廣州地鐵5號(hào)線直線電機(jī)車輛緊固件換型研究

趙 銳，李杭健

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510700）

1 研究背景

廣州地鐵5號(hào)線于2009年底開通運(yùn)營(yíng)，車輛采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如圖1所示[1]。直線電機(jī)出現(xiàn)異常沉降侵限，導(dǎo)致電機(jī)和感應(yīng)板相碰刮傷、安全鼻刮傷車軸，存在較大安全隱患，如圖2、圖3所示。經(jīng)過(guò)調(diào)查分析，電機(jī)沉降原因是電機(jī)高度調(diào)整裝置緊固件出現(xiàn)松動(dòng)并脫落，導(dǎo)致在輪軌沖擊振動(dòng)作用下發(fā)生自發(fā)的電機(jī)高度變化，使電機(jī)出現(xiàn)沉降。為了解該部位螺母、螺柱等緊固件具體應(yīng)用狀態(tài)，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，根據(jù)調(diào)查分析結(jié)論進(jìn)行了相關(guān)緊固件換型改進(jìn)，降低電機(jī)沉降風(fēng)險(xiǎn)，保證列車運(yùn)營(yíng)安全。

圖1 直線電機(jī)及其高度調(diào)整裝置

圖2 緊固件松脫丟失

圖3 線路感應(yīng)板刮傷

2 緊固件運(yùn)用狀態(tài)調(diào)查

該M10鎖緊螺母緊固扭矩要求為22 N·m，試驗(yàn)時(shí)在檢修車上隨機(jī)選取了一處螺母（舊件，重復(fù)使用次數(shù)超過(guò)5次）。使用測(cè)扭矩扳手向松開方向旋轉(zhuǎn)螺母，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扭矩為15 N·m；重新以22 N·m扭矩緊固后，向鎖緊方向旋轉(zhuǎn)螺母，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扭矩為25 N·m?？紤]到鎖緊螺母使用的工況及測(cè)扭矩扳手的誤差，認(rèn)為即使經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的使用后，螺母緊固扭矩并無(wú)變化，如圖4所示[2]。

值得注意的是，在測(cè)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題。

（1）雖然原裝鎖緊螺母的鎖緊扭矩正常，但在測(cè)試松開扭矩時(shí)發(fā)現(xiàn)只要將螺母旋轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度，螺母即失去緊固效果；

（2）M10螺柱長(zhǎng)度較短，鎖緊螺母安裝后螺柱頂面幾乎與螺母末端平齊。根據(jù)JB/ZQ 4247-2006，M10螺柱突出螺母的末端長(zhǎng)度應(yīng)為3.5～5 mm，現(xiàn)場(chǎng)情況不滿足此標(biāo)準(zhǔn)。由于螺柱末端的螺牙不飽滿，螺柱伸出量不足將造成鎖緊長(zhǎng)度不足，從而產(chǎn)生前述（1）中的結(jié)果，螺母也容易松脫。

（3）根據(jù)TB/T 3246.2-2010，8.8級(jí)M10的螺栓修正后的緊固扭矩要求為34～63 N·m，而五號(hào)線高度調(diào)整裝置處M10鎖緊螺母的扭矩要求僅為22 N·m，明顯小于此標(biāo)準(zhǔn)，緊固扭矩偏小可能導(dǎo)致鎖緊力不足。

圖4 電機(jī)高度調(diào)整裝置示意圖

3 幾種防松結(jié)構(gòu)的緊固效果對(duì)比測(cè)試

測(cè)試選取了4組緊固方式：（1）原裝鎖緊螺母；（2）割槽鎖緊螺母；（3）普通螺母加Nord?lock墊片；（4）原裝鎖緊螺母加Nordlock墊片。其中原裝鎖緊螺母均為原車上使用過(guò)的舊件，割槽鎖緊螺母、普通螺母及Nordlock墊片為全新件，如圖5所示。

圖5 四種緊固方式對(duì)比測(cè)試

測(cè)試時(shí)對(duì)各螺母分別施加22 N·m扭矩，緊固在一個(gè)10 mm厚的圓形鋼板上，然后用測(cè)扭矩扳手測(cè)量松開螺母時(shí)所需的扭矩值。試驗(yàn)重復(fù)了5次，結(jié)果如表1、圖6所示。

