Železničná doprava je druh bezpečnej, pohodlnej, ekologickej a energeticky úspornej zelenej dopravy, je dôležitou súčasťou verejnej dopravy v Číne. Rozsah výstavby železničnej dopravy sa z roka na rok rozširuje, prevádzková sieť sa zvyšuje a spotreba energie výrazne stúpa. Spotreba trakčnej energie predstavuje približne 30 % celkovej spotreby energie v železničnej doprave. Ak sa hmotnosť vozidla zníži o 10 %, spotreba energie sa môže znížiť o 6 % až 8 %.
S energickou podporou výstavby železničnej dopravy v Číne je aj priemysel železničných dopravných zariadení v období 14. päťročného plánu s príležitosťou na rozvoj v období rýchleho rastu. Potreby rozvoja zariadení železničnej dopravy sú naliehavejšie z hľadiska nových materiálov, nových technológií a nových procesov, najmä v smere odľahčenia, línie, vysokorýchlostného ťažkého zaťaženia a zelenej inteligencie zariadení. Titánová zliatina pritiahla pozornosť priemyslu železničnej dopravy vďaka svojim charakteristikám nízkej hustoty, vysokej špecifickej pevnosti, dobrej zvárateľnosti a dobrej odolnosti proti korózii a postupne vykonala štúdiu uskutočniteľnosti legovania titánu súvisiacich produktov a palubnej aplikácie.
Stav výskumu titánovej zliatiny 02 v koľajových tranzitných vozidlách
2.1 Rám podvozku z titánovej zliatiny
Podvozok je jedným z najdôležitejších komponentov koľajového vozidla, ktorý priamo súvisí s kvalitou jazdy, dynamickým výkonom a bezpečnosťou jazdy koľajového vozidla. Rám je nosičom na montáž komponentov podvozku, vo všeobecnosti vrátane bočného nosníka, nosníka a odpruženého sedadla potrebného na inštaláciu súvisiaceho vybavenia. Rám z titánovej zliatiny môže realizovať vysokú pevnosť a ľahkú konštrukciu podvozku, znížiť hmotnosť pružiny a hmotnosť pružiny a potom zlepšiť silu medzi kolesom a koľajnicou a zlepšiť bezpečnosť a prevádzkovú spoľahlivosť konštrukcie podvozku.
Pri zváraní rámu podvozku z titánovej zliatiny sa používajú titánové zliatiny TA2 a TA18. Na základe dodržania pevnosti existujúceho rámu sa celková hmotnosť rámu podvozku zníži približne o 40 %, ako je znázornené na obrázku 1 a obrázku 2. V procese vývoja rámu z titánovej zliatiny sa technické problémy veľkej deformácie v procese zvárania zloženia bočného nosníka z titánovej zliatiny a neschopnosť niektorých zvarových spojov byť účinne chránená inertným plynom. Po zváraní bolo zvyškové vnútorné napätie zvárania eliminované vákuovým tepelným spracovaním a rám z titánovej zliatiny spĺňal požiadavky existujúcich konštrukčných ukazovateľov, ktoré zhromaždili základné údaje pre ďalšiu štrukturálnu optimalizáciu a návrh rámu z titánovej zliatiny.
Obr. 1 Zloženie bočných nosníkov rámu z titánovej zliatiny
Obr. 2 Rám podvozku z titánovej zliatiny
2.2 Brzdová svorka z titánovej zliatiny
Ako základná časť brzdového systému, výkon a funkcia brzdovej svorky priamo ovplyvňuje prevádzkový stav a kvalitu brzdového systému. Použitie brzdovej svorky z titánovej zliatiny môže znížiť hmotnosť pod a medzi pružinami, zlepšiť kvalitu chodu a zlepšiť schopnosť odolnosti proti korózii; V prostredí s nízkou teplotou je výkon konštrukcie stabilnejší.
Vyvinutá trojbodová brzdová svorka zo zliatiny titánu je znázornená na obrázku 3. Zliatina titánu TC4 sa používa na hlavné komponenty zaťaženia, ako je záves, podpera brzdových doštičiek, závesné sedlo, hlava valca, rúrka piestu, vedenie hlavy valca, strmeň a páka, s celkovou redukciou hmotnosti 17,6 kg. Test pevnosti, test tesnenia pri izbovej teplote pri nízkom a vysokom tlaku, test citlivosti na izbovú teplotu, test nastavenia primárnej vôle, test nastavenia maximálnej vôle a test odľahčenia vôle sa vykonali pre jednotku brzdovej svorky z titánovej zliatiny. Výsledky testov ukazujú, že brzdové svorky z titánovej zliatiny spĺňajú funkčné požiadavky a zároveň prešli 1 miliónom únavových testov a testov nárazových vibrácií. V prostredí s nízkou teplotou -50 stupňa sú po 48 hodinách funkcie jednotky brzdovej svorky z titánovej zliatiny normálne, čo naznačuje, že brzdová svorka z titánovej zliatiny má silnú odolnosť voči nízkym teplotám a je vhodná na použitie pri vysokých teplotách. životné prostredie.
