Järnvägstransit är en säker, bekväm, miljövänlig och energibesparande grön transport, är en viktig del av Kinas kollektivtrafik. Skalan på järnvägstransportbyggnaden expanderar år för år, driftsnätverket ökar, energiförbrukningen ökar dramatiskt, dragkraftsförbrukningen i järnvägstransport står för cirka 30% av den totala kraftförbrukningen, om fordonets vikt minskar med 10% kan energiförbrukningen minskas med 6% till 8%.
Med den inhemska kraftfullt främjar konstruktionen av järnvägstransport, är "den 14: e femårsplanen" period av järnvägstransiteringsindustrin också i den snabba tillväxten av utvecklingsmöjligheter. Järnvägstransportutrustning i de nya materialen, nya tekniker och nya tekniker, särskilt inom lätt utrustning, spektrum, höghastighets tunga och grön intelligent riktning, utvecklingen av dess mer brådskande behov. Titanlegering har på grund av dess låga densitet, hög specifik styrka, god svetsbarhet och god korrosionsbeständighet varit i fokus för järnvägstransportindustrin och gradvis genomfört genomförbarhetsstudien av titanlegering av relaterade produkter och ombord tillämpningar.
On April 21, 2022, China's independent research and development of the new Fuxing high-speed integrated inspection train successfully achieved a relative rendezvous speed of 870 km per hour, creating a world record of high-speed rail trains with bright-line rendezvous speed, marking the national "14th Five-Year Plan" planning of the "CR450 Science and Technology Innovation Project The CR450 Science and Technology Innovation Project of the National "14th Five-Year Planen "har varit i full gång. Från CR400 till CR450 ökas hastigheten med 50 km\/h, vilket ställer fram högre krav på materialets säkerhet, styrka och lättvikt.
1 Titanlegeringsegenskaper
Titan- och titanlegeringar har utmärkta omfattande mekaniska egenskaper, inom flyg-, marinvapen, kemisk industri och marin konstruktion och andra aspekter av ett brett spektrum av tillämpningar, känd som "Metal of the Air", "Marine Metal", "The Rise of the Third Metal". Den tredje metallen ".
Prestationsfördelarna med titan- och titanlegeringar är följande.
(1) låg densitet, hög specifik styrka (styrka och densitetsförhållande). Tätheten för titanlegeringen är cirka 4,5 g\/cm3, och den specifika styrkan är belägen i den första metallen. Den högre specifika styrkan innebär att när den motsvarande strukturella styrkan uppfylls, desto lättare krävs materialets massa, vilket gör att den strukturella konstruktionen är mer kompakt och vikten på strukturen som ska minskas avsevärt, vilket förbättrar utrustningens säkerhet.
2) Bra svetsbarhet. Titanlegering är lämplig för TIG -svetsning, lasersvetsning och elektronstrålsvetsning och andra svetsmetoder, styrkan hos svetsen kan nå mer än 90% av styrkan hos underlaget, såsom svetsdefekter, kan repareras genom sekundär svetsning.
3) Bra korrosionsbeständighet. Titan- och titanlegeringsytan är lätt att bilda en oxidfilm och är inte frätande, och membranet bryts efter läkningsförmågan. Arbetar i den fuktiga atmosfären och havsvattenmediet är dess korrosionsbeständighet mycket bättre än rostfritt stål. Därför kan användningen av titanlegering skyddas utan beläggning.
(4) Utmärkt trötthetsmotstånd. US Strategic Reconnaissance Aircraft SR -7 l med hjälp av titanlegeringsstrukturen för flygramen, flyghöjd på 30, 000 M, den maximala hastigheten på 3,5 gånger så mycket av ljudet, började tjänsten 1966, till 1998 års angivelse av flygplanet i service inom 32 års skada.
(5) Bra kompatibilitet med kompositmaterial, företrädesvis som används som kolfiberförbundna delar. Med utvecklingen av luftfartsindustrin, på grund av den höga specifika styrkan hos titanlegering, har korrosionsbeständighet, medan kolfiberförstärkta kompositer (CFRP) har en liten specifik tyngdkraft, god styvhet och styrka, etc., så dessa två material har använts allmänt i luftfartsindustrin. Med det stora antalet tillämpningar av kompositmaterial inom luftfartsindustrin ökar mängden titanlegering också gradvis. Jämfört med andra metaller är titanlegeringar mer kompatibla med kompositer och har gradvis ersatt stål- och aluminiumlegeringar i vissa delar av flygplanet.
Med det ökande kravet på lättvikt av järnvägsfordon ökar appliceringen av kolfiberkompositer i järnvägstransportutrustning gradvis, såsom bilkropp, bogiefram, förarrum och utrustningsfack, etc. använder kolfiberkompositer för provproduktion. De vanligt använda materialen för förbrukade delar är aluminiumlegering, titanlegering och järnnicklegering. Med tanke på styrkan, lätta, termisk stabilitet och elektrokemisk korrosion orsakad av den potentiella skillnaden med kolfiber i de förbrukade metallkonstruktionsdelarna, bör titanlegering föredras som de förbrukade delarna.
2 Titanlegering i järnvägstransportfordon i det nuvarande forskningsläget
2.1 Titanlegeringsbogieram
Bogie är en av de viktigaste komponenterna i järnvägsfordon, som inser funktionen av järnvägsfordon, som är direkt relaterad till kvaliteten på fordonsdrift, kraftprestanda och körsäkerhet. Bogie Frame är bäraren för montering av bogidelar, i allmänhet inklusive sidobalkar, tvärbalkar och upphängningsfästen som krävs för installation av relaterad utrustning, etc. Användningen av titanlegeringsbogie -ram kan inse att järnvägsresan körs. Användningen av titanlegeringsramen kan realisera höghållfast, lätt boggi-struktur, minska den ospända massan och den inter-vårmassan och sedan förbättra kraften mellan hjulen och skenorna och förbättra säkerheten och den drifts tillförlitligheten för bogiestrukturen.
