地鐵車輛裝配帶力矩螺栓緊固的工藝分析與研究

李思琦

摘? 要：螺紋聯(lián)接是地鐵車輛常用的設(shè)計結(jié)構(gòu)，帶力矩的螺栓緊固過程是車輛裝配的重要組成部分，對螺栓緊固的裝配力矩進(jìn)行有效實施與控制不僅可以滿足車輛裝配質(zhì)量及安全性能的要求，同時對于車輛的運行及維修保養(yǎng)提供了有力保證。文章介紹了軌道車輛力矩緊固的分類和螺栓緊固方法，著重研究了裝配生產(chǎn)中常采用的扭矩擰緊法，對操作過程中力矩施加的工具及其校準(zhǔn)儀器的精度和使用方法進(jìn)行了分析，并提出了切實有效的帶力矩螺栓緊固的工藝過程控制方法。

關(guān)鍵詞：螺紋聯(lián)接;力矩緊固;工藝過程控制

中圖分類號：TH131.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0107-02

Abstract： Thread connection is a common design structure of subway vehicles， and the bolt fastening process with torque is an important part of vehicle assembly. The effective implementation and control of the assembly torque of bolt fastening can not only meet the requirements of vehicle assembly quality and safety performance， but also provide a strong guarantee for the operation and maintenance of the vehicle. This paper introduces the classification of torque fastening of rail vehicles and the method of bolt fastening， with emphasis on the torque tightening method which is often used in assembly production， and analyzes the accuracy and application method of torque applied tools and their calibration instruments in the process of operation. An effective process control method for fastening of bolt with torque is put forward.

Keywords： thread connection; torque fastening; process control

引言

目前，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，不僅對地鐵車輛的功能性和安全性提出更高要求，同時也使地鐵車輛的裝配技術(shù)日趨精密化和復(fù)雜化。地鐵車輛中絕大多數(shù)零件間采用螺紋聯(lián)接設(shè)計裝配而成的，緊固、聯(lián)接都是依靠螺紋副的擰緊來實現(xiàn)，生產(chǎn)中一般通過合適的工具施加相應(yīng)的扭矩值來實現(xiàn)力矩緊固過程，進(jìn)而保證其緊固質(zhì)量。為此本文結(jié)合力矩緊固的分類和常用擰緊方法，對帶力矩的螺栓緊固在軌道車輛的實際生產(chǎn)裝配中的工藝過程控制進(jìn)行了分析及研究。

1 力矩緊固分類

在軌道車輛裝配工藝中，螺紋連接分成3個風(fēng)險等級：高風(fēng)險-H級、中等風(fēng)險-M級和小風(fēng)險-G級。

高風(fēng)險-H級螺栓連接，指對生命和身體將會受到直接或間接的傷害，或?qū)壍儡囕v的操作存在的失效風(fēng)險。擰緊力矩要求在圖紙中標(biāo)注。如車鉤或空調(diào)等系統(tǒng)部件的安裝螺栓、車下箱體或制動設(shè)備與車體的螺栓連接等。對于H級螺栓連接在工藝過程控制中不僅要求安裝時將達(dá)到的檢驗值進(jìn)行記錄，同時尺寸大于M8的螺栓連接應(yīng)使用一支記號筆以對比色在螺母和螺栓頭上以及被緊固件上做防松標(biāo)記。

中等風(fēng)險-M級的螺紋連接，指對軌道車輛直接或間接地引起故障，在嚴(yán)重的情況下，會擾亂車輛正常運營的失效風(fēng)險。擰緊力矩也要求在圖紙中標(biāo)注。如腳蹬、輔助風(fēng)缸以及其他重量較輕、起輔助功能的附件的安裝。M級的螺紋連接在生產(chǎn)過程中不強制要求記錄并形成文件。

小風(fēng)險-G級的螺紋連接，指故障可在車輛下一次進(jìn)入車間時進(jìn)行維修的螺紋連接失效或斷裂風(fēng)險。如電纜線槽的安裝，客室及司機室的內(nèi)裝墻板和頂板，及其內(nèi)部配套部件的緊固。G級的螺紋連接可使用常用的插口扳手或棘輪扳手進(jìn)行安裝，不限定擰緊力矩。

2 螺栓緊固方法

2.1 扭矩擰緊法

扭矩擰緊法利用扭矩大小和軸向預(yù)緊力之間存在一定關(guān)系，通過將擰緊工具設(shè)置到某個扭矩值來控制被聯(lián)接件的預(yù)緊力。

扭矩擰緊法是較為簡單的控制法。若工藝過程和零件質(zhì)量等因素被穩(wěn)定控制，采用此擰緊方式可通過使用簡易的檢測工具如力矩扳手來檢查擰緊質(zhì)量，操作簡便、效果直觀。目前地鐵車輛裝配車間多采用此種方法。

2.2 轉(zhuǎn)角擰緊法

轉(zhuǎn)角擰緊法是基于螺栓擰緊時的旋轉(zhuǎn)角度與軸向預(yù)緊力和伸長量存在的比例關(guān)系，通過控制按規(guī)定旋轉(zhuǎn)角度來達(dá)到預(yù)定擰緊力的控制方法。先將螺栓擰緊至力矩值約25%作為起始扭矩，使螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長并且連接件被壓縮，然后由轉(zhuǎn)角產(chǎn)生后續(xù)所需求的軸向夾緊力。

