اصلاحات جدید ریلی: آلیاژ تیتانیوم آینده سبک وزن حمل و نقل ریلی را روشن می کند

حمل و نقل ریلی نوعی حمل و نقل سبز ایمن، راحت، حفاظت از محیط زیست و صرفه جویی در انرژی است، بخش مهمی از حمل و نقل عمومی در چین است. مقیاس ساخت و ساز ترانزیت ریلی سال به سال در حال گسترش است، شبکه عملیاتی در حال افزایش است و مصرف انرژی به طور قابل توجهی در حال افزایش است. مصرف انرژی کششی حدود 30 درصد از کل برق مصرفی در حمل و نقل ریلی را تشکیل می دهد. اگر وزن خودرو 10% کاهش یابد، مصرف انرژی را می توان 6% تا 8% کاهش داد.

با ارتقای شدید ساخت و ساز ترانزیت ریلی در چین، صنعت تجهیزات حمل و نقل ریلی نیز در دوره برنامه پنج ساله چهاردهم در دوره فرصت توسعه رشد سریع قرار دارد. نیازهای توسعه تجهیزات حمل و نقل ریلی از نظر مواد جدید، فناوری های جدید و فرآیندهای جدید، به ویژه در جهت سبک وزن، تبار، بار سنگین پرسرعت و هوشمندی سبز تجهیزات ضروری تر است. آلیاژ تیتانیوم به دلیل ویژگی های چگالی کم، استحکام ویژه بالا، جوش پذیری خوب و مقاومت در برابر خوردگی خوب، توجه صنعت حمل و نقل ریلی را به خود جلب کرده است و به تدریج امکان سنجی آلیاژ تیتانیوم محصولات مرتبط و کاربرد روی برد را انجام داد.


وضعیت تحقیق آلیاژ تیتانیوم 02 در وسایل نقلیه حمل و نقل ریلی

2.1 قاب بوژی آلیاژ تیتانیوم

بوژی یکی از مهم ترین اجزای وسیله نقلیه ریلی است که ارتباط مستقیمی با کیفیت دویدن، عملکرد پویا و ایمنی رانندگی وسیله نقلیه ریلی دارد. فریم حاملی برای مونتاژ اجزای بوژی است که عموماً شامل تیر کناری، تیر و صندلی تعلیق مورد نیاز برای نصب تجهیزات مرتبط است. قاب آلیاژ تیتانیوم می تواند ساختار بوژی با استحکام بالا و سبک وزن را درک کند، جرم فنر و جرم فنر را کاهش دهد و سپس نیروی بین چرخ و ریل را بهبود بخشد و ایمنی و قابلیت اطمینان عملکرد ساختار بوژی را بهبود بخشد.

در جوشکاری قاب بوژی آلیاژ تیتانیوم از آلیاژهای تیتانیوم TA2 و TA18 استفاده می شود. بر اساس استحکام قاب موجود، جرم کل قاب بوژی حدود 40 درصد کاهش می یابد، همانطور که در شکل 1 و شکل 2 نشان داده شده است. در فرآیند توسعه قاب آلیاژ تیتانیوم، مشکلات فنی تغییر شکل زیاد در فرآیند جوشکاری ترکیب تیرهای جانبی آلیاژ تیتانیوم و عدم توانایی برخی اتصالات جوش داده شده برای محافظت موثر توسط گاز بی اثر حل شد. پس از جوشکاری، تنش داخلی باقیمانده جوشکاری با عملیات حرارتی خلاء حذف شد و قاب آلیاژ تیتانیوم الزامات شاخص‌های طراحی موجود را برآورده کرد، که داده‌های اساسی را برای بهینه‌سازی ساختاری بیشتر و طراحی قاب آلیاژ تیتانیوم جمع‌آوری می‌کرد.

