Súčasný stav použitia titánových zliatin v koľajových tranzitných vozidlách

Železničné vozidlá (Railway Cars, RVs) sú dopravným prostriedkom, ktorý jazdí na železničných tratiach. Vzťahujú sa na vlaky, ktoré využívajú železnice alebo mestské železničné tranzitné linky ako svoje prevádzkové platformy. Skladajú sa z energetických systémov, brzdových systémov, trakčných systémov a iných pomocných systémov. Ide o strojársky technologický produkt so špecifickými funkciami, ktorý zodpovedá potrebám dopravnej výroby a má vplyv na životné prostredie.

Tranzitné železničné vozidlá využívajú elektrickú energiu ako zdroj energie a zahŕňajú najmä lokomotívy, osobné automobily, nákladné autá a koľajové vozne. V súčasnosti má naša krajina najväčšiu železničnú sieť na svete a je jedinou krajinou na svete so štyrmi hlavnými modernými druhmi dopravy: metro, ľahká železnica, vysokorýchlostná železnica a linka určená pre cestujúcich.
V koľajových tranzitných vozidlách sú v súčasnosti najdôležitejšími konštrukčnými materiálmi hliníková zliatina a oceľ. Medzi nimi je hliníková zliatina široko používaná v konštrukčných materiáloch vlakov vďaka svojim výhodám, ako je nízka hmotnosť, vysoká pevnosť a dobrá odolnosť proti korózii; oceľ je široko používaná v konštrukčných materiáloch karosérií automobilov kvôli jej výhodám, ako je vysoká pevnosť a dobrá odolnosť proti korózii.
So zrýchľovaním urbanizácie v našej krajine sa rýchlo rozvinul mestský železničný tranzit, ktorý kládol aj vyššie požiadavky na konštrukčné materiály vozidiel.
Preto materiály, ako sú hliníkové zliatiny a oceľ používané v mestských železničných dopravných prostriedkoch, musia byť navrhnuté do určitej miery s nízkou hmotnosťou. V posledných rokoch sa titánové zliatiny široko používajú v koľajových dopravných prostriedkoch kvôli ich nízkej hustote, vysokej špecifickej pevnosti, odolnosti voči korózii, vysokej teplote a nízkej teplote a ďalším vlastnostiam.
Stav výskumu titánových zliatin v koľajových tranzitných vozidlách
Aplikácia zliatin titánu sa prvýkrát začala v 40. rokoch 20. storočia. Vďaka svojim výhodám, ako je vysoká pevnosť, nízka hmotnosť a odolnosť proti korózii, sa použitie titánových zliatin v koľajových vozidlách sústreďuje najmä na trakčné a brzdové systémy.
V 60. rokoch 20. storočia francúzski vedci používali zliatiny titánu v trakčných systémoch koľajových vozidiel, najmä v CRH2 EMU s nízkym koeficientom trenia, TGV EMU s nízkym trením a vo vozidlách metra TGV s nízkym trením.
Trakčný systém vlaku CRH2 vyvinutý francúzskymi inžiniermi je vyrobený z titánovej zliatiny. Je to prvýkrát na svete, čo bola použitá zliatina titánu.

