Tranzyt kolejowy to rodzaj bezpiecznego, wygodnego, chroniącego środowisko i energooszczędnego ekologicznego transportu, jest ważną częścią transportu publicznego w Chinach. Z roku na rok zwiększa się skala budowy kolei, zwiększa się sieć eksploatacyjna i znacząco wzrasta zużycie energii. Zużycie energii trakcyjnej stanowi około 30% całkowitego zużycia energii w transporcie kolejowym. Jeśli masa pojazdu zostanie zmniejszona o 10%, zużycie energii można zmniejszyć o 6% ~ 8%.
Wraz z energiczną promocją budowy transportu kolejowego w Chinach, branża wyposażenia transportu kolejowego znajduje się również w okresie szybkiego wzrostu w okresie objętym 14. planem pięcioletnim. Potrzeby rozwojowe sprzętu transportu kolejowego są pilniejsze w zakresie nowych materiałów, nowych technologii i nowych procesów, szczególnie w kierunku lekkich, liniowych, dużych prędkości ciężkich ładunków i zielonej inteligencji sprzętu. Stop tytanu przyciągnął uwagę branży transportu kolejowego ze względu na jego właściwości: niską gęstość, wysoką wytrzymałość właściwą, dobrą spawalność i dobrą odporność na korozję, a także stopniowo przeprowadził studium wykonalności tworzenia stopu tytanu w powiązanych produktach i zastosowaniu na pokładzie.
Stan badań stopu tytanu 02 w pojazdach transportu szynowego
2.1 Rama wózka ze stopu tytanu
Wózek jest jednym z najważniejszych elementów pojazdu szynowego, który ma bezpośredni związek z jakością jazdy, osiągami dynamicznymi i bezpieczeństwem jazdy pojazdu szynowego. Rama jest nośnikiem do montażu elementów wózka, zazwyczaj obejmujących belkę boczną, belkę i siedzisko zawieszenia wymagane do montażu powiązanego wyposażenia. Rama ze stopu tytanu może zapewnić wysoką wytrzymałość i lekką konstrukcję wózka, zmniejszyć masę sprężyny i masę sprężyny, a następnie poprawić siłę między kołem a szyną oraz poprawić bezpieczeństwo i niezawodność działania konstrukcji wózka.
Do spawania ramy wózka ze stopu tytanu stosuje się stopy tytanu TA2 i TA18. Na podstawie wytrzymałości istniejącej ramy całkowita masa ramy wózka jest zmniejszona o około 40%, jak pokazano na rys. 1 i rys. 2. W procesie opracowywania ramy ze stopu tytanu problemy techniczne związane z dużymi odkształceniami w procesie spawania belek bocznych ze stopu tytanu rozwiązano problem braku możliwości skutecznej ochrony niektórych połączeń spawanych gazem obojętnym. Po spawaniu resztkowe naprężenia wewnętrzne spawania zostały wyeliminowane poprzez próżniową obróbkę cieplną, a rama ze stopu tytanu spełniła wymagania istniejących wskaźników projektowych, w których zgromadzono podstawowe dane do dalszej optymalizacji strukturalnej i projektowania ramy ze stopu tytanu.
FIGA. 1 Skład belek bocznych ramy ze stopu tytanu
FIGA. 2 Rama wózka ze stopu tytanu
2.2 Zacisk hamulca ze stopu tytanu
Jako podstawowa część układu hamulcowego, wydajność i funkcja zacisku hamulcowego bezpośrednio wpływają na stan pracy i jakość układu hamulcowego. Zastosowanie zacisku hamulcowego ze stopu tytanu może zmniejszyć masę pod i pomiędzy sprężynami, poprawić jakość pracy i poprawić odporność na korozję; W środowisku o niskiej temperaturze wytrzymałość strukturalna jest bardziej stabilna.
Opracowany trzypunktowy zacisk hamulcowy ze stopu tytanu pokazano na rysunku 3. Stop tytanu TC4 jest stosowany na główne elementy obciążające, takie jak zawieszenie, wspornik klocka hamulcowego, wiszące gniazdo, głowica cylindrów, rura tłokowa, przewód głowicy cylindrów, jarzmo i dźwignia, przy całkowitej redukcji masy o 17,6 kg. Dla zespołu zacisku hamulca ze stopu tytanu przeprowadzono odpowiednio badanie wytrzymałości, badanie szczelności w temperaturze pokojowej pod niskim i wysokim ciśnieniem, badanie wrażliwości na temperaturę pokojową, badanie regulacji luzu pierwotnego, badanie regulacji maksymalnego luzu i badanie zwolnienia luzu. Wyniki testów pokazują, że zespoły zacisków hamulcowych ze stopu tytanu spełniają wymagania funkcjonalne, a jednocześnie przeszły 1 milion testów zmęczeniowych i testów wibracji uderzeniowych. W środowisku o niskiej temperaturze -50 stopnia po 48 godzinach funkcje zacisku hamulca ze stopu tytanu działają normalnie, co wskazuje, że zacisk hamulca ze stopu tytanu ma dużą odporność na niskie temperatury i nadaje się do stosowania w bardzo niskich temperaturach środowisko.
