El tránsito ferroviario es un transporte verde seguro, cómodo, ecológico y que ahorra energía, es una parte importante del transporte público de China. La escala de la construcción del tránsito ferroviario se está expandiendo año tras año, la red de operaciones está aumentando, el consumo de energía está aumentando drásticamente, el consumo de energía de tracción en el tránsito ferroviario representa aproximadamente el 30% del consumo de energía total, si el peso del vehículo se reduce en un 10%, el consumo de energía puede reducirse en un 6% al 8%.
Con la promoción doméstica de la construcción del tránsito ferroviario, el "14º plan quinquenal" de la industria de equipos de tránsito ferroviario también está en el rápido crecimiento de las oportunidades de desarrollo. Equipos de transporte ferroviario en los nuevos materiales, nuevas tecnologías y nuevas técnicas, especialmente en el equipo ligero, el espectro, la dirección inteligente de alta velocidad y la inteligencia verde, el desarrollo de sus necesidades más urgentes. La aleación de titanio, debido a su baja densidad, alta resistencia específica, buena soldabilidad y buena resistencia a la corrosión, ha sido el foco de la industria del transporte ferroviario, y gradualmente llevó a cabo el estudio de factibilidad de la aleación de titanio de productos relacionados y aplicaciones a bordo.
El 21 de abril de 2022, la investigación y el desarrollo independientes de China del nuevo tren de inspección integrada de alta velocidad Fuxing logró con éxito una velocidad relativa de la cita de 870 km por hora, creando un registro mundial de trenes ferroviarios de alta velocidad con la velocidad de la ciencia y la tecnología de la ciencia y la tecnología de la tecnología científica y la tecnología de la tecnología científica y la tecnología científica y la tecnología científica y la tecnología científica y la tecnología nacional de 14 años. El plan "ha estado en pleno apogeo. Desde CR400 hasta CR450, la velocidad aumenta en 50 km\/h, lo que presenta requisitos más altos sobre la seguridad, la resistencia y el peso ligero de los materiales.
1 características de aleación de titanio
Las aleaciones de titanio y titanio tienen excelentes propiedades mecánicas integrales, en armamento aeroespacial, naval, industria química y construcción marina y otros aspectos de una amplia gama de aplicaciones, conocidas como el "metal del aire", "metal marino", "el surgimiento del tercer metal". El tercer metal ".
Las ventajas de rendimiento de las aleaciones de titanio y titanio son las siguientes.
(1) baja densidad, alta resistencia específica (relación resistencia y densidad). La densidad de la aleación de titanio es de aproximadamente 4,5 g\/cm3, y la resistencia específica se encuentra en el primer metal. La mayor resistencia específica significa que cuando se cumple la resistencia estructural correspondiente, el más ligero se requiere la masa del material, lo que permite que el diseño estructural sea más compacto y el peso de la estructura se reduzca significativamente, mejorando así la seguridad del equipo.
2) Buena soldabilidad. La aleación de titanio es adecuada para la soldadura de TIG, la soldadura con láser y la soldadura del haz de electrones y otros métodos de soldadura, la resistencia de la soldadura puede alcanzar más del 90% de la resistencia del sustrato, como los defectos de soldadura, puede repararse mediante soldadura secundaria.
3) buena resistencia a la corrosión. La superficie de aleación de titanio y titanio es fácil de formar una película de óxido y no es corrosiva, y la membrana se rompe después de la capacidad de curación. Trabajando en la atmósfera húmeda y los medios de agua de mar, su resistencia a la corrosión es mucho mejor que el acero inoxidable. Por lo tanto, el uso de aleación de titanio puede protegerse sin recubrimiento.
(4) Excelente resistencia a la fatiga. Aeronave de reconocimiento estratégico de EE. UU. Sr -7 L utilizando la estructura de aleación de titanio del fuselaje, altitud de vuelo de 30, 000 m, la velocidad máxima de 3.5 veces la velocidad del sonido, comenzó en 1966, a la decomisión permanente de 1998 del avión avariario en el servicio dentro de 32 años sin daños.