I en titanlegeringsbogi -ramsvetsning, användningen av titanlegeringar TA2 och TA18, för att möta den befintliga ramstyrkan på grundval av dess totala massa minskade med cirka 40%, såsom visas i figur 1, var figur 2. I utvecklingsprocessen för titanlegering, den tekniska processproblemen för stor deformation i svetsningsprocessen för titan för titan. löstes, och den återstående inre spänningen av svetsning eliminerades genom vakuumvärmebehandling efter svetsning, så att titanlegeringsramen uppfyller kraven för befintliga designindex och basdata för den ytterligare strukturella optimeringen och designen av de efterföljande titanlegeringsramarna har ackumulerats.
2.2 Titanbromsklämma
Som en kärnkomponent i bromssystemet påverkar bromsokens prestanda och funktion direkt driftsstatus och kvalitet på bromssystemet. Tillämpningen av titanlegeringsbromsok kan minska underkringen och inter-vårmassan, förbättra driftskvaliteten och öka rost- och korrosionsmotståndet; Konstruktionsstyrkans prestanda är mer stabil under miljö med låg temperatur.
Den utvecklade titanlegeringens trepunktsbromsklämma visas i figur 3. De viktigaste laddade delarna såsom hängande, grindstöd, hängande säte, cylinderhuvud, kolvrör, cylinderhuvudledning, ok och spak är gjorda av TC4-titanlegering, med en total viktminskning på 17,6 kg. Titanlegeringsbromsklämmasenheten utsattes för styrketest, lågtryck och högtrycks tätningstest för omgivningstemperatur, testningstemperaturkänslighetstest, primär clearance-justeringstest, maximalt clearance-justeringsmängd Test respektive lättnadstest. Testresultaten visar att titanlegeringsbromsklämman uppfyller de funktionella indexkraven, och samtidigt klarar de 1 miljon gånger utmattningstestet och chockvibrationstestet. I -50 -graden låg temperaturmiljö, efter att ha hållit 48 timmar, är titanlegeringsbromsklämenheten alla funktioner normala, vilket indikerar att titanlegeringsklämman har stark låg temperaturbeständighet och är lämplig för applicering i den alpina miljön.
2.3 Titanlegeringskrok
Övergångskrok är en typ av krok som används för att ansluta två olika typer av krokar, för att säkerställa att den shuntande loken säkert och smidigt överför fordonen för att överhanteras, och samtidigt måste övergångskroken ofta laddas och lossas manuellt när den används. Enligt UIC660 kan den enskilda vikten av övergångskroken inte överstiga 50 kg, men den befintliga övergångskrokstrukturen är skrymmande och tung, den måste hanteras av många människor samtidigt under belastning och lossning, och det kommer också att orsaka personliga skador till en mycket nödvändig utformning för att ha en beläggning av en belastning.
Design a lightweight titanium transition hook, based on the variable density method using ANSYSWorkbench in the Shape Optimization module of the transition hook for topology optimization, according to the topology optimization results of the titanium alloy transition hook for lightweight structural design, the lightweight titanium alloy transition hook weighs 42.15 kg, compared to the original E-class steel transition hook Compared with the original E-grade steel transition hook, the weight of the resulting Lätt titanlegeringskrok väger 42,15 kg, vilket är 57,98% mindre än den ursprungliga stålövergångskroken för e-klass.
Ett företag i China Railway har utvecklat en titanlegeringsövergångskrok, som visas i figurerna 4 och 5. Vikten på en enda modulkrok är cirka 20 kg, och hela driftsprocessen kan slutföras av en person. Under 750 kN -dragbelastningstestet och 850 kN -tryckbelastningstest, sprickade inte krokkroppen, såsom visas i figur 6. Efter lossning testades och inspekterades krokkroppen som en helhet, och det fanns ingen uppenbar deformation eller skador på alla delar av titanlegeringen 10- typ och 13- typ. Testresultaten visar att den lätta titanlegeringskroken är lätt i vikt, hög i styrka och med hög driftseffektivitet och uppfyller säkerhetsbehovet för den aktuella övergångskroken, medan det också finns genomförbarheten av ytterligare lättvikt.
I produktionen av Titanium Alloy Subway Transition Cone antar Shenyang Zhongtian Equipment Manufacturing Co., Ltd. Jämfört med gjutningsprocessen för den ursprungliga stålkonvexa konen har denna metod god formning, hög effektivitet och god konprestanda, som har verifierats av tester för att kunna tillgodose behoven av användning.
2.4 Traktionsstång
Center Traction Device består huvudsakligen av mitten dragstiftet, dragstångsenheten (inklusive stången och dess två ändar av gummibollens noder) och anslutande bultar och andra komponenter. Dess huvudfunktion är att inse sambandet mellan fordonskroppen och bogien och att inse överföring av dragkraft och bromskraft. Tie Rod Structure är enkel, gjutningsprocessen är relativt enkel, användningen av titanlegeringsmaterial för att ersätta inte bara för att uppnå effekten av viktminskning, medan användningen av formning av gjutningsprogram också kan förbättra användningshastigheten för materialet, kommer den totala kostnaden inte att ha en större ökning.
Titanlegeringstagningsstängerna tillsammans utvecklade av SIFANG och titanutrustning från China Railway Corporation bearbetas delvis efter att ha använt formning av formning, och den materialanvändningshastigheten kan nå mer än 50%, och den totala vikten reduceras med cirka 42%, vilket är en mycket uppenbar effekt av viktminskning.
