieke sterkte, goede lasbaarheid en goede corrosieweerstand, en geleidelijk de haalbaarheidsstudie uitgevoerd van titaniumlegering van aanverwante producten en toepassing aan boord.
Onderzoeksstatus van 02 titaniumlegering in spoorvoertuigen
2.1 Draaistelframe van titaniumlegering
Bogie is een van de belangrijkste componenten van spoorvoertuigen, die rechtstreeks verband houden met de rijkwaliteit, dynamische prestaties en rijveiligheid van spoorvoertuigen. Het frame is de drager voor de montage van draaistelcomponenten, meestal inclusief zijbalk, balk en geveerde stoel die nodig zijn voor de installatie van bijbehorende apparatuur. Het frame van titaniumlegering kan de hoge sterkte en lichtgewicht draaistelstructuur realiseren, de veermassa en veermassa verminderen en vervolgens de kracht tussen het wiel en de rail verbeteren, en de veiligheid en bedrijfsbetrouwbaarheid van de draaistelstructuur verbeteren.
Bij het lassen van een draaistelframe van titaniumlegering worden de titaniumlegeringen TA2 en TA18 gebruikt. Op basis van het voldoen aan de sterkte van het bestaande frame, wordt de totale massa van het draaistelframe met ongeveer 40% verminderd, zoals weergegeven in Figuur 1 en Figuur 2. Bij het ontwikkelingsproces van een frame van titaniumlegering zijn de technische problemen van grote vervorming bij het lasproces van de zijbalksamenstelling van titaniumlegeringen werden het onvermogen van sommige lasverbindingen om effectief te worden beschermd door inert gas opgelost. Na het lassen werd de resterende interne spanning van het lassen geëlimineerd door vacuümwarmtebehandeling, en het frame van titaniumlegering voldeed aan de eisen van bestaande ontwerpindicatoren, die basisgegevens verzamelden voor de verdere structurele optimalisatie en ontwerp van het frame van titaniumlegering.
AFB. 1 Samenstelling van de zijbalken van een frame van titaniumlegering
AFB. 2 Draaistelframe van titaniumlegering
2.2 Remklem van titaniumlegering
Als kernonderdeel van het remsysteem hebben de prestaties en functie van de remklem rechtstreeks invloed op de werkingstoestand en kwaliteit van het remsysteem. De toepassing van een remklem van titaniumlegering kan de massa onder en tussen de veren verminderen, de loopkwaliteit verbeteren en het vermogen tot corrosieweerstand verbeteren; Bij lage temperaturen zijn de structurele sterkteprestaties stabieler.
De ontwikkelde driepuntsremklem van titaniumlegering wordt weergegeven in figuur 3. TC4 titaniumlegering wordt gebruikt voor de belangrijkste belastingscomponenten zoals ophanging, rembloksteun, hangende stoel, cilinderkop, zuigerpijp, cilinderkopleiding, juk en hendel. met een totale gewichtsvermindering van 17,6 kg. De sterktetest, afdichtingstest bij lage druk en hoge druk bij kamertemperatuur, gevoeligheidstest bij kamertemperatuur, test voor aanpassing van de primaire speling, aanpassingstest voor maximale speling en test voor het ontlasten van de speling werden respectievelijk uitgevoerd voor de remklemeenheid van titaniumlegering. De testresultaten tonen aan dat de remklemeenheden van titaniumlegering voldoen aan de functionele eisen en tegelijkertijd 1 miljoen vermoeidheidstests en impacttrillingstests hebben doorstaan. In de lage temperatuuromgeving van -50 graad zijn de functies van de remklemeenheid van titaniumlegering na 48 uur normaal, wat aangeeft dat de remklem van titaniumlegering een sterke weerstand tegen lage temperaturen heeft en geschikt is voor toepassing bij hoge kou omgeving.
AFB. 3 Driepuntsremklemeenheid van titaniumlegering
2.3 Overgangskoppeling van titaniumlegering
Overgangskoppeling is een koppeling die wordt gebruikt om twee verschillende soorten koppelingen met elkaar te verbinden, om de veilige en soepele overdracht van de te repareren locomotief te garanderen, terwijl de gebruikte overgangskoppeling veelvuldig handmatig laden en lossen vereist. Volgens UIC660 mag het enkele gewicht van de overgangskoppeling niet groter zijn dan 50 kg. De bestaande overgangskoppeling heeft echter een zware constructie, waardoor meerdere mensen tegelijk moeten dragen tijdens het laden en lossen. Als er tijdens het hanteren een ongeval plaatsvindt, zal dit ook persoonlijk letsel bij het onderhoudspersoneel veroorzaken.
