Залізничний транзит є різновидом безпечного, комфортного, екологічного та енергозберігаючого зеленого транспорту, є важливою частиною громадського транспорту в Китаї. З кожним роком розширюються масштаби будівництва залізничного транспорту, розширюється експлуатаційна мережа, значно зростає споживання енергії. Споживання тягової енергії становить близько 30% загального споживання електроенергії залізничним транспортом. Якщо вага автомобіля зменшується на 10%, споживання енергії може бути зменшено на 6% ~ 8%.
З активним просуванням будівництва залізничного транспорту в Китаї галузь залізничного транзитного обладнання також перебуває в періоді можливостей розвитку та швидкого зростання протягом 14-го п’ятирічного періоду. Потреби в розвитку обладнання для залізничного транспорту є більш актуальними з точки зору нових матеріалів, нових технологій і нових процесів, особливо в напрямку легкого, лінійного, високошвидкісного важкого вантажу та екологічного інтелекту обладнання. Титановий сплав привернув увагу промисловості залізничного транспорту завдяки своїм характеристикам низької щільності, високої питомої міцності, гарної зварюваності та гарної стійкості до корозії, і поступово проводилося техніко-економічне обґрунтування легування титаном супутніх продуктів і застосування на борту.
Статус дослідження титанового сплаву 02 у залізничних транспортних засобах
2.1 Рама візка з титанового сплаву
Візок є одним із найважливіших компонентів залізничного транспортного засобу, який безпосередньо пов'язаний з якістю ходу, динамічними характеристиками та безпекою руху залізничного транспортного засобу. Рама є опорою для складання компонентів візка, як правило, включаючи бічні балки, балку та сидіння підвіски, необхідні для встановлення відповідного обладнання. Рама з титанового сплаву може реалізувати високу міцність і легку конструкцію візка, зменшити масу пружини та масу пружини, а потім покращити силу між колесом і рейкою, а також підвищити безпеку та надійність роботи конструкції візка.
При зварюванні рами візка з титанового сплаву використовуються титанові сплави ТА2 і ТА18. Завдяки досягненню міцності існуючої рами загальна маса рами візка зменшується приблизно на 40%, як показано на рисунках 1 і 2. У процесі розробки рами з титанового сплаву технічні проблеми великої деформації у процесі зварювання композиції бокової балки титанового сплаву та нездатність деяких зварних з’єднань бути ефективно захищеними інертним газом. Після зварювання залишкова внутрішня напруга зварювання була усунена шляхом вакуумної термічної обробки, а рама з титанового сплаву відповідала вимогам існуючих проектних показників, які накопичили основні дані для подальшої оптимізації конструкції та конструкції рами з титанового сплаву.
ФІГ. 1 Склад бічних балок рами з титанового сплаву
ФІГ. 2 Рама візка з титанового сплаву
2.2 Гальмівний затиск із титанового сплаву
Як основна частина гальмівної системи, продуктивність і функція гальмівного затискача безпосередньо впливають на робочий стан і якість гальмівної системи. Застосування гальмівного затискача з титанового сплаву може зменшити масу під пружинами та між ними, покращити якість ходу та підвищити стійкість до корозії; При низькій температурі навколишнього середовища міцність конструкції є більш стабільною.
Розроблений триточковий гальмівний зажим із титанового сплаву показаний на малюнку 3. Титановий сплав TC4 використовується для основних компонентів навантаження, таких як підвішування, опора гальмівних колодок, підвісне сидіння, головка циліндра, поршнева труба, канал головки циліндра, хомут і важіль, із загальним зменшенням ваги на 17,6 кг. Випробування на міцність, випробування на герметичність при кімнатній температурі під низьким і високим тиском, випробування на чутливість до кімнатної температури, випробування на регулювання основного зазору, випробування на регулювання максимального зазору та випробування на розвантаження зазору були проведені відповідно для гальмівного блоку з титанового сплаву. Результати випробувань показують, що блоки гальмівних затискачів із титанового сплаву відповідають функціональним вимогам, і в той же час вони пройшли 1 мільйон випробувань на втому та випробувань на ударну вібрацію. У середовищі з низькою температурою -50 градусів через 48 годин функції гальмівного затискача з титанового сплаву є нормальними, що вказує на те, що гальмівний зажим із титанового сплаву має високу стійкість до низьких температур і підходить для застосування при сильних холодах. середовище.
