高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架螺栓防松技術(shù)研究

卜峰 李雪 李冰

中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司

高鐵轉(zhuǎn)向架作為列車安全運(yùn)行的保障，主要承擔(dān)了承載、牽引、緩沖、導(dǎo)向和制動(dòng)等功能。轉(zhuǎn)向架上裝配的制動(dòng)夾鉗，牽引電機(jī)，減振器均采用螺栓螺紋連接。

一、正確的螺栓設(shè)計(jì)

高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架主要包括構(gòu)架組成、輪對(duì)組成、懸掛系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)，這五大系統(tǒng)之問(wèn)的連接方式大多是螺栓連接，通常，連接螺栓規(guī)格為M 10、M 12、(M 14)、M 16、(M 18)、M 20、(M 22)、M 24、(M 27)、M 30、M 36，其中帶()的規(guī)格盡量不要選用。根據(jù)螺栓使用位置，分析螺栓的受力工況，設(shè)計(jì)出合適的強(qiáng)度等級(jí)，按照《碳素鋼和合金鋼緊固件的機(jī)械特性》(JISB 105 1-2000)，設(shè)計(jì)螺栓強(qiáng)度等級(jí)一般為4.6(或4.8)級(jí)、8.8級(jí)和10.9級(jí)，對(duì)于12.9級(jí)強(qiáng)度盡量不要選用，因?yàn)?2.9級(jí)強(qiáng)度螺栓易產(chǎn)生氫脆性導(dǎo)致的滯后性破壞。計(jì)算螺栓初始連接的軸力F=?i X A r，該力至少為載荷Wa所產(chǎn)生的最小連接力的1.2倍，即F≥1.2×Fc，以確保螺栓即使在外力的影響下也不會(huì)產(chǎn)生軸向松動(dòng)，如果不滿足F≥1|2×F c，則必須重新選擇螺栓規(guī)格。選螺栓規(guī)格型號(hào)后，還應(yīng)計(jì)算出恰當(dāng)?shù)氖┕づぞ?，不恰?dāng)?shù)氖┕づぞ夭粌H會(huì)導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致螺栓斷裂，會(huì)對(duì)運(yùn)行中的列車帶來(lái)重大的安全隱患，螺栓扭矩按如下公式計(jì)算：

公式中，表示力矩系數(shù)，它隨著螺紋牙型、是否添加螺紋潤(rùn)滑劑等條件不一而改變，這里不再詳述。F表示初始連接的軸力，d表示螺栓直徑。根據(jù)步計(jì)算，F(xiàn)應(yīng)為一個(gè)范圍值，因此得出的力矩T也為一個(gè)范圍，一般選擇范圍中間值作為施工扭矩T。

二、正確的螺栓安裝工藝

為了確保轉(zhuǎn)向架上連接螺栓不會(huì)在高速運(yùn)動(dòng)中松脫，在螺栓安裝時(shí)必須保證安裝工藝正確有效，對(duì)于有扭矩要求的螺栓一定要采用扭矩扳手進(jìn)行扭矩確認(rèn)，有條件時(shí)可采用扭矩扳手來(lái)進(jìn)行施工作業(yè)。目前，高速轉(zhuǎn)向架組裝主要采用傳統(tǒng)的機(jī)械式扭矩扳手，精度一般不超過(guò)±4%。隨著扭矩工具行業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)式、氣動(dòng)式等自動(dòng)化扭矩扳手也逐漸得到了運(yùn)用，由于自動(dòng)化工具使用起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，在這里主要探討如何正確使用機(jī)械式扭矩扳手。在使用扭矩扳手前，一定要先查看扭矩扳手是否經(jīng)過(guò)專業(yè)計(jì)量檢定部門檢定，且使用日期尚在檢定有效期內(nèi)，扭矩扳手屬于精密器具，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，即使長(zhǎng)期放置不使用，其內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生諸如老化、卡滯、銹蝕等變化，導(dǎo)致扭矩顯示出現(xiàn)偏差。因此，新的扭矩扳手在使用前和使用一段時(shí)間后(通常半年左右)，必須按期送至專業(yè)計(jì)量檢定部門進(jìn)行校準(zhǔn)，未校準(zhǔn)或者校準(zhǔn)不合格的扭矩扳手嚴(yán)禁用于轉(zhuǎn)向架組裝作業(yè)。使用扭矩扳手時(shí)，首先查看扭矩扳手上的示值窗口，調(diào)整到使用目標(biāo)的扭矩值，在調(diào)整過(guò)程中應(yīng)從較小值往較大值的方向進(jìn)行調(diào)整，如果調(diào)整過(guò)了目標(biāo)值，應(yīng)退回一段距離后再重新調(diào)整，切不可直接進(jìn)行回調(diào)，因?yàn)榕ぞ匕馐謨?nèi)部的絲杠機(jī)構(gòu)存在間隙，微動(dòng)回調(diào)僅能消除間隙，實(shí)際絲杠可能并未發(fā)生移動(dòng)。調(diào)整完畢后，將扭矩扳手套在螺栓頭部，應(yīng)保證扳手手柄長(zhǎng)度方向和螺栓軸線垂直，偏差不大于3。，施力方向與扳手手柄長(zhǎng)度方向垂直，偏差不大于1O。。在向扭矩扳手施加力矩的過(guò)程中，除了要保證施力過(guò)程平穩(wěn)外，還應(yīng)注意將施力點(diǎn)放置在扳手手柄中心，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，不管施力點(diǎn)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)位置前移或者后移，都會(huì)產(chǎn)生扭矩偏差?？s短施力力臂導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)生的力矩增大，相反，如果延長(zhǎng)施力力臂，則實(shí)際產(chǎn)生的力矩將減小，這一點(diǎn)尤為重要，切不可圖省力而人為地增加延長(zhǎng)桿來(lái)進(jìn)行螺栓扭矩施加作業(yè)。

