철도교통은 안전하고 편안하며 환경을 보호하고 에너지를 절약하는 녹색교통수단으로서 중국 대중교통의 중요한 부분입니다. 철도 건설 규모는 해마다 확대되고 있으며, 운영 네트워크도 증가하고 있으며, 에너지 소비도 크게 증가하고 있습니다. 견인 에너지 소비는 철도 운송 전체 전력 소비의 약 30%를 차지합니다. 차량 중량을 10% 줄이면 에너지 소비량을 6%~8% 줄일 수 있다.
중국의 철도 건설이 활발히 추진됨에 따라 철도 운송 장비 산업도 14차 5개년 계획 기간 동안 급속한 성장을 이루는 발전 기회 시기에 있습니다. 철도 운송 장비의 개발 요구는 신소재, 신기술 및 신공정 측면에서 더욱 시급하며, 특히 장비의 경량화, 계보, 고속 중량물 및 친환경 지능화 방향에서 더욱 그렇습니다. 티타늄 합금은 저밀도, 높은 비강도, 우수한 용접성 및 우수한 내식성 특성으로 인해 철도 운송 산업의 주목을 받고 있으며 관련 제품의 티타늄 합금화 및 온보드 적용에 대한 타당성 조사를 점차적으로 수행했습니다.
철도차량용 02 티타늄합금 연구현황
2.1 티타늄 합금 보기 프레임
보기(Bogie)는 철도차량의 가장 중요한 구성요소 중 하나로, 철도차량의 주행 품질, 동적 성능 및 주행 안전성과 직접적인 관련이 있습니다. 프레임은 관련 장비 설치에 필요한 사이드 빔, 빔, 서스펜션 시트 등 일반적으로 보기 구성품을 조립하기 위한 캐리어입니다. 티타늄 합금 프레임은 고강도 경량 보기 구조를 구현하고, 스프링 질량과 스프링 질량을 감소시켜 휠과 레일 사이의 힘을 향상시켜 보기 구조의 안전성과 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
티타늄 합금 보기 프레임의 용접에는 티타늄 합금 TA2 및 TA18이 사용됩니다. 기존 프레임의 강도를 충족시키는 것을 기반으로 하기 프레임의 전체 질량은 그림 1과 그림 2에서 볼 수 있듯이 약 40% 정도 감소합니다. 티타늄 합금 프레임의 개발 과정에서 대변형에 대한 기술적 문제가 발생합니다. 티타늄 합금 사이드 빔 구성의 용접 공정에서 일부 용접 조인트가 불활성 가스에 의해 효과적으로 보호되지 못하는 문제가 해결되었습니다. 용접 후 진공 열처리를 통해 용접의 잔류 내부 응력을 제거하고 티타늄 합금 프레임은 기존 설계 지표의 요구 사항을 충족하여 티타늄 합금 프레임의 추가 구조 최적화 및 설계를 위한 기초 데이터를 축적했습니다.
무화과. 1 티타늄합금 프레임의 사이드빔 구성
무화과. 2 티타늄 합금 보기 프레임
2.2 티타늄 합금 브레이크 클램프
브레이크 시스템의 핵심 부품인 브레이크 클램프의 성능과 기능은 브레이크 시스템의 작동 상태와 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 티타늄 합금 브레이크 클램프를 적용하면 스프링 아래와 스프링 사이의 질량을 줄이고 주행 품질을 향상하며 내식성 능력을 향상시킬 수 있습니다. 저온 환경에서는 구조 강도 성능이 더 안정적입니다.
개발된 티타늄 합금 3점 브레이크 클램프는 그림 3과 같다. TC4 티타늄 합금은 행잉, 브레이크 패드 지지대, 행잉 시트, 실린더 헤드, 피스톤 파이프, 실린더 헤드 도관, 요크 및 레버와 같은 주요 하중 구성 요소에 사용되며, 총 무게는 17.6kg 감소했습니다. 티타늄 합금 브레이크 클램프 유닛에 대해 강도 시험, 저압 및 고압 상온 밀봉 시험, 상온 감도 시험, 1차 틈새 조정 시험, 최대 틈새 조정 시험 및 틈새 완화 시험을 각각 수행했습니다. 테스트 결과에 따르면 티타늄 합금 브레이크 클램프 유닛은 기능 요구 사항을 충족하는 동시에 100만 번의 피로 테스트와 충격 진동 테스트를 통과했습니다. -50 도의 저온 환경에서 48시간 후 티타늄 합금 브레이크 클램프 장치의 기능은 정상입니다. 이는 티타늄 합금 브레이크 클램프가 저온 저항이 강하고 저온 환경에 적용하기에 적합함을 나타냅니다. 환경.
