Angkutan kereta api adalah jenis transportasi ramah lingkungan yang aman, nyaman, ramah lingkungan dan hemat energi, merupakan bagian penting dari transportasi umum di Tiongkok. Skala pembangunan angkutan kereta api meningkat dari tahun ke tahun, jaringan operasi meningkat, dan konsumsi energi meningkat secara signifikan. Konsumsi energi traksi menyumbang sekitar 30% dari total konsumsi daya pada angkutan kereta api. Jika bobot kendaraan berkurang 10%, konsumsi energi bisa berkurang 6% ~ 8%.
Dengan gencarnya promosi pembangunan angkutan kereta api di Tiongkok, industri peralatan angkutan kereta api juga berada dalam periode peluang pengembangan dengan pertumbuhan pesat selama periode Rencana Lima Tahun ke-14. Kebutuhan pengembangan peralatan angkutan kereta api lebih mendesak dalam hal material baru, teknologi baru dan proses baru, terutama pada peralatan ringan, garis keturunan, beban berat berkecepatan tinggi dan peralatan intelijen ramah lingkungan. Paduan titanium telah menarik perhatian industri angkutan kereta api karena karakteristik kepadatannya yang rendah, kekuatan spesifik yang tinggi, kemampuan las yang baik dan ketahanan korosi yang baik, dan secara bertahap melakukan studi kelayakan paduan titanium pada produk terkait dan aplikasi di dalam pesawat.
Status penelitian paduan titanium 02 pada kendaraan angkutan kereta api
2.1 Rangka bogie paduan titanium
Bogie merupakan salah satu komponen terpenting kendaraan rel, yang berhubungan langsung dengan kualitas berjalan, performa dinamis, dan keselamatan berkendara kendaraan rel. Rangka merupakan pembawa perakitan komponen bogie, umumnya meliputi balok samping, balok, dan dudukan suspensi yang diperlukan untuk pemasangan peralatan terkait. Rangka paduan titanium dapat mewujudkan struktur bogie berkekuatan tinggi dan ringan, mengurangi massa pegas dan massa pegas, dan kemudian meningkatkan gaya antara roda dan rel, serta meningkatkan keselamatan dan keandalan pengoperasian struktur bogie.
Dalam pengelasan rangka bogie paduan titanium, paduan titanium TA2 dan TA18 digunakan. Berdasarkan pemenuhan kekuatan rangka yang ada, massa total rangka bogie berkurang sekitar 40%, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Dalam proses pengembangan rangka paduan titanium, masalah teknis berupa deformasi besar dalam proses pengelasan komposisi balok samping paduan titanium dan ketidakmampuan beberapa sambungan las untuk dilindungi secara efektif oleh gas inert diselesaikan. Setelah pengelasan, tegangan internal sisa pengelasan dihilangkan dengan perlakuan panas vakum, dan rangka paduan titanium memenuhi persyaratan indikator desain yang ada, yang mengumpulkan data dasar untuk optimalisasi struktural lebih lanjut dan desain rangka paduan titanium.
ARA. 1 Komposisi balok samping rangka paduan titanium
ARA. 2 Rangka bogie paduan titanium
2.2 Penjepit rem paduan titanium
Sebagai bagian inti dari sistem pengereman, kinerja dan fungsi penjepit rem secara langsung mempengaruhi kondisi pengoperasian dan kualitas sistem pengereman. Penerapan penjepit rem paduan titanium dapat mengurangi massa di bawah dan di antara pegas, meningkatkan kualitas pengoperasian dan meningkatkan kemampuan ketahanan terhadap korosi; Di bawah lingkungan bersuhu rendah, kinerja kekuatan struktural lebih stabil.
Klem rem tiga titik paduan titanium yang dikembangkan ditunjukkan pada Gambar 3. Paduan titanium TC4 digunakan untuk komponen beban utama seperti gantung, penyangga bantalan rem, kursi gantung, kepala silinder, pipa piston, saluran kepala silinder, kuk dan tuas, dengan total pengurangan berat 17,6kg. Uji kekuatan, uji penyegelan suhu ruangan bertekanan rendah dan bertekanan tinggi, uji sensitivitas suhu ruangan, uji penyetelan jarak bebas primer, uji penyetelan jarak bebas maksimum, dan uji pelepas jarak bebas dilakukan masing-masing untuk unit penjepit rem paduan titanium. Hasil pengujian menunjukkan bahwa unit penjepit rem paduan titanium memenuhi persyaratan fungsional, dan pada saat yang sama, telah lulus 1 juta uji kelelahan dan uji getaran benturan. Di lingkungan suhu rendah -50 derajat, setelah 48 jam, fungsi unit klem rem paduan titanium normal, menunjukkan bahwa klem rem paduan titanium memiliki ketahanan suhu rendah yang kuat dan cocok untuk aplikasi dalam suhu dingin yang tinggi lingkungan.
