철도 대중 교통은 안전하고 편안하며 환경 친화적이며 에너지를 절약하는 녹색 교통으로 중국 대중 교통의 중요한 부분입니다. 철도 교통 건설 규모는 해마다 확장되고 있으며, 운영 네트워크가 증가하고 있으며, 에너지 소비가 급격히 증가하고 있으며, 철도 교통의 견인 에너지 소비는 총 전력 소비의 약 30%를 차지합니다. 차량 중량이 10% 감소하면 에너지 소비는 6%에서 8% 감소 할 수 있습니다.
국내가 철도 교통 건설을 강력하게 홍보함으로써 철도 교통 장비 산업의 "14 차 5 년 계획"기간도 개발 기회의 급속한 성장에 있습니다. 새로운 재료, 신기술 및 새로운 기술, 특히 가벼운 장비, 스펙트럼, 고속 무거운 과거 및 녹색 지능형 방향,보다 시급한 요구의 개발. 티타늄 합금은 밀도가 낮고, 고유 한 강도, 우수한 용접 성 및 우수한 부식성으로 인해, 철도 운송 산업의 초점이되었으며, 관련 제품 및 온보드 응용 분야의 티타늄 합금에 대한 타당성 조사를 점차 수행했습니다.
2022 년 4 월 21 일, 새로운 Fuxing High-Speed Integrated Inspection Train의 중국의 독립적 인 연구 및 개발은 시간당 870km의 상대적 랑데부 속도를 성공적으로 달성하여 Bright-Line Rendezvous 속도를 가진 고속철도 열차의 세계 기록을 만들었습니다. 계획 "은 본격적으로 진행되었습니다. CR400에서 CR450으로, 속도는 50km\/h로 증가하여 재료의 안전, 강도 및 경량에 대한 높은 요구 사항을 제공합니다.
1 티타늄 합금 특성
티타늄 및 티타늄 합금은 항공 우주, 해군 무기, 화학 산업 및 해양 건축 및 "공기의 금속", "해양 금속", "제 3 금속의 상승"으로 알려진 광범위한 응용 분야의 다른 측면에서 우수한 포괄적 인 기계적 특성을 가지고 있습니다. 세 번째 금속 ".
티타늄 및 티타늄 합금의 성능 장점은 다음과 같습니다.
(1) 저밀도, 높은 특이 적 강도 (강도 및 밀도 비율). 티타늄 합금의 밀도는 약 4.5 g\/cm3이며, 특정 강도는 첫 번째 금속에 위치합니다. 특정 강도가 높을수록 해당 구조적 강도가 충족 될 때, 재료의 질량이 가벼워서 구조 설계가 더 작아지고 구조물의 무게가 상당히 줄어들어 장비의 안전성이 향상됨을 의미합니다.
2) 좋은 용접성. 티타늄 합금은 TIG 용접, 레이저 용접 및 전자 빔 용접 및 기타 용접 방법에 적합하며, 용접의 강도는 용접 결함과 같은 기판 강도의 90% 이상에 도달 할 수 있습니다.
3) 좋은 부식 저항. 티타늄 및 티타늄 합금 표면은 산화물 필름을 쉽게 형성하기 쉽고 부식성이 아니며, 치유 능력 후에 막이 끊어집니다. 습한 대기와 해수 매체에서 일하는이 부식성은 스테인레스 스틸보다 훨씬 낫습니다. 따라서, 티타늄 합금의 사용은 코팅없이 보호 될 수있다.
(4) 우수한 피로 저항. 미국 전략적 정찰 항공기 Sr -7 l 기체의 티타늄 합금 구조, 비행 고도 30, 000 m, 사운드 속도의 최대 속도는 1966 년에 32 년 이내에 공기 프레임을 영구적으로 해체 할 수 없었습니다.
(5) 탄소 섬유 배열 부품으로 우선적으로 사용되는 복합 재료와 우수한 호환성. 항공 산업의 발전으로, 티타늄 합금의 높은 특이 적 강도, 부식 저항성, CFRP (Carbon Fiber Ilforced Composites)는 작은 중력, 우수한 강도 및 강도 등을 가지 므로이 2 가지 재료는 항공 산업에서 널리 사용되었습니다. 항공 산업에서 복합 재료의 많은 적용으로 티타늄 합금의 양도 점차 증가하고 있습니다. 다른 금속과 비교할 때 티타늄 합금은 복합재와 더 호환되며 항공기의 일부 지역에서 강철 및 알루미늄 합금을 점차적으로 교체했습니다.
