铁道材料工程技术的进展

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1、铁道材料工程技术的进展摘要:下个世纪铁路将蓬勃发展,高速铁路和重载运输是发展的特征.表文论述1与高速铁路及重载运输有关的材料I程技术问题,并探讨721世纪铁路应用高新材料技术的前蒂.关键词:材料I程高速铁路重载运输,?:——一一1,,c的进展铁道科学研究院郑中岳冯小慧许国英,—————一一/一,高速铁路与材料工程技术在本世纪即将结束之际,以高速铁路周为按心的一场铁路革命正在世界各地兴起.目前,欧洲,日本,北美洲的铁路界已点燃了高速化竞争之火,我国铁路也正在迎接这场挑战.修建时建250kin的高速铁路是缓和我国铁路运输

2、紧张的必然选择.也是我国高新技术发展的必然.高速铁路集中了铁路所用的高新技术,包括先进的材料及其工程技术的新成就.1.高速列车结构轻量化材料仅从节约能源和缓和对线路的青害作用考虑.必须降低轴重和减少簧下重量以实现结构轻量化.降低袖重,牵涉到车辆的整体,包括降低车体,转向架和车内设备等部件的重量;减少簧下重量.主要取决于转向架本身的材剿,工艺选择和结构的优化.我国正在研制的高速动力车,大轴重为20t(±3%),每轴簧下质量不大于2t,而高速客车轮对的计算轴重约为l4t,显然.在给定的轴重限制条件.从材料工程技术方面支持

3、结构轻量化是必要的.(1)车体轻量化材料.高速列车大量采用轻质的铝合金.如5t383,6N01.,7N01等.我国能否试制出全焊接大型挤压铝合金整体结构的车体.其关键是能否生产供应同_≥f车体一样长的大型,薄壁,宽幅,中空的铝合金型材.加锂的铝合宝,与一般铝合金耜H:,当强度相同时,密度降低10%.弹性模量提高10%,可超塑性成型,很有发展前途车体采用镍铬奥氏体不锈钢,其抗冲击性能好,耐热性能好,蜥裂前能吸收大量能量.能满足重量轻,使用寿命长,成本较低的要求.不锈钢.由于采用先进的冶炼工艺.已将c含量降到很低,在0.

4、02%一0.03%以下,同时加人0.1%的N,提高了强韧性,抗蚀性等.因此,也很有发展前途.(2)转向架轻量化技术.①高速动力车选用驱动与制动综合为一体的半体悬式.能减少簧下重量和降低转动惯量,这种优化的结构设计必须采用先进的材料工程技术予以保证.驱动制动单元中的双空心轴驱动装置的材科工艺技术问题,主要有以下三个:第一.六连杆橡胶关节问题.德国ICE车轮出现过四角,六角,八角形状的多角磨耗.由于橡驶关节在使用中温度的升高和材质的老化,最终导致径向刚度的下降,因而改变结构的固有频率.当其与激扰频率接近时出现共振,弓I趣

5、了车轮多角磨耗等严重后果.为此.应重视耐温耐老化的橡胶关节元件的研制开发工作第二,铝合金铸造齿轮箱问题.它是承载式齿轮箱,今后应结合薄壁铸造工艺特点,选用高强度铝合金.34缺谴物责科学管理1996第3搠息日2期第14卷这样,既减轻了重量,又保证了性能的要求.第三,空心轴与传动盘的焊接问题.它是焊接受剪的环形焊缝,须保证焊接质量以保证空心轴的安全使用.②转向架构架轻量化材料.使用60kg级高强度钢试制6ram的薄壁化构架,重量为0.8t.我国正试制的高速动力车构架.拟选用16Mnq,构架重量不大于1.5t,多数梁的板厚

6、8-10mm.高速机车车辆构架通常采用高强度封闭式箱形焊接结构,为了保证焊接质量.主要措施有:采用机器人技术;对悍缝进行重熔处理以提高疲劳强度;加强焊缝探伤检验工作.构架选用复合材料可降低自重.其中在独立旋转车轮转向架上应用最有前途.当时速300km时,动作用力比钢构架减少40%.这对减少轮轨磨损和运动噪音等都将产生非常良好的作用.③为了减轻重量,轴箱将采用优质铝合金;车轴将采用空心轴,其轴座处将采用表面处理,如喷钼,以防止微动腐蚀磨损.(3)复合材料.采用玻璃纤维增强的酚醛树脂基复合材料.是满足高速列车防火规定的理

7、想材料.它遇到火焰只焦化不燃烧,不仅发烟少而且有毒烟雾达到鼎低限度.它不仅适合于为了减重而用作车内装饰设备等,而且可在较高温度下连续使用.如适用于餐车等场所.夹层结构复合材料.即轻质的呈蜂窝状的芯部材料夹在两张外皮之间,彤成一个轻质高剐度的材料,已广泛应用于高速列车的门板,地板,天花板等.高速列车的流线型车头.也有采用夹层结构复合材料的.其外皮和内皮均采用纤维增强的树脂基复合材料.芯部材料为特制的泡沫塑料.2.高速列车功能性材料(1)橡胶材料.橡胶元件已在高速列车上广泛应用于防振,缓冲,隔音,密封,绝缘及用于弹性偶合

8、件和空气橡胶簧等方面.目前最引人注目的是在转向架上的应用,除了上述六连杆橡胶关节外,还有以下两方面的重要应用:第一,为了提高横向运动稳定性和保证良好的曲线通过能力,选用易于控制定位刚度的转臂式轴箱定位是各国发展的方向.因此.要根据定位的需要设计转臂的橡胶关节.其材质的选用值得研究重视第二,采用牵弓J扦传递牵弓J力比采用中心销的方式为好.但牵弓J