(5) Buena compatibilidad con materiales compuestos, utilizados preferentemente como piezas preestimadas por fibra de carbono. Con el desarrollo de la industria de la aviación, debido a la alta fuerza específica de la aleación de titanio, la resistencia a la corrosión, mientras que los compuestos reforzados con fibra de carbono (CFRP) tienen una pequeña gravedad específica, buena rigidez y resistencia, etc., por lo que estos 2 materiales se han utilizado ampliamente en la industria de la aviación. Con la gran cantidad de aplicaciones de materiales compuestos en la industria de la aviación, la cantidad de aleación de titanio también está aumentando gradualmente. En comparación con otros metales, las aleaciones de titanio son más compatibles con los compuestos y han reemplazado gradualmente las aleaciones de acero y aluminio en algunas partes de la aeronave.
Con el creciente requisito de peso ligero de los vehículos ferroviarios, la aplicación de compuestos de fibra de carbono en equipos de transporte ferroviario está aumentando gradualmente, como el cuerpo del automóvil, el marco de bogie, la habitación del conductor y el compartimento del equipo, etc. están utilizando compuestos de fibra de carbono para la producción de prueba. Los materiales comúnmente utilizados para piezas previamente horneadas son la aleación de aluminio, la aleación de titanio y la aleación de hierro-níquel. Teniendo en cuenta la resistencia, el peso ligero, la estabilidad térmica y la corrosión electroquímica causada por la diferencia de potencial con la fibra de carbono de las piezas estructurales metálicas prevenidas, se debe preferir la aleación de titanio como las partes prevenidas.
2 aleación de titanio en vehículos de tránsito ferroviario en el estado actual de la investigación
2.1 marco de bogie de aleación de titanio
Bogie es uno de los componentes más importantes de los vehículos ferroviarios, que se da cuenta de la función de caminar por vehículos ferroviarios, que está directamente relacionado con la calidad de la operación del vehículo, el rendimiento de energía y la seguridad de la conducción. El marco de bogie es el portador para el ensamblaje de piezas de bogie, que generalmente incluye vigas laterales, vigas transversales y soportes de suspensión necesarios para la instalación de equipos relacionados, etc. El uso del marco de bogie de aleación de titanio puede realizar la función de los viajes de ferrocarriles. El uso del marco de aleación de titanio puede realizar una estructura de bogie de alta resistencia y liviana, reducir la masa no hundida y la masa entre primavera, y luego mejorar la fuerza entre las ruedas y los rieles, y mejorar la seguridad y la confiabilidad operativa de la estructura del bogie.
En una soldadura de marco de bogie de aleación de titanio, el uso de las aleaciones de titanio TA2 y TA18, para cumplir con la resistencia del marco existente sobre la base de su masa total reducida en aproximadamente el 40%, como se muestra en la Figura 1, Figura 2. En el proceso de desarrollo de la aleación de titanio, el proceso de la aleación, los problemas técnicos de la gran deformación en el proceso de soldadura de los beamos de la aleación de titanium y la inactividad de las áreas de la aleación de la aleación de las áreas de la aleación de las áreas de la aleación de las personas de la protección de las personas de las juntas de la efectividad de las juntas de las regulaciones de las regulaciones de las personas de las regulaciones de la energía. El estrés interno residual de la soldadura se eliminó mediante el tratamiento térmico de vacío después de la soldadura, de modo que el marco de aleación de titanio cumple con los requisitos de los índices de diseño existentes, y los datos básicos para la optimización estructural y el diseño de los marcos de aleación de titanio posteriores se han acumulado.
2.2 Cuesta de freno de titanio
Como componente central del sistema de frenado, el rendimiento y la función de la pinza de freno afectan directamente el estado de operación y la calidad del sistema de frenado. La aplicación de la calibre de freno de aleación de titanio puede reducir la masa de primavera e entre primavera, mejorar la calidad de la operación y aumentar la resistencia al óxido y la corrosión; El rendimiento de la resistencia estructural es más estable en un entorno de baja temperatura.