轉(zhuǎn)角控制法不僅擰緊精度高、性能穩(wěn)定、受螺紋件的摩擦系數(shù)影響小，而且它可以通過充分發(fā)揮螺栓的承載能力來獲得較大的軸向夾緊力。然而由于這種方法的擰緊結(jié)果需要通過測量預(yù)緊扭矩及轉(zhuǎn)角兩個參數(shù)來獲得，所以需要較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，不利于裝配過程中的檢查和追溯。

2.3 屈服點擰緊法

屈服點擰緊法是將螺栓擰緊至螺紋材料屈服極限點的控制方法。此方法結(jié)合轉(zhuǎn)角控制法，通過對扭矩-轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計算并判斷屈服點。先將螺栓擰緊到某一個規(guī)定的起始力矩，以此點為起始，設(shè)備監(jiān)控擰緊曲線的斜率值的變化，如果斜率下降到超過設(shè)定值時，此時表明螺栓拉伸到至屈服點，工具可停止施力。

屈服點擰緊法克服了摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)角起始點對擰緊質(zhì)量的影響，充分發(fā)揮螺紋件咬合強度，從而使裝配精度獲得提高。但是這種方法不僅要求螺栓具有良好性能和裝配結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，同時易受干擾因素影響，需要較為精密的控制設(shè)備，從而加大了控制難度。

3 力矩施加工具及校準(zhǔn)儀器

基于扭矩擰緊法，地鐵裝配車間采用力矩扳手和扭矩螺絲刀來測定螺栓、螺母是否以正確扭矩加以緊固。使用前應(yīng)正確設(shè)定規(guī)定扭矩數(shù)值，使套筒或扳手的寬度與螺栓、螺母以及軟管、配管接頭等的對邊寬度相匹配。應(yīng)在力矩扳手上給出的有效力矩線的位置處施加力矩，同時力要求垂直于力矩扳手。緊固時確認(rèn)已聽到“咔嗒”聲后，應(yīng)停止操作。

4 工藝過程控制

在地鐵車輛裝配工藝過程的開發(fā)中，基于對于帶力矩的螺栓緊固的過程控得以充分重視，從操作人員、使用工具、檢測儀器和防錯追溯等方面對整個過程的控制進(jìn)行設(shè)計和實施。

操作人員方面，在實施力矩過程前，對操作人員進(jìn)行力矩知識、工具使用方法以及檢驗標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)培訓(xùn)及考核，并為培訓(xùn)合格員工予以授權(quán)、資質(zhì)認(rèn)證。對于已經(jīng)獲得特殊過程操作資格的操作人員，須要進(jìn)行繼續(xù)教育以獲得相應(yīng)的能力保障。

工具及設(shè)備方面，為力矩控制過程提供相應(yīng)的工具和檢測儀器，并保證滿足力矩控制過程所需的相關(guān)環(huán)境要求。同時定期對力矩扳手校準(zhǔn)儀器進(jìn)行檢查和維護，及時對設(shè)備和工具進(jìn)行檢修和調(diào)整，保證工具和儀器的測量精度。

防錯追溯方面，力矩控制過程實施前編制力矩操作過程作業(yè)指導(dǎo)書、力矩扳手校準(zhǔn)記錄表以及力矩過程控制卡等文件下發(fā)操作者。操作者認(rèn)真閱讀作業(yè)指導(dǎo)書，并嚴(yán)格按照指導(dǎo)書的各項要求進(jìn)行操作;在力矩扳手的校準(zhǔn)過程中，如實將扳手編號、校準(zhǔn)結(jié)果、操作者及校準(zhǔn)時間等信息記錄于“力矩扳手校準(zhǔn)記錄表”中;在操作過程中，通過填寫“力矩過程控制卡”將每道工序中的目標(biāo)力矩值與使用的力矩扳手編號一一對應(yīng)記錄;當(dāng)某力矩扳手在校準(zhǔn)中在力矩過程實施后，操作者需做防松標(biāo)記。這樣，可以由防松標(biāo)記偏移或斷開判斷螺栓連接失效，根據(jù)過程控制卡可查詢完成此力矩值對應(yīng)使用的力矩扳手編號，然后可根據(jù)編號查詢校準(zhǔn)記錄表核查此力矩扳手的校準(zhǔn)狀態(tài)，從而形成一個完整的放錯追溯控制閉環(huán)。

5 結(jié)束語

在軌道車輛裝配工藝中，對螺紋連接的質(zhì)量有著高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)要求，所以正確選擇和使用力矩工具至關(guān)重要，同時對螺栓扭矩的有效控制直接關(guān)系到產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性。本文詳細(xì)介紹了基于扭矩擰緊法的帶力矩的螺栓緊固的校驗工具和工藝過程控制方法，有效地滿足了地鐵車輛的裝配要求。

參考文獻(xiàn)：

[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[J].裝備維修技術(shù)，2008，02：10-13.

[2]孫紀(jì)偉.螺栓裝配扭矩控制方法及其應(yīng)用分析[J].內(nèi)燃機與配件，2019，04：102-104.

[3]袁場，李振雯，魯建軍.軌道車輛產(chǎn)品裝配過程螺栓擰緊方法的探究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2015，02：19-21+18.

[4]韓潔，劉萍.螺栓自動擰緊機擰緊控制方法的探討[J].科技與企業(yè)，2013，07：300.