Obr. 3 Trojbodová brzdová svorka z titánovej zliatiny
2.3 Prechodová spojka z titánovej zliatiny
Prechodové spriahadlo je spriahadlo používané na spojenie dvoch rôznych typov spriahadla, aby sa zabezpečil bezpečný a plynulý presun lokomotívy, ktorá sa má opraviť, pričom prechodové spriahadlo pri používaní vyžaduje časté manuálne nakladanie a vykladanie. Podľa UIC660 by jednotlivá hmotnosť prechodovej spojky nemala presiahnuť 50 kg. Existujúce prechodové spriahadlo má však ťažkú konštrukciu, čo si vyžaduje, aby sa počas nakladania a vykladania prepravovalo viacero osôb súčasne. Ak počas manipulácie dôjde k nehode, spôsobí to aj zranenie personálu údržby.
Bola navrhnutá ľahká prechodová spojka z titánovej zliatiny. Na základe metódy s premenlivou hustotou bol modul Shape Optimization v ANSYSWorkbench použitý na optimalizáciu topológie prechodovej spojky a ľahká konštrukcia prechodovej spojky z titánovej zliatiny bola navrhnutá podľa výsledkov optimalizácie topológie. Ľahká prechodová spojka z titánovej zliatiny vážila 42,15 kg. V porovnaní s pôvodnou prechodovou spojkou z ocele triedy E je zníženie hmotnosti 58,15 kg a pomer zníženia hmotnosti je až 57,98%.
Spoločnosť CRRC vyvinula prechodovú spojku z titánovej zliatiny, ako je znázornené na obrázku 4 a obrázku 5. Hák s jedným modulom váži približne 20 kg a celý proces operácie môže dokončiť jedna osoba. Pri skúške ťahovým zaťažením 750 kN a zaťažením tlakom 850 kN sa hák spriahadla nezlomil, ako je znázornené na obrázku 6. Po vyložení bolo telo spriahadla skontrolované a skontrolované ako celok, pričom nedošlo k žiadnym zjavným deformáciám a poškodeniu v všetky časti z titánovej zliatiny typ 10 a typ 13 prechodová spojka. Výsledky testov ukazujú, že prechodová spojka z ľahkej titánovej zliatiny má nízku hmotnosť, vysokú pevnosť a vysokú prevádzkovú účinnosť a spĺňa bezpečnostné potreby súčasnej prevádzky prechodovej spojky a je tu tiež možnosť ďalšej odľahčenia.
Obr. 4 Spojka z titánovej zliatiny Model 10
Obrázok 5. Spojka z titánovej zliatiny Model 13
Obr. 6 Skúška ťahom a tlakom spojky z titánovej zliatiny 10
Pri výrobe konvexného kužeľa prechodovej spojky metra zo zliatiny titánu spoločnosť Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. prijíma proces kovania z titánových platní a rebrového zvárania. V porovnaní s pôvodným procesom odlievania oceľového konvexného kužeľa má táto metóda dobrú tvarovateľnosť, vysokú účinnosť a dobrý výkon konvexného kužeľa. Konvexný kužeľ zápustkového kovania z titánovej zliatiny je znázornený na obrázku 7.
Obrázok 7. Kovaný a čiastočne zváraný titánový konvexný kužeľ
2.4 Ťahadlo
Centrálne trakčné zariadenie sa skladá hlavne z centrálneho trakčného čapu, zostavy trakčnej spojovacej tyče (vrátane spojovacej tyče a gumových guľových kĺbov na oboch koncoch) a spojovacej skrutky. Jeho hlavnou funkciou je realizovať spojenie medzi skriňou a podvozkom a realizovať prenos ťažnej a brzdnej sily. Štruktúra ťažnej tyče je jednoduchá a proces tvarovania je relatívne jednoduchý. Nahradením materiálu z titánovej zliatiny sa dosiahne nielen zníženie hmotnosti, ale tiež sa zlepší miera využitia materiálu pomocou schémy zápustkového kovania a celkové náklady sa výrazne nezlepšia.
Trakčná tyč z titánovej zliatiny spoločne vyvinutá spoločnosťami CRRC Sifang Co., Ltd. a China Titanium Equipment Co., Ltd. je čiastočne opracovaná po zápustkovom kovaní a miera využitia materiálu môže dosiahnuť viac ako 50% a celková hmotnosť je znížená o približne 42 %. Účinok zníženia hmotnosti je veľmi zrejmý, ako je znázornené na obrázku 8 a obrázku 9.
Obr. 8 Model kovacej zápustky ťažnej tyče
Obr. 9 Mimo stav zápustky tiahla po zápustkovom kovaní
Veľkosť a mechanické vlastnosti ťažnej tyče z titánovej zliatiny zodpovedajú požiadavkám použitia. Aby sa zabezpečila bezpečná prevádzka EMU, mala by sa statická pevnosť a únavová pevnosť trakčnej tyče z titánovej zliatiny pri zodpovedajúcom zaťažení overiť skúškami podľa technických podmienok trakčnej tyče podvozku. Keďže modul pružnosti titánovej zliatiny je približne polovičný v porovnaní s oceľou, je potrebné overiť aj vplyv tuhosti trakčnej tyče z titánovej zliatiny na vibračný režim podvozku a vozidla a dynamický výkon vozidla pri trakcii a brzdení. .