Er werd een lichtgewicht overgangskoppeling van titaniumlegering ontworpen. Op basis van de methode met variabele dichtheid werd de Shape Optimization-module in ANSYSWorkbench gebruikt om de topologie van de overgangskoppeling te optimaliseren, en de lichtgewicht structuur van de overgangskoppeling van titaniumlegering werd ontworpen op basis van de resultaten van de topologie-optimalisatie. De lichtgewicht overgangskoppeling van titaniumlegering woog 42,15 kg. Vergeleken met de originele stalen overgangskoppeling van E-kwaliteit bedraagt de gewichtsvermindering 58,15 kg en de gewichtsverminderingsratio tot 57,98%.
Een bedrijf van CRRC heeft een overgangskoppeling van titaniumlegering ontwikkeld, zoals weergegeven in Figuur 4 en Figuur 5. Een enkele modulehaak weegt ongeveer 20 kg, en één persoon kan het hele bedieningsproces voltooien. Bij de trekbelastingstest van 750 kN en de drukbelastingstest van 850 kN brak de koppelingshaak niet, zoals weergegeven in figuur 6. Na het lossen werd het koppelingslichaam in zijn geheel geïnspecteerd en gecontroleerd, en er waren geen duidelijke vervormingen en beschadigingen aan de onderdelen. alle onderdelen van titaniumlegering type 10 en type 13 overgangskoppeling. De testresultaten tonen aan dat de lichtgewicht overgangskoppeling van titaniumlegering een laag gewicht, hoge sterkte en hoge werkingsefficiëntie heeft, en voldoet aan de veiligheidsbehoeften van de huidige overgangskoppeling, en dat er ook de haalbaarheid is van verder lichtgewicht.
AFB. 4 Titaniumlegering Model 10-koppeling
Figuur 5. Model 13-koppeling van titaniumlegering
AFB. 6 Trek- en compressietest van titaniumlegering 10-koppeling
Bij de productie van convexe kegels van metro-overgangskoppelingen van titaniumlegeringen, gebruikt Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. het proces van het smeden van titaniumplaten en het lassen van ribbars. Vergeleken met het originele gietproces van stalen convexe kegels, heeft deze methode een goede vervormbaarheid, hoge efficiëntie en goede prestaties van convexe kegels. De convexe kegel van de titaniumlegering wordt getoond in Figuur 7.
Figuur 7. Gesmede en gedeeltelijk gelaste convexe conus van titanium
2.4 Trekstang
Het centrale tractieapparaat bestaat hoofdzakelijk uit de centrale trekpen, het trekstangsamenstel (inclusief de trekstang en de rubberen kogelgewrichten aan beide uiteinden) en de verbindingsbout. De belangrijkste functie is het realiseren van de verbinding tussen de carrosserie en het draaistel, en het realiseren van de overdracht van trekkracht en remkracht. De structuur van de trekstang is eenvoudig en het vormingsproces is relatief eenvoudig. De vervanging van titaniumlegeringsmateriaal bereikt niet alleen het gewichtsverminderende effect, maar verbetert ook de materiaalbenutting door gebruik te maken van het matrijssmeedschema, en de totale kosten zullen niet sterk worden verbeterd.
De trekstang van titaniumlegering, gezamenlijk ontwikkeld door CRRC Sifang Co., Ltd. en China Titanium Equipment Co., Ltd., wordt gedeeltelijk machinaal bewerkt na het smeden van de matrijs, en de materiaalbenuttingsgraad kan meer dan 50% bereiken, en het totale gewicht wordt verminderd met ongeveer 42%. Het gewichtsreductie-effect is zeer duidelijk, zoals weergegeven in Figuur 8 en Figuur 9.
AFB. 8 Smeedmatrijsmodel van trekstang
AFB. 9 Uit de staat van de trekstang na het smeden van de matrijs
De grootte en mechanische eigenschappen van de trekstang van een titaniumlegering voldoen aan de gebruikseisen. Om de veilige werking van de EMU te garanderen, moeten de statische sterkte en vermoeiingssterkte van de trekstang van titaniumlegering onder de overeenkomstige belasting worden geverifieerd door middel van tests volgens de technische omstandigheden van de trekstang voor draaistellen. Omdat de elasticiteitsmodulus van een titaniumlegering ongeveer de helft bedraagt van die van staal, is het ook noodzakelijk om de invloed van de stijfheid van de trekstang van een titaniumlegering op de trillingsmodus van het draaistel en het voertuig en de dynamische prestaties van het voertuig tijdens tractie en remmen te verifiëren. .
