Tranzitul feroviar este un fel de transport ecologic sigur, confortabil, de protecție a mediului și economisind energie, este o parte importantă a transportului public din China. Scara de construcție a tranzitului feroviar se extinde de la an la an, rețeaua de operare crește, iar consumul de energie crește semnificativ. Consumul de energie de tracțiune reprezintă aproximativ 30% din consumul total de energie în tranzitul feroviar. Dacă greutatea vehiculului este redusă cu 10%, consumul de energie poate fi redus cu 6% ~ 8%.
Odată cu promovarea viguroasă a construcției de tranzit feroviar în China, industria echipamentelor de tranzit feroviar se află, de asemenea, în perioada oportunității de dezvoltare de creștere rapidă în timpul celui de-al 14-lea plan cincinal. Nevoile de dezvoltare a echipamentelor de tranzit feroviar sunt mai urgente în ceea ce privește noile materiale, noile tehnologii și noi procese, în special în direcția ușoară, descendență, încărcătură grea de mare viteză și inteligență ecologică a echipamentelor. Aliajul de titan a atras atenția industriei de tranzit feroviar datorită caracteristicilor sale de densitate scăzută, rezistență specifică ridicată, sudabilitate bună și rezistență bună la coroziune și a efectuat treptat studiul de fezabilitate al aliajului de titan a produselor aferente și aplicarea la bord.
Stadiul cercetării aliajului de titan 02 în vehiculele de tranzit feroviar
2.1 Cadru boghiu din aliaj de titan
Boghiul este una dintre cele mai importante componente ale vehiculului feroviar, care este direct legată de calitatea rulării, performanța dinamică și siguranța de conducere a vehiculului feroviar. Cadrul este suportul pentru asamblarea componentelor boghiului, incluzând în general grinda laterală, grinda și scaunul de suspensie necesare pentru instalarea echipamentelor aferente. Cadrul din aliaj de titan poate realiza structura boghiului de înaltă rezistență și ușoară, poate reduce masa arcului și masa arcului și apoi poate îmbunătăți forța dintre roată și șină și poate îmbunătăți siguranța și fiabilitatea funcționării structurii boghiului.
La sudarea unui cadru de boghiu din aliaj de titan, se folosesc aliajele de titan TA2 și TA18. Pe baza îndeplinirii rezistenței cadrului existent, masa totală a cadrului boghiului este redusă cu aproximativ 40%, așa cum se arată în Figura 1 și Figura 2. În procesul de dezvoltare a cadrului din aliaj de titan, problemele tehnice de deformare mare. în procesul de sudare a compoziției grinzii laterale din aliaj de titan și incapacitatea unor îmbinări sudate de a fi protejate eficient de gaz inert au fost rezolvate. După sudare, stresul intern rezidual al sudării a fost eliminat prin tratament termic în vid, iar cadrul din aliaj de titan a îndeplinit cerințele indicatorilor de proiectare existenți, care au acumulat date de bază pentru optimizarea structurală și proiectarea ulterioară a cadrului din aliaj de titan.
SMOCHIN. 1 Compoziția grinzilor laterale ale cadrului din aliaj de titan
SMOCHIN. 2 Cadru boghiu din aliaj de titan
2.2 Colier de frână din aliaj de titan
Fiind partea centrală a sistemului de frânare, performanța și funcția clemei de frână afectează în mod direct starea de funcționare și calitatea sistemului de frânare. Aplicarea clemei de frână din aliaj de titan poate reduce masa sub și între arcuri, poate îmbunătăți calitatea rulării și poate îmbunătăți capacitatea de rezistență la coroziune; În condiții de temperatură scăzută, performanța rezistenței structurale este mai stabilă.
Clema de frână în trei puncte din aliaj de titan dezvoltat este prezentată în Figura 3. Aliajul de titan TC4 este utilizat pentru componentele principale ale sarcinii, cum ar fi suspendarea, suportul plăcuțelor de frână, scaunul suspendat, chiulasa, conducta pistonului, conducta chiulasei, jugul și pârghia, cu o reducere totală a greutății de 17,6 kg. Testul de rezistență, testul de etanșare la presiune joasă și înaltă la temperatura camerei, testul de sensibilitate la temperatura camerei, testul de reglare a jocului primar, testul de reglare a jocului maxim și testul de reducere a jocului au fost efectuate, respectiv, pentru unitatea de clemă de frână din aliaj de titan. Rezultatele testelor arată că unitățile de clemă de frână din aliaj de titan îndeplinesc cerințele funcționale și, în același timp, au trecut 1 milion de teste de oboseală și teste de vibrații la impact. În mediul cu temperatură scăzută de -50 grade, după 48 de ore, funcțiile unității de clemă de frână din aliaj de titan sunt normale, ceea ce indică faptul că clema de frână din aliaj de titan are o rezistență puternică la temperaturi scăzute și este potrivită pentru aplicarea la frig. mediu.