三、防松技術(shù)應(yīng)用

防松技術(shù)采用摩擦防松，機(jī)械防松，以及永久防松形式，由于轉(zhuǎn)向架為保證運(yùn)行安全性經(jīng)常進(jìn)行零部件拆卸檢修，所以轉(zhuǎn)向架螺栓一般采用摩擦防松或者機(jī)械防松。

1.摩擦防松。摩擦防松是目前為止使用最為廣泛的螺栓防松技術(shù)，利用增大接觸面摩擦力的方式促使螺栓與螺母不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。增大接觸面摩擦力有兩種形式，第一種為增加螺紋副之間的摩擦力，典型的為使用彈簧墊片。利用彈簧墊片收口的彈力壓緊旋合的螺紋產(chǎn)生螺紋副接觸面之間壓力，使螺紋副之間的摩擦力增大。第二種為利用防松墊片的特殊結(jié)構(gòu)，典型的為NORDLOCK防松墊片。該墊片由兩片的墊圈組成一套，上墊片與下墊片帶有不同鋸齒。當(dāng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺母發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)墊片的鋸齒會(huì)抬升螺母，使連接面產(chǎn)生大的壓力增大摩擦力抑制螺母旋轉(zhuǎn)，使之不能松動(dòng)。

2.機(jī)械防松。機(jī)械防松指的是利用特殊結(jié)構(gòu)阻礙螺母與螺栓之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在高速轉(zhuǎn)向架上采用的較多的機(jī)械防松技術(shù)為捆綁防松鐵絲，利用螺栓頭部的防松鐵絲空，將防松鐵絲傳入，相鄰螺栓連接成8字防松鐵絲，可以有效利用鐵絲的拉力使螺栓保證一定的拉緊力，不會(huì)產(chǎn)生旋動(dòng)。除了利用防松鐵絲進(jìn)行機(jī)械防松以外，轉(zhuǎn)向架上使用較多的為止轉(zhuǎn)墊片進(jìn)行防松，利用止轉(zhuǎn)墊片伸出的舌頭阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

總之，轉(zhuǎn)向架作為高速鐵路的導(dǎo)向部件，其裝配質(zhì)量直接關(guān)系到列車運(yùn)行的安全穩(wěn)定。轉(zhuǎn)向架上的所有部件都用螺栓連接，螺栓連接的質(zhì)量是非常重要的。根據(jù)螺栓連接的特點(diǎn),并提出了常見(jiàn)的方式鎖定,摩擦和機(jī)械連接兩種類型的鎖定特殊性,兩種鎖定形式不會(huì)沖突在組裝結(jié)構(gòu),高速建議使用摩擦鎖定與機(jī)械鎖鎖的形式相結(jié)合,特別是鎖線的使用可以有效地確定螺栓松動(dòng)發(fā)生在運(yùn)行的過(guò)程中,建議增加鎖定標(biāo)記的時(shí)刻，必要時(shí)可提供鎖定過(guò)程中的目視檢查確認(rèn)。