FIGA. 3 Trzypunktowy zacisk hamulca ze stopu tytanu
2.3 Łącznik przejściowy ze stopu tytanu
Sprzęg przejściowy to sprzęg służący do łączenia dwóch różnych typów sprzęgów, w celu zapewnienia bezpiecznego i płynnego przekazania lokomotywy do naprawy pojazdów, natomiast sprzęg przejściowy w użytkowaniu wymaga częstego, ręcznego załadunku i rozładunku. Według UIC660 masa jednostkowa łącznika przejściowego nie powinna przekraczać 50 kg. Jednakże istniejący łącznik przejściowy ma ciężką konstrukcję, co wymaga jednoczesnego przenoszenia wielu osób podczas załadunku i rozładunku. Jeśli podczas obsługi dojdzie do wypadku, spowoduje to również obrażenia ciała personelu konserwacyjnego.
Zaprojektowano lekki łącznik przejściowy ze stopu tytanu. W oparciu o metodę zmiennej gęstości wykorzystano moduł Shape Optimization w programie ANSYSWorkbench w celu optymalizacji topologii łącznika przejściowego, a na podstawie wyników optymalizacji topologii zaprojektowano lekką konstrukcję łącznika przejściowego ze stopu tytanu. Lekki łącznik przejściowy ze stopu tytanu ważył 42,15 kg. W porównaniu z oryginalnym łącznikiem przejściowym ze stali klasy E, redukcja masy wynosi 58,15 kg, a współczynnik redukcji masy wynosi do 57,98%.
Firma CRRC opracowała łącznik przejściowy ze stopu tytanu, jak pokazano na rysunkach 4 i 5. Hak pojedynczego modułu waży około 20 kg, a cały proces operacji może wykonać jedna osoba. W próbie obciążenia rozciągającego 750 kN i ściskającego 850 kN hak łącznika nie uległ pęknięciu, co pokazano na rys. 6. Po rozładunku korpus łącznika został poddany oględzinom i sprawdzeniu w całości i nie stwierdził żadnych wyraźnych odkształceń i uszkodzeń w wszystkie części łącznika przejściowego ze stopu tytanu typu 10 i typu 13. Wyniki testów pokazują, że lekki łącznik przejściowy ze stopu tytanu jest lekki, ma wysoką wytrzymałość i wysoką wydajność działania oraz spełnia wymagania bezpieczeństwa związane z bieżącym działaniem łącznika przejściowego, a także istnieje możliwość dalszego zmniejszenia jego masy.
FIGA. 4 Łącznik Model 10 ze stopu tytanu
Rysunek 5. Łącznik Model 13 ze stopu tytanu
FIGA. 6 Próba rozciągania i ściskania łącznika ze stopu tytanu 10
W produkcji łączników przejściowych metra ze stopu tytanu ze stożkiem wypukłym firma Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. przyjmuje proces kucia matrycowego płyty tytanowej i spawania żeber. W porównaniu z oryginalnym procesem odlewania stalowego stożka wypukłego, metoda ta charakteryzuje się dobrą odkształcalnością, wysoką wydajnością i dobrą wydajnością wypukłego stożka. Wypukły stożek odkuwany matrycowo ze stopu tytanu pokazano na rysunku 7.
Rysunek 7. Kuty matrycowo i częściowo spawany wypukły stożek z tytanu
2.4 Cięgno
Centralne urządzenie trakcyjne składa się głównie z centralnego sworznia trakcyjnego, zespołu drążka kierowniczego (w tym drążka kierowniczego i gumowych przegubów kulowych na obu końcach) oraz śruby łączącej. Jego główną funkcją jest realizacja połączenia między nadwoziem samochodu a wózkiem oraz realizacja przeniesienia siły trakcyjnej i siły hamowania. Struktura drążka trakcyjnego jest prosta, a proces formowania jest stosunkowo prosty. Zastąpienie materiału ze stopu tytanu nie tylko pozwala uzyskać efekt zmniejszenia masy, ale także poprawia stopień wykorzystania materiału dzięki zastosowaniu schematu kucia matrycowego, a całkowity koszt nie ulegnie znacznej poprawie.
Pręt trakcyjny ze stopu tytanu opracowany wspólnie przez CRRC Sifang Co., Ltd. i China Titanium Equipment Co., Ltd. jest częściowo poddawany obróbce mechanicznej po kuciu matrycowym, a stopień wykorzystania materiału może osiągnąć ponad 50%, a całkowita waga jest zmniejszona o około 42%. Efekt redukcji masy jest bardzo oczywisty, jak pokazano na rysunkach 8 i 9.
FIGA. 8 Model matrycy do kucia drążka trakcyjnego
FIGA. 9 Stan cięgna poza stanem matrycy po kuciu matrycowym
Rozmiary i właściwości mechaniczne drążka trakcyjnego wykonanego ze stopu tytanu odpowiadają wymaganiom użytkowym. W celu zapewnienia bezpiecznej pracy EZT należy sprawdzić wytrzymałość statyczną i zmęczeniową drążka trakcyjnego ze stopu tytanu pod odpowiednim obciążeniem poprzez badania zgodnie z warunkami technicznymi drążka trakcyjnego wózka. Ponieważ moduł sprężystości stopu tytanu jest o połowę mniejszy niż stali, konieczne jest również sprawdzenie wpływu sztywności drążka trakcyjnego ze stopu tytanu na drgania wózka i pojazdu oraz właściwości dynamiczne pojazdu podczas trakcji i hamowania .