ФІГ. 3 Триточковий гальмівний зажим із титанового сплаву
2.3 Перехідна муфта з титанового сплаву
Перехідна муфта — це з’єднувальна муфта, яка використовується для з’єднання двох різних типів з’єднувальних пристроїв, щоб забезпечити безпечне та плавне переміщення локомотива, який ремонтується, тоді як перехідна муфта, що використовується, вимагає частого ручного завантаження та розвантаження. Відповідно до UIC660 одинична вага перехідної муфти не повинна перевищувати 50 кг. Однак існуючий перехідний зчіпний пристрій має важку конструкцію, що вимагає одночасного перенесення кількома людьми під час завантаження та розвантаження. Якщо під час транспортування станеться нещасний випадок, це також призведе до травмування обслуговуючого персоналу.
Було розроблено легку перехідну муфту з титанового сплаву. На основі методу змінної щільності модуль оптимізації форми в ANSYSWorkbench використовувався для оптимізації топології перехідного з’єднувача, а легка структура перехідного з’єднувача з титанового сплаву була розроблена відповідно до результатів оптимізації топології. Легка перехідна муфта з титанового сплаву важила 42,15 кг. Порівняно з оригінальною сталевою перехідною муфтою класу E, зменшення ваги становить 58,15 кг, а коефіцієнт зменшення ваги становить до 57,98%.
Компанія CRRC розробила перехідну муфту з титанового сплаву, як показано на рисунках 4 і 5. Гачок одного модуля важить близько 20 кг, і одна людина може виконати весь процес операції. Під час випробування навантаження на розтяг 750 кН і навантаження на стиск 850 кН гак з’єднувального пристрою не зламався, як показано на малюнку 6. Після розвантаження корпус з’єднувального пристрою був оглянутий і перевірений у цілому, і не було видимої деформації та пошкодження в всі частини титанового сплаву типу 10 і типу 13 перехідної муфти. Результати випробувань показують, що легкий перехідний з’єднувач із титанового сплаву має невелику вагу, високу міцність і високу ефективність роботи та відповідає вимогам безпеки поточної роботи перехідного з’єднувача, а також існує можливість подальшого полегшення.
ФІГ. 4 Муфта моделі 10 з титанового сплаву
Малюнок 5. Муфта моделі 13 із титанового сплаву
ФІГ. 6 Випробування на розтяг і стиск муфти з титанового сплаву 10
У виробництві опуклого конуса перехідної муфти метро з титанового сплаву компанія Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. застосовує процес штампування титанової пластини та зварювання ребер. У порівнянні з оригінальним процесом лиття сталевого опуклого конуса, цей метод має хорошу формувальність, високу ефективність і хорошу продуктивність опуклого конуса. Опуклий конус для штампування з титанового сплаву показаний на малюнку 7.
Малюнок 7. Титановий опуклий конус, викуваний і частково зварений
2.4 Тяга
Центральний тяговий пристрій в основному складається з центрального тягового штифта, вузла тягової тяги (включаючи тягу та гумові шарнірні шарніри на обох кінцях) і з’єднувального болта. Його основною функцією є реалізація зв'язку між кузовом автомобіля та візком, а також реалізація передачі тягового зусилля та гальмівного зусилля. Конструкція тягового стрижня проста, а процес формування відносно простий. Заміна матеріалу титанового сплаву не тільки досягає ефекту зменшення ваги, але також покращує коефіцієнт використання матеріалу за допомогою схеми штампування, а загальна вартість не буде значно покращена.
Тягова тяга з титанового сплаву, спільно розроблена CRRC Sifang Co., Ltd. і China Titanium Equipment Co., Ltd., частково оброблена після штампування, і коефіцієнт використання матеріалу може досягати понад 50%, а загальна вага зменшується на близько 42%. Ефект зниження ваги дуже очевидний, як показано на рисунках 8 і 9.
ФІГ. 8 Ковальська модель тягової штанги
ФІГ. 9 Поза штампом тягової штанги після штампування
Розміри та механічні властивості тягової тяги з титанового сплаву відповідають вимогам використання. Для того, щоб забезпечити безпечну роботу EMU, статичну міцність і міцність на втому тягової тяги з титанового сплаву під відповідним навантаженням слід перевірити шляхом випробувань відповідно до технічних умов тягової тяги для візка. Оскільки модуль пружності титанового сплаву становить приблизно половину модуля пружності сталі, необхідно також перевірити вплив жорсткості тягової тяги з титанового сплаву на режим вібрації візка та транспортного засобу та динамічні характеристики транспортного засобу під час тяги та гальмування .