SMOCHIN. 3 Unitate de clemă de frână în trei puncte din aliaj de titan
2.3 Cuplaj de tranziție din aliaj de titan
Cuplajul de tranziție este un cuplaj folosit pentru a conecta două tipuri diferite de cuplare, pentru a asigura transferul sigur și fără probleme a locomotivei care urmează să fie reparate, în timp ce cuplajul de tranziție în uz necesită încărcare și descărcare manuală frecventă. Conform UIC660, greutatea unică a cuplajului de tranziție nu trebuie să depășească 50 kg. Cu toate acestea, cuplajul de tranziție existent are o structură grea, ceea ce necesită transportarea mai multor persoane în același timp în timpul încărcării și descărcării. Dacă se produce un accident în timpul manipulării, acesta va cauza, de asemenea, rănirea personalului personalului de întreținere.
A fost proiectat un cuplaj de tranziție din aliaj de titan ușor. Pe baza metodei densității variabile, modulul de optimizare a formei din ANSYSWorkbench a fost utilizat pentru a optimiza topologia cuplajului de tranziție, iar structura ușoară a cuplajului de tranziție din aliaj de titan a fost proiectată în funcție de rezultatele optimizării topologiei. Cuplajul de tranziție din aliaj de titan ușor cântărea 42,15 kg. În comparație cu cuplul de tranziție din oțel de calitate E original, reducerea greutății este de 58,15 kg, iar raportul de reducere a greutății este de până la 57,98%.
O companie a CRRC a dezvoltat un cuplaj de tranziție din aliaj de titan, așa cum se arată în Figura 4 și Figura 5. Un cârlig cu un singur modul cântărește aproximativ 20 kg și o singură persoană poate finaliza întregul proces de operare. În testul de sarcină de tracțiune de 750 kN și testul de sarcină de compresiune de 850 kN, cârligul de cuplare nu s-a rupt, așa cum se arată în Figura 6. După descărcare, corpul cuplajului a fost inspectat și verificat în ansamblu și nu a existat nicio deformare și deteriorare evidentă în toate piesele din aliaj de titan tip 10 și tip 13 cupla de tranziție. Rezultatele testului arată că cuplajul de tranziție din aliaj de titan ușor are greutate redusă, rezistență ridicată și eficiență ridicată de funcționare și îndeplinește nevoile de siguranță ale funcționării curente a cuplajului de tranziție și există, de asemenea, fezabilitatea unei mai ușoare.
SMOCHIN. 4 Cuplaj din aliaj de titan Model 10
Figura 5. Cuplaj model 13 din aliaj de titan
SMOCHIN. 6 Încercarea de tracțiune și compresie a cuplajului din aliaj de titan 10
În producția de conuri convexe a cuplajului de tranziție de la metrou din aliaj de titan, Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. adoptă procesul de forjare a plăcilor de titan și sudare a barelor. În comparație cu procesul original de turnare a conului convex din oțel, această metodă are o formabilitate bună, o eficiență ridicată și o performanță bună a conului convex. Conul convex de forjare a matriței din aliaj de titan este prezentat în Figura 7.
Figura 7. Con convex din titan forjat și parțial sudat
2.4 Trageți tija
Dispozitivul central de tracțiune este compus în principal din știftul central de tracțiune, ansamblul tirantului de tracțiune (inclusiv tirantul și articulațiile sferice din cauciuc la ambele capete) și șurubul de conectare. Funcția sa principală este de a realiza legătura dintre caroserie și boghiu și de a realiza transmiterea forței de tracțiune și a forței de frânare. Structura tijei de tracțiune este simplă, iar procesul de formare este relativ simplu. Înlocuirea materialului din aliaj de titan nu numai că realizează efectul de reducere a greutății, dar îmbunătățește și rata de utilizare a materialului prin utilizarea schemei de forjare a matriței, iar costul total nu va fi îmbunătățit foarte mult.
Tija de tracțiune din aliaj de titan dezvoltată în comun de CRRC Sifang Co., Ltd. și China Titanium Equipment Co., Ltd. este parțial prelucrată după forjare cu matriță, iar rata de utilizare a materialului poate ajunge la mai mult de 50%, iar greutatea totală este redusă cu aproximativ 42%. Efectul de reducere a greutății este foarte evident, așa cum se arată în Figura 8 și Figura 9.
SMOCHIN. 8 Model de matriță de forjare a tijei de tracțiune
SMOCHIN. 9 Din starea matriței tijei de tragere după forjare a matriței
Dimensiunea și proprietățile mecanice ale tijei de tracțiune din aliaj de titan îndeplinesc cerințele de utilizare. Pentru a asigura funcționarea în siguranță a EMU, rezistența statică și rezistența la oboseală a tirantului de tracțiune din aliaj de titan sub sarcina corespunzătoare ar trebui verificate prin teste în conformitate cu condițiile tehnice ale tirantului de tracțiune pentru boghiu. Deoarece modulul de elasticitate al aliajului de titan este de aproximativ jumătate din cel al oțelului, este, de asemenea, necesar să se verifice influența rigidității tijei de tracțiune din aliaj de titan asupra modului de vibrație al boghiului și al vehiculului și performanța dinamică a vehiculului în timpul tracțiunii și frânării. .