V 70-tych rokoch nemecké a talianske železničné oddelenia používali zliatiny titánu v brzdových systémoch koľajových vozidiel, najmä v brzdových zariadeniach vlakov, vrátane hlavných bŕzd, brzdových kotúčov a brzdových doštičiek.
Počas procesu brzdenia vlaku môže titánová zliatina absorbovať veľké množstvo tepelnej energie, čím účinne znižuje koeficient trenia medzi kolesami a koľajnicami; zároveň zliatina titánu nebude počas procesu brzdenia produkovať iskry, čím sa zabráni nebezpečenstvu požiaru spôsobenému trením.
Po 80. rokoch 20. storočia si krajiny na celom svete postupne uvedomili výhody a hodnotu zliatin titánu v koľajových tranzitných vozidlách a začali ich aplikovať na železničné tranzitné vozidlá.
Francúzsko, Nemecko, Taliansko, Japonsko a ďalšie krajiny aktívne študujú aplikačnú technológiu a perspektívy vývoja titánových zliatin v koľajových tranzitných vozidlách. Francúzsko začalo s výskumom aplikácie titánových zliatin v koľajových tranzitných vozidlách koncom osemdesiatych rokov minulého storočia.
Japonsko začalo v polovici-1980 rokov vykonávať výskum technológie aplikácie titánových zliatin v koľajových dopravných prostriedkoch. Tokijská univerzita, Univerzita Hokkaido, Univerzita Waseda atď. a spoločnosti vyrábajúce železničné vozidlá spoločne uskutočnili výskum technológie aplikácie titánových zliatin v koľajových vozidlách.
Od polovice{0}} rokov dosiahli krajiny na celom svete väčší pokrok vo výskume technológie aplikácie titánových zliatin v koľajových vozidlách. Spojené štáty, Spojené kráľovstvo, Austrália, Kanada a ďalšie krajiny používajú zliatiny titánu na výrobu brzdových kotúčov a brzdových doštičiek pre vysokorýchlostné vlaky.
Tokijská univerzita v Japonsku vykonala rozsiahly výskum v oblasti materiálov a výrobných procesov brzdových kotúčov pre vysokorýchlostné vlaky. Nemecko začalo s titánovou legovaním brzdových kotúčov pre vysokorýchlostné vlaky začiatkom 90. rokov.
Aplikácia titánových zliatin vo vozidlách vnútroštátnej železničnej dopravy je však stále v plienkach. Ak chceme vo veľkom propagovať používanie titánových zliatin v koľajových dopravných prostriedkoch, je potrebné vyriešiť tieto problémy:
Na zlepšenie účinnosti a kvality aplikácie titánových zliatin v koľajových dopravných prostriedkoch je potrebné predovšetkým vyriešiť problémy, ako sú praskliny, póry a troskové inklúzie, ktoré sa môžu v titánových zliatinách vyskytovať počas procesu zvárania, a formulovať jednotné, štandardizované a vedecké špecifikácie procesu zvárania titánovej zliatiny a testovacie metódy na vedenie a zlepšenie kvality zvárania titánovej zliatiny.
Podľa štrukturálnych charakteristík železničných tranzitných vozidiel a požiadaviek na servisné prostredie je vytvorený zodpovedajúci štandardný systém na usmernenie aplikácie titánových zliatin v železničných tranzitných vozidlách v mojej krajine. Samozrejme, moja krajina stále čelí mnohým výzvam pri aplikácii titánových zliatin v koľajových tranzitných vozidlách.
referencie

Li Feng „Výskum a aplikácia vysokopevnostných a tepelne odolných hliníkových zliatin pre vysokorýchlostné železničné vysokorýchlostné EMU“ Journal of Beijing Jiaotong University, 2009.

Su Yongjun „Pokrok vo výskume aplikácie nových titánových zliatin v koľajových dopravných prostriedkoch“ Národné centrum dohľadu a kontroly kvality vybavenia železničnej dopravy Co., Ltd., 2017.

Liu Lifeng "Metóda ľahkého dizajnu a aplikácia vlakov metra založená na technológii počítačovej simulácie" Journal of Engineering Materials, 2012.

Liu Shihui „Pokrok vo výskume v oblasti dizajnu a technológie výroby vysokopevnostných a tepelne odolných titánových zliatin pre vysokorýchlostné vlaky“ Železničná veda a technika, 2014.

Xie Keqiang „Diskusia o pokroku vo výskume a smerovaní vývoja aplikácií vysokovýkonných materiálov z titánových zliatin a výrobnej technológie“ Journal of Chinese Nonferrous Metals, 2016.