[实用新型]用于磁浮车辆的托臂部件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁浮交通技术中的车辆所使用的、根据锻造铝合金工艺技术设计与制造的托臂部件，属于车辆制造技术领域。

背景技术

以500km/h速度安全运行的常导高速磁浮车辆，已成为本世纪人类创造的在地面空间内最快安全行驶的客运交通工具。该项技术已经由：DE19922441A1、US4665329、US4728382、US5053654和DE3410119A1等专利公开文件披露，对于公众已经知晓。该项高速磁浮交通技术已经在中国上海得以实施，并在2002年12月31日投入使用，经过长期运行证实了该项技术是安全可行的。

磁浮式轨道巡检车沿用了普通客运磁浮车辆的结构，如图1所示，包括车厢1，前开门的车头2，设置在车厢1尾部的升降维护平台3和设置在车厢底部的走行机构4。该磁浮式轨道巡检车经过改装悬浮架的结构，安装电机支撑轮装置实现了整车承载。又因该巡检车可能会遇到比客运列车运行更加苛刻的冲击载荷，因此要求主要承载部件的承载能力有所提高。通过CN200720182647.6专利申请所公开的内容得知：高速磁浮车辆的悬浮架上的托臂部件承受着由由悬浮电磁铁与轨道产生的电磁吸力的全部载荷（请参见中国专利CN200720182647.6中的图2）。所以，托臂部件便成为磁浮车辆的关键承载部件，它的制造工艺手段与质量直接涉及磁浮车的安全使用和疲劳寿命。

原客运磁浮列车的悬浮架的托臂部件选择了铸造生产工艺，在精密压力铸造的技术上严格控制产品的质量，使该托臂部件满足磁浮车辆在高速运行工况下的安全要求。但是，就铸造铝合金而言，存在着铸造裂纹、花边状组织、缩松、氧化夹杂与气孔等缺陷，这些缺陷影响了零件的使用寿命。特别是高速磁浮列车的部件，在一个高频振动的工况下，上述的这些缺陷都会导致其耐疲劳性能降低，出现局部断裂和扭曲，成为降低高速磁浮交通系统维护成本的制约因素。

如图2所示，托臂42是常导磁浮车辆的走行机构4的主要承载部件，其上安装有悬浮架横梁44、导向磁铁模块47、悬浮磁铁模块43、悬浮架连接部件（上连接件与下连接件）等，承担了磁浮车辆的悬浮力与导向力。所以在磁浮车辆高速运行中，在高频振动的工况下承受着交变弯曲变形的工况。因此要求该托臂42具备良好的耐疲劳性能、强度与刚度，其选择材料应是较铸造铝合金工艺生产的材料质量高，所以选择锻造铝合金生产工艺生产的托臂产品较为合适。

原客运磁浮列车的托臂42选择了铸造铝合金生产工艺制造，因此在导向磁铁模块安装空间位置留出了空洞，无需机加工工序；在悬浮磁铁模块安装接口也是采用铸造留出安装平面，仅少量的机加工便具备安装条件；在与悬浮架横梁安装基准面上留有空洞，作为减轻自重的减轻孔。铸造托臂的壁厚较薄，退模角也较少，仅1.5度。因此整个铸造托臂42呈现出较为复杂的形状。

比较了铸造铝合金与锻造铝合金的基本力学性能，工程技术人员所知，锻造铝合金无论是材料的强度还是塑性，都普遍优于铸造铝合金，特别是延伸率，锻铝的延伸率都在10%以上，而铸铝都在3%以下。

锻造铝合金的耐疲劳性能优于铸造铝合金材料。铸造铝合金疲劳裂纹萌生与扩展的过程是铸造缺陷（如孔洞），是直接影响疲劳裂纹行为的最为主要的因素之一。由于铸造工艺的问题造成铸造孔洞的存在会大大降低疲劳裂纹萌生的寿命，但在裂纹扩展阶段，孔洞的作用具有：第二相或夹杂往往会降低材料的疲劳寿命；第二相的破坏行为有脱粘和断裂；结果是产生微裂纹的连接与长大疲劳裂纹扩展。

特别是在循环承载过程中，金属有循环硬化或循环软化现象，主要受到材料的热处理状态、载荷大小、加载方式等因素的影响。在相同条件下，铸造铝合金的循环硬化程度和速率较锻造铝合金高。而循环硬化的速率与程度与材料的疲劳损伤有一定关系，循环硬化速率大的，疲劳损伤速度也快。无论是疲劳强度系数还是疲劳延性指数，锻造铝合金均普遍优于铸造铝合金。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提高托臂部件这类主要承载部件的承载能力与耐疲劳性能，使其满足特殊高频振动工况下的技术要求。因此，本实用新型提出利用锻造铝合金生产工艺，来设计制造磁浮车辆的主要承载部件——托臂部件，将复杂的原铸造结构的托臂改为锻造结构。