شکل 1 ترکیب تیرهای جانبی قاب آلیاژ تیتانیوم

شکل 2 قاب بوژی آلیاژ تیتانیوم

2.2 گیره ترمز آلیاژ تیتانیوم

به عنوان بخش اصلی سیستم ترمز، عملکرد و عملکرد گیره ترمز به طور مستقیم بر وضعیت عملکرد و کیفیت سیستم ترمز تأثیر می گذارد. استفاده از گیره ترمز آلیاژ تیتانیوم می تواند جرم زیر و بین فنرها را کاهش دهد، کیفیت کار را بهبود بخشد و توانایی مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد. در محیط دمای پایین، عملکرد مقاومت ساختاری پایدارتر است.

گیره ترمز سه نقطه ای آلیاژ تیتانیوم توسعه یافته در شکل 3 نشان داده شده است. آلیاژ تیتانیوم TC4 برای اجزای بار اصلی مانند آویز، پشتیبانی از لنت ترمز، صندلی آویزان، سرسیلندر، لوله پیستون، مجرای سرسیلندر، یوغ و اهرم استفاده می شود. با کاهش وزن کل 17.6 کیلوگرم. تست استحکام، تست آب بندی دمای اتاق فشار کم و فشار بالا، تست حساسیت دمای اتاق، تست تنظیم فاصله اولیه، تست تنظیم حداکثر فاصله و تست تسکین ترخیص به ترتیب برای واحد گیره ترمز آلیاژ تیتانیوم انجام شد. نتایج آزمایش نشان می دهد که واحدهای گیره ترمز آلیاژی تیتانیوم الزامات عملکردی را برآورده می کنند و در عین حال، 1 میلیون تست خستگی و تست لرزش ضربه را پشت سر گذاشته است. در محیط دمای پایین -50 درجه، پس از 48 ساعت، عملکرد واحد گیره ترمز آلیاژ تیتانیوم عادی است، که نشان می دهد گیره ترمز آلیاژ تیتانیوم دارای مقاومت قوی در دمای پایین است و برای استفاده در سرمای زیاد مناسب است. محیط زیست

شکل 3 واحد گیره ترمز سه نقطه ای آلیاژ تیتانیوم

2.3 کوپلر انتقال آلیاژ تیتانیوم

کوپلر انتقال یک کوپلر است که برای اتصال دو نوع مختلف کوپلر استفاده می شود تا از انتقال ایمن و روان لکوموتیو وسایل نقلیه برای تعمیر اطمینان حاصل شود، در حالی که کوپلر انتقالی در حال استفاده نیاز به بارگیری و تخلیه مکرر دستی دارد. طبق UIC660، وزن تک کوپلر انتقال نباید از 50 کیلوگرم تجاوز کند. با این حال، کوپلر انتقال موجود از نظر ساختار سنگین است، که به چندین نفر برای حمل همزمان در هنگام بارگیری و تخلیه نیاز دارد. اگر در حین جابجایی تصادفی رخ دهد، باعث آسیب جانی به پرسنل تعمیر و نگهداری نیز می شود.

یک جفت کننده انتقال آلیاژ تیتانیوم سبک وزن طراحی شد. بر اساس روش چگالی متغیر، ماژول Shape Optimization در ANSYSWorkbench برای بهینه سازی توپولوژی جفت کننده انتقال استفاده شد و ساختار سبک وزن کوپلر انتقال آلیاژ تیتانیوم با توجه به نتایج بهینه سازی توپولوژی طراحی شد. کوپلر انتقالی سبک وزن آلیاژ تیتانیوم 42.15 کیلوگرم وزن داشت. در مقایسه با کوپلر انتقال فولاد درجه E اصلی، کاهش وزن 58.15 کیلوگرم و نسبت کاهش وزن تا 57.98٪ است.

