Design de aplicare a arcului din aliaj de titan pentru locomotivă

Aliajul de titan de înaltă rezistență este unul dintre cele mai bune materiale candidate pentru pregătirea arcurilor de aviație. Prima aplicare a arcurilor din aliaj de titan a început în 1970, când McDonnell Douglas a folosit arcuri din aliaj Ti-13V-11Cr{-3Al în aeronavele DC-10 cu caroserie largă, în principal în arcurile de blocare a aterizării nasului și a aterizării principale, precum și în arcurile de comandă a elevatorului și a eleronului.

În 1971, RMI a inventat aliajul metastabil de titan Beta-C (TB9). Pe lângă rezistența ridicată și modulul scăzut, aliajul are, de asemenea, proprietăți excelente de prelucrare la rece și poate fi ușor preparat în sârmă cu arc. Aliajul de titan TB9 a înlocuit treptat aliajul Ti-13V{-11Cr-3Al, greu de procesat și a fost folosit ca arc de echilibru pentru ușa cabinei aeronavei cu caroserie îngustă Boeing 757 , reducând greutatea cu până la 66,6%. Mai târziu, arcuri din aliaj de titan TB9 au fost folosite și pe Boeing 777, Airbus A330, A340 și alte modele.

Pe lângă domeniul aviației, aliajele de titan au și multe avantaje și exemple de aplicare în arcuri de locomotivă. În primul rând, aliajul de titan are o rezistență excelentă la coroziune, ceea ce poate reduce procesul complex de tratament anticoroziv, în special în medii dure, și poate asigura un serviciu stabil pe termen lung al arcurilor și poate reduce costul de întreținere al vehiculelor. În al doilea rând, densitatea aliajului de titan este de numai aproximativ 60% din cea a oțelului, iar modulul de elasticitate și modulul de forfecare al aliajului de titan sunt aproximativ jumătate din cele ale oțelului. Numărul efectiv de bobine necesare pentru proiectarea arcurilor din titan este doar jumătate din cel al arcurilor din oțel, astfel încât reducerea teoretică a greutății poate ajunge la aproximativ 70%. În conformitate cu cerințele reale de sarcină și asamblare ale arcurilor de locomotivă, utilizarea arcurilor din aliaj de titan poate reduce greutatea cu 40% ~ 60%. Reducerea greutății de primăvară poate nu numai să economisească energie și să mărească kilometrajul vehiculului, ci și să contribuie la îmbunătățirea flexibilității și manevrabilitate a vehiculului.

În plus, arcurile din aliaj de titan au și caracteristici bune de amortizare. Este necesară mai puțină energie pentru accelerare și decelerare în timpul mișcării. Greutatea mai mică sau mai puțină energie pot provoca deformații elastice, făcând mișcarea sub sarcină mai lină și mai controlabilă. În prezent, multe motociclete și biciclete folosesc arcuri din aliaj de titan cu rezistență medie (TC4) pentru a înlocui arcurile din oțel, în principal datorită caracteristicilor bune de amortizare ale arcurilor din aliaj de titan, care îmbunătățesc confortul în condiții de drum accidentat.

În același timp, există multe detalii cărora trebuie să li se acorde atenție în proiectarea arcurilor din aliaj de titan. De exemplu, standardul actual de proiectare a arcurilor GB/T 23935-2009 „Proiectarea și calculul arcurilor elicoidale cilindrice” vizează în principal arcurile din oțel, iar unghiul spiralei arcului variază de la 5 grade la 9 grade . Cu toate acestea, arcurile din aliaj de titan au un modul elastic și un modul de forfecare scăzut, un număr mic de bobine eficiente și un unghi de spirală care este adesea mai mare de 9 grade. Standardele și formulele de calcul existente nu pot îndeplini cerințele de proiectare ale arcurilor din aliaj de titan, iar formula de calcul a rigidității trebuie modificată.