ARA. 3 unit penjepit rem tiga titik paduan Titanium
2.3 Coupler transisi paduan titanium
Coupler transisi adalah coupler yang digunakan untuk menghubungkan dua jenis coupler yang berbeda, untuk menjamin keselamatan dan kelancaran perpindahan lokomotif kendaraan yang akan diperbaiki, sedangkan coupler transisi yang digunakan memerlukan bongkar muat manual yang sering. Menurut UIC660, berat tunggal penggandeng transisi tidak boleh melebihi 50 kg. Namun, penggandeng transisi yang ada memiliki struktur yang berat, sehingga memerlukan banyak orang untuk membawanya secara bersamaan selama bongkar muat. Jika terjadi kecelakaan selama penanganan, hal itu juga akan menyebabkan cedera pada personel pemeliharaan.
Coupler transisi paduan titanium ringan telah dirancang. Berdasarkan metode kepadatan variabel, modul Optimasi Bentuk di ANSYSWorkbench digunakan untuk mengoptimalkan topologi coupler transisi, dan struktur ringan dari coupler transisi paduan titanium dirancang sesuai dengan hasil optimasi topologi. Coupler transisi paduan titanium ringan memiliki berat 42,15kg. Dibandingkan dengan coupler transisi baja kelas E asli, pengurangan beratnya mencapai 58,15kg, dan rasio pengurangan beratnya mencapai 57,98%.
Sebuah perusahaan CRRC telah mengembangkan coupler transisi paduan titanium, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Sebuah pengait modul tunggal memiliki berat sekitar 20 kg, dan satu orang dapat menyelesaikan seluruh proses pengoperasian. Pada uji beban tarik 750 kN dan uji beban tekan 850 kN, kait coupler tidak putus seperti terlihat pada Gambar 6. Setelah dibongkar, badan coupler diperiksa dan diperiksa secara keseluruhan, dan tidak terlihat adanya deformasi dan kerusakan yang jelas pada bagian tersebut. semua bagian coupler transisi paduan titanium tipe 10 dan tipe 13. Hasil pengujian menunjukkan bahwa coupler transisi paduan titanium ringan memiliki bobot yang ringan, kekuatan tinggi, dan efisiensi pengoperasian yang tinggi, serta memenuhi kebutuhan keselamatan pengoperasian coupler transisi saat ini, dan juga terdapat kelayakan untuk lebih ringan.
ARA. 4 coupler Model 10 paduan titanium
Gambar 5. Coupler Model 13 paduan titanium
ARA. 6 Uji tarik dan kompresi coupler paduan titanium 10
Dalam produksi kerucut cembung dari coupler transisi kereta bawah tanah paduan titanium, Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd. mengadopsi proses penempaan pelat titanium dan pengelasan ribbar. Dibandingkan dengan proses pengecoran asli kerucut cembung baja, metode ini memiliki sifat mampu bentuk yang baik, efisiensi tinggi, dan kinerja kerucut cembung yang baik. Kerucut cembung penempaan paduan titanium ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Kerucut cembung titanium yang ditempa dan dilas sebagian
2.4 Batang tarik
Perangkat traksi pusat terutama terdiri dari pin traksi pusat, rakitan batang pengikat traksi (termasuk batang pengikat dan sambungan sambungan bola karet di kedua ujungnya) dan baut penghubung. Fungsi utamanya adalah mewujudkan hubungan antara bodi mobil dan bogie, serta mewujudkan transmisi gaya traksi dan gaya pengereman. Struktur batang traksi sederhana, dan proses pembentukannya relatif sederhana. Penggantian material paduan titanium tidak hanya mencapai efek pengurangan berat, tetapi juga meningkatkan tingkat pemanfaatan material dengan menggunakan skema die forging, dan biaya keseluruhan tidak akan meningkat secara signifikan.
Batang traksi paduan titanium yang dikembangkan bersama oleh CRRC Sifang Co., Ltd. dan China Titanium Equipment Co., Ltd. sebagian dikerjakan dengan mesin setelah die forging, dan tingkat pemanfaatan material dapat mencapai lebih dari 50%, dan berat keseluruhan berkurang sebesar sekitar 42%. Efek penurunan berat badan sangat jelas terlihat seperti terlihat pada Gambar 8 dan Gambar 9.
ARA. 8 Penempaan model batang traksi mati
ARA. 9 Keluar dari keadaan batang tarik setelah penempaan mati
Ukuran dan sifat mekanik batang traksi yang terbuat dari paduan titanium memenuhi persyaratan penggunaan. Untuk memastikan pengoperasian EMU yang aman, kekuatan statis dan kekuatan lelah batang pengikat traksi paduan titanium di bawah beban yang sesuai harus diverifikasi melalui pengujian sesuai dengan kondisi teknis batang pengikat traksi untuk bogie. Karena modulus elastisitas paduan titanium sekitar setengah dari baja, maka perlu juga untuk memverifikasi pengaruh kekakuan batang pengikat traksi paduan titanium pada mode getaran bogie dan kendaraan serta kinerja dinamis kendaraan selama traksi dan pengereman. .