یک شرکت از CRRC یک جفت کننده انتقال آلیاژ تیتانیوم را توسعه داده است، همانطور که در شکل 4 و شکل 5 نشان داده شده است. یک قلاب ماژول تنها حدود 20 کیلوگرم وزن دارد و یک نفر می تواند کل فرآیند عملیات را تکمیل کند. در آزمایش بار کششی 750 کیلونیوتن و بار فشاری 850 کیلونیوتن، قلاب کوپلر مانند شکل 6 شکسته نشد. پس از تخلیه، بدنه کوپلر به طور کلی بررسی و بررسی شد و تغییر شکل و آسیب آشکاری در آن مشاهده نشد. کلیه قطعات آلیاژ تیتانیوم نوع 10 و کوپلر انتقال نوع 13. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که جفت‌کننده انتقال آلیاژ تیتانیوم سبک وزن، استحکام بالا و راندمان عملیاتی بالا دارد و نیازهای ایمنی عملیات جفت انتقال فعلی را برآورده می‌کند و همچنین امکان سبک‌وزن بیشتر وجود دارد.

شکل 4 کوپلر آلیاژ تیتانیوم مدل 10

شکل 5. کوپلر آلیاژ تیتانیوم مدل 13

شکل 6 تست کشش و فشار کوپلر آلیاژ تیتانیوم 10

در تولید مخروط محدب کوپلر انتقال آلیاژ تیتانیوم، شرکت تولیدی تجهیزات شنیانگ ژونگتی، با مسئولیت محدود، فرآیند آهنگری قالب و جوشکاری نوار تیتانیوم را اتخاذ می کند. در مقایسه با فرآیند ریخته گری اصلی مخروط محدب فولادی، این روش شکل پذیری خوب، راندمان بالا و عملکرد خوب مخروط محدب دارد. مخروط محدب آهنگری قالب آلیاژ تیتانیوم در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. مخروط محدب تیتانیوم فورج شده و نیمه جوش داده شده

2.4 میله کش

دستگاه کشش مرکزی عمدتاً از پین کشش مرکزی، مجموعه میله کشش (شامل میله اتصال و اتصالات توپ لاستیکی در هر دو انتها) و پیچ اتصال تشکیل شده است. وظیفه اصلی آن درک ارتباط بین بدنه خودرو و بوژی و درک انتقال نیروی کشش و نیروی ترمز است. ساختار میله کششی ساده است و فرآیند شکل دهی نسبتاً ساده است. جایگزینی مواد آلیاژ تیتانیوم نه تنها اثر کاهش وزن را به دست می‌آورد، بلکه نرخ استفاده از مواد را با استفاده از طرح آهنگری قالب بهبود می‌بخشد و هزینه کلی به میزان زیادی بهبود نمی‌یابد.

میله کششی آلیاژ تیتانیوم که به طور مشترک توسط CRRC Sifang Co., Ltd. و China Titanium Equipment Co., Ltd. ساخته شده است، پس از آهنگری قالب تا حدی ماشینکاری می شود و میزان استفاده از مواد می تواند به بیش از 50٪ برسد و وزن کلی کاهش می یابد. حدود 42 درصد اثر کاهش وزن بسیار واضح است، همانطور که در شکل 8 و شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 8 مدل قالب فورج میله کششی

شکل 9 خارج از حالت قالب کشش میله پس از قالب فورج

اندازه و خواص مکانیکی میله کششی ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم الزامات استفاده را برآورده می کند. به منظور اطمینان از عملکرد ایمن EMU، استحکام استاتیکی و استحکام خستگی میله کششی آلیاژ تیتانیوم تحت بار مربوطه باید از طریق آزمایشات مطابق با شرایط فنی میله کششی برای بوژی تأیید شود. از آنجایی که مدول الاستیک آلیاژ تیتانیوم تقریباً نصف فولاد است، همچنین لازم است تأثیر سفتی میله کششی آلیاژ تیتانیوم بر حالت ارتعاش بوژی و وسیله نقلیه و عملکرد دینامیکی وسیله نقلیه در طول کشش و ترمز بررسی شود. .