무화과. 3 티타늄 합금 3점식 브레이크 클램프 유닛
2.3 티타늄 합금 전환 커플러
트랜지션 커플러는 수리할 기관차의 안전하고 원활한 이송을 위해 서로 다른 두 종류의 커플러를 연결하는 데 사용되는 커플러로, 사용 중인 트랜지션 커플러는 수동으로 싣고 내리는 작업을 자주 수행해야 합니다. UIC660에 따르면 전환 커플러의 단일 중량은 50kg을 초과해서는 안 됩니다. 그러나 기존의 트랜지션 커플러는 구조가 무거워서 물건을 싣고 내릴 때 여러 사람이 동시에 운반해야 하는 문제점이 있었습니다. 취급 중 사고가 발생하면 유지보수 담당자도 부상을 입을 수 있습니다.
경량 티타늄 합금 전환 커플러가 설계되었습니다. 가변밀도법을 기반으로 ANSYSWorkbench의 Shape Optimization 모듈을 사용하여 전이 커플러의 토폴로지를 최적화하고, 토폴로지 최적화 결과에 따라 티타늄 합금 전이 커플러의 경량 구조를 설계했습니다. 경량 티타늄 합금 전환 커플러의 무게는 42.15kg입니다. 기존 E등급 강판 트랜지션 커플러와 비교하면 중량은 58.15kg, 중량 감소율은 최대 57.98%에 이른다.
CRRC의 한 회사는 그림 4와 그림 5와 같이 티타늄 합금 전환 커플러를 개발했습니다. 단일 모듈 후크의 무게는 약 20kg이며 한 사람이 전체 작업 과정을 완료할 수 있습니다. 750kN 인장하중시험과 850kN 압축하중시험에서 그림 6과 같이 커플러 후크가 파손되지 않았다. 하역 후 커플러 본체를 전체적으로 검사 및 점검한 결과, 내부에 뚜렷한 변형 및 손상은 없었다. 티타늄 합금 유형 10 및 유형 13 전환 커플러의 모든 부품. 테스트 결과에 따르면 경량 티타늄 합금 트랜지션 커플러는 경량, 고강도 및 높은 작동 효율을 가지며 현재 트랜지션 커플러 작동의 안전 요구 사항을 충족하며 더욱 경량화할 가능성도 있습니다.
무화과. 4 티타늄 합금 모델 10 커플러
그림 5. 티타늄 합금 모델 13 커플러
무화과. 6 티타늄 합금 10 커플러의 인장 및 압축 시험
티타늄 합금 지하철 전환 커플러의 볼록 원뿔 생산에서 Shenyang Zhongti Equipment Manufacturing Co., Ltd.는 티타늄 플레이트 다이 단조 및 리브바 용접 공정을 채택합니다. 강철 볼록 원뿔의 원래 주조 공정과 비교하여 이 방법은 볼록 원뿔의 성형성, 효율성 및 성능이 우수합니다. 티타늄 합금 다이 단조 볼록 콘이 그림 7에 나와 있습니다.
그림 7. 다이 단조 및 부분 용접된 티타늄 볼록 콘
2.4 당김 막대
중앙 견인 장치는 주로 중앙 견인 핀, 견인 타이로드 어셈블리(양단의 타이로드 및 고무 볼 조인트 조인트 포함) 및 연결 볼트로 구성됩니다. 주요 기능은 차체와 보기 사이의 연결을 실현하고 견인력과 제동력의 전달을 실현하는 것입니다. 견인봉의 구조는 간단하고 성형 공정도 비교적 간단합니다. 티타늄 합금 소재를 대체하면 중량 감소 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 단조 방식을 사용하여 소재 활용률을 향상시킬 수 있어 전체 비용이 크게 개선되지는 않습니다.
CRRC Sifang Co., Ltd.와 China Titanium Equipment Co., Ltd.가 공동 개발한 티타늄 합금 견인봉은 금형 단조 후 부분적으로 가공되어 재료 활용률이 50% 이상에 도달할 수 있으며 전체 중량이 약 42%. 그림 8과 그림 9에서 볼 수 있듯이 체중 감소 효과는 매우 분명합니다.
무화과. 8 견인봉의 단조 금형 모델
무화과. 9 금형 단조 후 풀로드의 금형 상태가 벗어남
티타늄 합금으로 만들어진 견인봉의 크기와 기계적 특성은 사용 요구 사항을 충족합니다. EMU의 안전한 작동을 보장하기 위해서는 보기용 견인 타이로드의 기술 조건에 따른 시험을 통해 해당 하중에 대한 티타늄 합금 견인 타이로드의 정적 강도 및 피로 강도를 검증해야 합니다. 티타늄 합금의 탄성계수는 강철의 절반 정도이므로 티타늄 합금 견인 타이로드의 강성이 보기와 차량의 진동 모드에 미치는 영향과 견인 및 제동 시 차량의 동적 성능에 대한 검증도 필요합니다. .