表1 四種結(jié)構(gòu)松開扭矩對(duì)比N·m

圖6 四種結(jié)構(gòu)松開扭矩對(duì)比

由對(duì)比結(jié)果可知：

（1）以22 N·m扭矩緊固螺母，所有防松方式在5次拆卸過(guò)程中最小拆卸扭矩為12 N·m，大部分拆卸扭矩值分布在15～22 N·m之間，可認(rèn)為緊固效果正常；

（2）若在短時(shí)間內(nèi)拆裝，鎖緊螺母的松開扭矩并不會(huì)明顯降低，鎖緊螺母具備可重復(fù)使用的功能；

（3）相比之下，原裝鎖緊螺母拆卸扭矩值分布較為分散，效果不穩(wěn)定，但這可能與原裝螺母為舊件，經(jīng)過(guò)拆裝甚至反復(fù)旋緊有關(guān)；

（4）使用Nordlock防松墊片效果最好，松開扭矩值明顯大于未使用該防松墊片的情況，且松開扭矩值較為穩(wěn)定；

（5）使用普通螺母加Nordlock墊片與使用原裝鎖緊螺母加Nordlock墊片的防松方式，在緊固效果上基本相同，但原裝螺母還帶有防脫落功能，因此建議使用原裝鎖緊螺母加Nordlock墊片的防松方式。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果及調(diào)查情況，建議如下：

（1）基于調(diào)查分析認(rèn)為螺柱長(zhǎng)度不足是該部位螺母容易松脫的主要原因，因此建議將螺柱加長(zhǎng)5 mm；

（2）由于此部位并未添加潤(rùn)滑油脂，因此22 N·m的緊固扭矩可能偏小，建議增大緊固扭矩至34～63 N·m；

（3）根據(jù)重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果，若短時(shí)間內(nèi)拆裝且次數(shù)不超過(guò)5次，鎖緊螺母可重復(fù)使用，但安裝時(shí)間超過(guò)一周后拆卸，建議更換鎖緊螺母；

（4）基于測(cè)試結(jié)果，建議采用使用Nordlock墊片的防松方式。

5 緊固件換型

根據(jù)上述調(diào)查和分析結(jié)論，擬同時(shí)采取兩種措施來(lái)整改：

（1）螺柱長(zhǎng)度加長(zhǎng)5 mm；

（2）原有平墊圈換型為Nordlock墊圈。

5.1 螺柱長(zhǎng)度加長(zhǎng)5 mm

將原有長(zhǎng)度為45 mm的M10螺柱更換為50 mm螺柱，安裝緊固后螺柱高出螺母約4 mm，如圖7所示。滿足JB/ZQ 4247-2006螺母鎖緊要求，保證了螺母和螺柱配合長(zhǎng)度。

圖7 加長(zhǎng)螺柱高出鎖緊螺母4mm

圖8 Nordlock防松墊圈

圖9 防松墊圈大鋸齒相嚙合

5.2 原有平墊圈換型為Nordlock墊圈

Nordlock防松墊圈不是利用摩擦力而是利用機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖緊，由一對(duì)相互咬合的齒面墊圈配合組成，相互咬合的角度α大于螺紋升角β，依靠鋸齒配合，具有很高的抗震防松能力，在市場(chǎng)上有多種型號(hào)可供選擇，如圖8、圖9所示。將原有平墊圈換型為Nordlock防松墊圈，保證螺母螺柱配合長(zhǎng)度的同時(shí)，增加墊圈防松，雙重保證螺母的緊固。

6 使用效果跟蹤及結(jié)束語(yǔ)

以上兩項(xiàng)整改方案已經(jīng)在五號(hào)線30列車上的共1 440個(gè)位置完成換型，經(jīng)過(guò)8個(gè)月的運(yùn)用跟蹤，該位置再未發(fā)生緊固件松脫問(wèn)題，有效杜絕了直線電機(jī)沉降風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化和提升轉(zhuǎn)向架安全性和可靠性，保證了列車運(yùn)營(yíng)安全。根據(jù)本次緊固件換型經(jīng)驗(yàn)，特別是對(duì)Nordlock防松墊圈的應(yīng)用嘗試，為其他部位的緊固件松動(dòng)故障提供了參考解決方案，降低松脫風(fēng)險(xiǎn)。

［1］南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通四、五號(hào)線直線電機(jī)車輛使用說(shuō)明書［Z］.2006.

［2］朱士友，呂勁松.車輛檢修工［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.