廣州地鐵車(chē)輛大修緊固件扭力校核研究

譚名強(qiáng) 殷 君 孫正士

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部 廣東 廣州 510710)

?

廣州地鐵車(chē)輛大修緊固件扭力校核研究

譚名強(qiáng) 殷 君 孫正士

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部 廣東 廣州 510710)

采用控制單一變量法試驗(yàn)得出結(jié)論：在廣州地鐵車(chē)輛大修過(guò)程中，宜使用緊固扭力的90%，用擰緊法對(duì)緊固件進(jìn)行扭力校核。

扭力校核；地鐵車(chē)輛；大修；緊固件

目前廣州地鐵車(chē)輛在大修過(guò)程中，使用扭力扳手來(lái)控制擰緊力矩，并采用緊固扭矩的90%用擰緊法進(jìn)行扭力校核。對(duì)緊固扭矩的檢測(cè)是整機(jī)或部件組裝后可靠性檢查的極為重要的一道工序，檢測(cè)的目的是為了避免螺紋連接件在緊固過(guò)程中和緊固后發(fā)生超擰、漏擰和擰不足的現(xiàn)象，確保每個(gè)螺栓緊固后能正常工作。對(duì)緊固扭矩的檢測(cè)工序可分為2大類(lèi)：即在擰緊過(guò)程中的控制法和擰緊后的檢測(cè)。

擰緊后的檢測(cè)方法大致可分為以下4種。

(1)擰緊法。檢驗(yàn)時(shí)用扭力扳手平穩(wěn)用力逐漸增加力矩(切忌沖擊)，當(dāng)螺母或螺栓剛開(kāi)始產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它的瞬時(shí)扭矩值最大，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭矩值就會(huì)回落到短暫的穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)的扭矩值即為檢查所得的扭矩。擰緊法適用于重要位置緊固后的檢驗(yàn)。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：①存在二次緊固的可能；②對(duì)螺栓何時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)很難確定，存在主觀因素；③螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，由于要克服較大摩擦力，實(shí)際扭矩值應(yīng)該大于安裝時(shí)的扭矩值，所以測(cè)試值一般偏大。

(2)標(biāo)記法。檢驗(yàn)前先在被檢螺栓或螺母頭部與被連接體上劃一道線(xiàn)，確認(rèn)相互的原始位置。然后將螺栓或螺母松開(kāi)些，再用扭矩扳手將螺栓或螺母擰緊到原始位置(劃線(xiàn)處線(xiàn)要對(duì)準(zhǔn))，這時(shí)的最大扭矩值再乘以0.9～1.1所得的值即為檢查所得的扭矩。優(yōu)點(diǎn)：比擰緊法更精確。缺點(diǎn)：①相對(duì)比較繁瑣；②存在一個(gè)松螺栓的過(guò)程，不適宜有防松功能的緊固件。

(3)直覺(jué)法。對(duì)有彈性墊圈類(lèi)的可觀察是否壓平；對(duì)無(wú)彈性墊圈類(lèi)或有彈性墊圈但觀察困難的，則可用扭力扳手?jǐn)Q緊，憑直覺(jué)判斷擰緊程度：若到扭矩值，扳手不轉(zhuǎn)動(dòng)或微小轉(zhuǎn)動(dòng)，判為已擰緊；若轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)半圈為沒(méi)有擰緊、不合格。直覺(jué)法受主觀因素影響較大。

(4)擰松法。用扭矩扳手慢慢地向被檢螺栓或螺母施加扭矩，使其松開(kāi)，讀取開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)扭矩值，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)乘系數(shù)1.1～1.2，即為檢驗(yàn)扭矩值。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：對(duì)螺栓何時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)很難確定，存在主觀因素。

1 扭力校核試驗(yàn)

車(chē)輛的螺栓連接校核應(yīng)按照重要位置緊固后的檢驗(yàn)方法進(jìn)行，因此扭力校核試驗(yàn)主要采用擰緊法并用擰松法配合驗(yàn)證。

根據(jù)VDI2230高強(qiáng)度螺栓連接的系統(tǒng)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，扭矩公式如下：

式中：MA為扭矩；FM為預(yù)緊力；P為螺距；d2為中徑；μG為螺紋的摩擦因數(shù)；DKm為有效承載面積的直徑；μK為螺栓頭或螺母表面的摩擦因數(shù)。

由上式可知：安裝扭矩受到承載面的摩擦力、螺紋間的摩擦力和螺栓拉伸的影響。

普通螺栓和螺母的扭矩公式如下：

鎖緊扭矩=接觸面消耗的扭矩+螺紋部分消耗的扭矩+轉(zhuǎn)化為螺栓彈性勢(shì)能消耗的扭矩；

松動(dòng)扭矩=接觸面消耗的扭矩+螺紋部分消耗的扭矩-轉(zhuǎn)化為螺栓彈性勢(shì)能消耗的扭矩。

對(duì)摩擦因數(shù)為0.1～0.2的區(qū)間進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)“接觸面消耗的扭矩+螺紋部分消耗的扭矩”大約占到總扭力值的80%，而“螺栓彈性勢(shì)能消耗的扭矩”只占到總扭力值的20%。