La abrazadera de freno de tres puntos de aleación de titanio desarrollado se muestra en la Figura 3. Las piezas cargadas principales, como colgar, soporte para la puerta, asiento colgante, cabeza de cilindro, tubo de pistón, conducto de cabeza del cilindro, yugo y palanca están hechas de aleación de titanio TC4, con una reducción total de peso de 17.6 kg. La unidad de abrazadera de freno de aleación de titanio se sometió a la prueba de resistencia, prueba de sellado de temperatura ambiente de baja presión y alta presión, prueba de sensibilidad de temperatura ambiente, prueba de monto de ajuste de aclaramiento primario, prueba de ajuste máximo de ajuste de eliminación y prueba de eliminación de alivio, respectivamente. Los resultados de la prueba muestran que la unidad de abrazadera de freno de aleación de titanio cumple con los requisitos del índice funcional y, al mismo tiempo, pasa la prueba de fatiga 1 millón de veces y la prueba de vibración de choque. En el entorno -50} de baja temperatura, después de mantener 48 h, la unidad de abrazadera de freno de aleación de titanio, todas las funciones son normales, lo que indica que la abrazadera de freno de aleación de titanio tiene una fuerte resistencia a la temperatura y es adecuada para la aplicación en el entorno alpino.
2.3 gancho de transición de aleación de titanio
El gancho de transición es un tipo de gancho utilizado para conectar dos tipos diferentes de ganchos, para garantizar que la locomotora de derivación transfiera de manera segura y suave los vehículos para que se revisen, y al mismo tiempo, el gancho de transición debe cargarse y descargar con frecuencia manualmente cuando está en uso. Según UIC660, el peso único del gancho de transición no puede exceder los 50 kg, sin embargo, la estructura del gancho de transición existente es voluminosa y pesada, debe ser manejado por muchas personas al mismo tiempo durante la carga y la descarga, y también causará lesiones personales al personal de mantenimiento si se cae durante el manejo, por lo tanto, bajo la premisa de garantizar la seguridad de la transición, es muy necesario, es muy necesario, es necesario que sea necesario para llevar la transferencia de la transferencia.
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 El gancho de transición de aleación de titanio liviano pesa 42.15 kg, que es 57.98% menos que el gancho original de transición de acero de grado E.
Una compañía en China Railway ha desarrollado un gancho de transición de aleación de titanio, como se muestra en las Figuras 4 y 5. El peso de un solo gancho de módulo es de aproximadamente 20 kg, y todo el proceso de operación puede ser completado por una persona. Durante la prueba de carga de la tracción de 750 kN y la prueba de carga de compresión de 850 kN, el cuerpo del gancho no se fracturó, como se muestra en la Figura 6. Después de descargar, el cuerpo del gancho se probó e inspeccionó como un todo, y no hubo deformación o daño obvio en todas las partes de la aleación de titanio 10-} tipo y {{7} de los ganchos de transición de tipo. Los resultados de la prueba muestran que el gancho de transición de aleación de titanio liviano tiene un peso ligero, de alta resistencia y alta en eficiencia operativa, y satisface las necesidades de seguridad de la operación actual del gancho de transición, mientras que también existe la viabilidad de un mayor peso ligero.
En la producción del cono de transición de la aleación de aleación de titanio, Shenyang Zhongtian Equipment Manufacturing Co., Ltd. Adopta el proceso de forja de died de placa de titanio y el proceso de moldeo por soldadura de placas de costillas. En comparación con el proceso de fundición del cono convexo de acero original, este método tiene un buen moldeo, alta eficiencia y buen rendimiento del cono, que ha sido verificado por las pruebas para poder satisfacer las necesidades de uso.
2.4 barra de tracción
El dispositivo de tracción central consiste principalmente en el pasador de tracción central, el conjunto de la barra de tracción (incluida la varilla y sus dos extremos de los nodos de la junta de la bola de goma) y los pernos de conexión y otros componentes. Su función principal es realizar la conexión entre el cuerpo del vehículo y el bogie, y realizar la transmisión de la tracción y la fuerza de frenado. La estructura de la varilla de enlace es simple, el proceso de moldeo es relativamente simple, el uso de material de aleación de titanio para reemplazar no solo para lograr el efecto de la reducción de peso, mientras que el uso del programa de moldeo por fugación de troqueles también puede mejorar la tasa de utilización del material, el costo general no tendrá un mayor aumento.
Las varillas de tracción de tracción de aleación de titanio desarrolladas conjuntamente por Sifang y Titanium Equipment of China Railway Corporation se mecanizan parcialmente después de adoptar el moldeo por falsificación de troqueles, y la tasa de utilización del material puede alcanzar más del 50%, y el peso general se reduce en aproximadamente un 42%, lo cual es un efecto muy obvio de la reducción de peso.