철도 차량의 경량 요구 사항이 증가함에 따라, 철도 운송 장비에 탄소 섬유 복합재의 적용이 차체, 가짜 프레임, 운전실 및 장비 구획 등과 같이 점차적으로 증가하고 있습니다. 사전 매장 된 부품에 일반적으로 사용되는 재료는 알루미늄 합금, 티타늄 합금 및 철-니켈 합금입니다. 사전 매장 된 금속 구조 부품의 탄소 섬유와의 전위차로 인한 강도, 경량, 열 안정성 및 전기 화학적 부식을 고려할 때, 티타늄 합금은 사전 매장 된 부품으로 선호되어야합니다.
현재 연구 상태의 철도 대중 교통 차량의 티타늄 합금
2.1 티타늄 합금 보시 프레임
Bogie는 철도 차량의 가장 중요한 구성 요소 중 하나이며, 차량 운영 품질, 전력 성능 및 운전 안전의 품질과 직접 관련이있는 철도 차량 보행 기능을 실현합니다. Bogie Frame은 일반적으로 관련 장비 설치에 필요한 측면 빔, 크로스 빔 및 서스펜션 마운트를 포함하여 Bogie 부품의 조립 캐리어입니다. Titanium Alloy Bogie 프레임의 사용은 Railcar Traveling의 기능을 실현할 수 있습니다. 티타늄 합금 프레임을 사용하면 고강도의 가벼운 가슴 구조를 실현하고, 스프링 질량과 스프링 간 질량을 줄이고, 휠과 레일 사이의 힘을 향상시키고, Bogie 구조의 안전성 및 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
티타늄 합금 보시 프레임 용접에서, 티타늄 합금 TA2 및 TA18의 사용은 그림 1, 그림 2에서 볼 수 있듯이 전체 질량을 기준으로 약 40%감소한 기존 프레임 강도를 충족시키기 위해 티타늄 합금 프레임의 개발 과정에서 티타늄 합금 측면에서의 기술적 과정의 기술적 과정의 기술 과정의 기술적 과정에 대한 기술적 과정의 기술적 과정의 기술적 과정의 기술적 과정의 기술 과정에서 기술적 인 과정의 기술 과정의 기술적 과정에서 기술적 인 과정의 기술적 과정은 적용된다. 용접 후 진공 열처리에 의해 용접의 잔류 내부 응력을 제거하여 티타늄 합금 프레임이 기존 설계 지수의 요구 사항을 충족시키고 후속 티타늄 합금 프레임의 추가 구조적 최적화 및 설계에 대한 기본 데이터가 축적되었습니다.
2.2 티타늄 브레이크 클램프
제동 시스템의 핵심 구성 요소로서 브레이크 캘리퍼의 성능과 기능은 제동 시스템의 작동 상태 및 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 티타늄 합금 브레이크 캘리퍼의 적용은 언더 스프링 및 스프링 덩어리를 줄이고, 작동 품질을 향상 시키며, 녹과 부식 저항을 증가시킬 수 있습니다. 저온 환경에서는 구조적 강도 성능이 더 안정적입니다.
개발 된 티타늄 합금 3 점 브레이크 클램프는 그림 3에 나와 있습니다. 매달린, 게이트 피스 지지대, 교수형 시트, 실린더 헤드, 피스톤 튜브, 실린더 헤드 도관, 요크 및 레버와 같은 주요로드 된 부품은 17.6 kg의 총 중량 감소로 TC4 티타늄 합금으로 만들어집니다. 티타늄 합금 브레이크 클램프 장치는 강도 테스트, 저압 및 고압 주변 온도 밀봉 시험, 주변 온도 민감도 테스트, 1 차 클리어런스 조정량 테스트, 최대 클리어런스 조정량 테스트 및 릴리프 클리어런스 테스트를 받았다. 테스트 결과에 따르면 티타늄 합금 브레이크 클램프 장치가 기능 지수 요구 사항을 충족하고 동시에 1 백만 배의 피로 테스트 및 충격 진동 테스트를 통과합니다. -50 정도의 저온 환경에서, 48 시간을 유지 한 후, 티타늄 합금 브레이크 클램프 장치는 모든 기능이 정상이며, 이는 티타늄 합금 브레이크 클램프가 저온 저항이 강하고 고산 환경에 적용하기에 적합하다는 것을 나타냅니다.