在裝配時(shí)如有螺紋緊固劑或其他鎖緊元件連接，還應(yīng)考慮克服鎖緊元件所需的額外的功。

1.1 針對(duì)螺栓材質(zhì)進(jìn)行扭力校核試驗(yàn)

針對(duì)不同的強(qiáng)度等級(jí)、螺栓直徑、表面處理方式，共用3種螺栓進(jìn)行扭力校核試驗(yàn)，核實(shí)材質(zhì)對(duì)扭力校核的影響[1]。

1.2 針對(duì)墊片形式進(jìn)行扭力校核試驗(yàn)

挑選上述3種螺栓，分平墊、錐形彈簧墊片、防松墊片3種情況進(jìn)行試驗(yàn)、對(duì)比[1]。

1.3 針對(duì)螺母形式進(jìn)行扭力校核試驗(yàn)

挑選上述3種螺栓，分普通螺母、防松螺母、鎖緊螺母3種情況進(jìn)行試驗(yàn)、對(duì)比[1]。

綜合以上3項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況準(zhǔn)備的備件清單如表1所示，工具清單如表2所示。

表1 試驗(yàn)備件清單

表2 試驗(yàn)工具清單

1.4 試驗(yàn)位置

對(duì)廣州地鐵4號(hào)線(xiàn)列車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁側(cè)板處的M10緊固螺栓、搖枕橫向止擋安裝處的M12緊固螺栓進(jìn)行扭力校核試驗(yàn)。

1.5 扭力校核試驗(yàn)組合

采用新備件無(wú)時(shí)間間隔進(jìn)行扭力校核的試驗(yàn)情況如表3所示，采用新備件間隔48 h進(jìn)行扭力校核的試驗(yàn)情況如表4所示。

表3 新備件無(wú)時(shí)間間隔扭力校核試驗(yàn)記錄表 /(N·m)

說(shuō)明：(1)表盤(pán)式數(shù)顯扭矩扳手具有校驗(yàn)功能，在進(jìn)行擰緊法扭力校核時(shí)，會(huì)記錄下擰緊過(guò)程中最大的扭力值。同理，在進(jìn)行擰松法扭力校核時(shí)，會(huì)記錄下擰松瞬間的最大扭力值。由于螺栓緊固后仍有繼續(xù)緊固的可能，因此會(huì)出現(xiàn)擰緊法扭力值大于緊固扭力值的情況。

(2)序號(hào)1和序號(hào)2為擰緊后直接擰松，因此擰松法扭力值的基礎(chǔ)是擰緊法試驗(yàn)后的值。

表4 間隔48 h扭力校核試驗(yàn)記錄表 /(N·m)

2 扭力校核試驗(yàn)結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)比表3中序號(hào)1、2及序號(hào)3、4可知，防松墊片的防松效果好于彈簧墊片，而彈簧墊片的防松效果好于平墊。

(2)通過(guò)對(duì)比表3的序號(hào)5和表4可知，防松螺母的緊固防松效果在安裝完成48 h后的效果比剛安裝時(shí)的效果要好。

(3)通過(guò)對(duì)比表3中的序號(hào)1、5和6，并結(jié)合結(jié)論2，可知防松螺母的緊固防松效果好于鎖緊螺母，鎖緊螺母的效果好于普通螺母。

(4)通過(guò)對(duì)比表3中的序號(hào)3、5可知，螺栓的尺寸規(guī)格及表面處理方式也會(huì)影響緊固防松效果，螺栓規(guī)格越大，緊固防松效果越好。

若采用擰松法進(jìn)行扭力校核，不同的螺栓、螺母、墊片的組合方式及是否采用防松措施如鎖緊螺母或涂螺紋緊固劑等，都將影響校核扭力與緊固扭力的比值，不適用于車(chē)輛架修、大修過(guò)程中的緊固件扭力校核。若采用擰緊法進(jìn)行扭力校核，則只有在校核扭力大于緊固扭力時(shí)，才會(huì)使螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，而目前采用緊固扭力的90%進(jìn)行的扭力校核，對(duì)于已經(jīng)緊固的螺栓，螺栓不會(huì)偏移。

3 結(jié)束語(yǔ)

作業(yè)人員在緊固扭力后，對(duì)緊固件進(jìn)行畫(huà)線(xiàn)標(biāo)記，由互檢人員對(duì)緊固件進(jìn)行扭力校核，如原始畫(huà)線(xiàn)出現(xiàn)偏移，則表示該螺栓未施加扭力或扭力不足。通過(guò)扭力校核環(huán)節(jié)，可以提高車(chē)輛大修質(zhì)量，增強(qiáng)列車(chē)安全性能。

[1] 熊云奇，盧海波.螺紋緊固件擰緊工藝技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].裝備維修技術(shù)，2008(2)：62-67.□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)04-0023-02

2015-09-14

譚名強(qiáng)(1991-)，男，本科學(xué)歷，助理工程師，從事地鐵車(chē)輛的調(diào)試、運(yùn)用、維護(hù)等技術(shù)管理工作。

U279.3+2

B