2.3 티타늄 합금 전이 후크
전환 후크는 두 가지 다른 유형의 후크를 연결하는 데 사용되는 일종의 후크이며, 분로의 기관차를 안전하고 매끄럽게 정비 할 차량을 정비 할 수 있도록하는 동시에, 전환 후크는 사용 중일 수동으로 수동으로 자주 적재하고 언로드해야합니다. UIC660에 따르면, 전이 후크의 단일 중량은 50kg을 초과 할 수 없지만, 기존 전환 후크 구조는 부피가 크고 무겁고, 적재 및 하역 중에 많은 사람들이 동시에 처리해야하므로, 손잡이가 나오면 훅이 끊어 질 경우, 손잡이가 끊어지면 유지 보수 직원에게 개인 부상을 유발할 것입니다. 후크.
토폴로지 최적화의 형상 최적화 모듈에서 ANSYSWorkBench를 사용하여 가변 밀도 벤치를 사용하는 가변 밀도 전이 후크를 설계합니다. 토폴로지 최적화의 형상 최적화 모듈에서 토폴로지 최적화 후크의 경량 구조 설계를위한 티타늄 합금 전이 후크의 결과에 따르면, 가벼운 타이타늄 전이 후크는 원래의 전 Transition과 비교하여 가벼운 티타늄 전이 후크의 무게가 42.15 kg 무게가 무게가 높습니다. 결과적으로 가벼운 티타늄 합금 전이 후크의 무게는 42.15kg이며, 이는 원래 전자 등급 강철 전환 후크보다 57.98% 낮습니다.
중국 철도의 한 회사는 그림 4 및 5와 같이 티타늄 합금 전환 후크를 개발했습니다. 단일 모듈 후크의 무게는 약 20kg이며 전체 작동 프로세스는 한 사람이 완료 할 수 있습니다. 750 kN 인장 하중 테스트 및 850 kN 압축 부하 테스트 동안, 후크 본체는 그림 6과 같이 골절되지 않았다. 언로드 후, 후크 본체는 전체적으로 테스트되고 검사되었으며, 티타늄 합금의 모든 부분에 대한 명백한 변형 또는 손상이 없었다. 시험 결과는 경량 티타늄 합금 전이 후크가 무게가 가벼우 며 강도가 높고 작동 효율이 높으며 현재 전환 후크 작동의 안전 요구를 충족시키는 반면, 추가 가벼운의 가능성도 있음을 보여준다.
티타늄 합금 지하철 전이 콘의 생산에서, Shenyang Zhongtian Equipment Manufacturing Co., Ltd.는 티타늄 판 다이 단조 및 리브 플레이트 용접 성형 공정을 채택합니다. 원래 강철 볼록 원뿔의 주조 과정과 비교하여,이 방법은 우수한 성형, 고효율 및 우수한 원뿔 성능을 가지고 있으며, 이는 사용의 요구를 충족시킬 수있는 테스트에 의해 검증되었습니다.
2.4 트랙션로드
중앙 트랙션 장치는 주로 중앙 트랙션 핀, 트랙션로드 어셈블리 (로드 및 고무 볼 조인트 노드의 두 끝 포함) 및 연결 볼트 및 기타 구성 요소로 구성됩니다. 그것의 주요 기능은 차체와 가짜 사이의 연결을 실현하고 견인력과 제동력의 전염을 실현하는 것입니다. 타이로드 구조는 간단하고 성형 공정은 비교적 간단합니다. 무게 감소의 영향을 달성하기 위해 티타늄 합금 재료를 사용하는 반면, 다이 단조 성형 프로그램의 사용은 재료의 활용률을 향상시킬 수 있으며, 전체 비용이 더 크게 증가하지 않을 것입니다.
중국 철도 회사의 Sifang 및 Titanium 장비에 의해 공동으로 개발 된 티타늄 합금 트랙션 타이로드는 다이 단조 성형을 채택한 후 부분적으로 가공되며, 재료 활용률은 50%이상에 도달 할 수 있으며 전체 무게는 약 42%감소하여 무게 감소의 매우 명백한 영향입니다.
