鐵路客車軸端防松片失效分析及改進(jìn)探究

要想確保鐵路運(yùn)行安全， 作為鐵路客車運(yùn)行關(guān)鍵性部件的轉(zhuǎn)向架， 在生產(chǎn)的過程中， 應(yīng)高度重視各種零部件的組裝工序是否規(guī)范， 這對車輛正式運(yùn)行時(shí)的安全具有非常重要的作用。 對于轉(zhuǎn)向架而言， 輪對軸承組裝是其生產(chǎn)中的主要工序， 組裝時(shí)的工藝技術(shù)以及所有零部件的質(zhì)量都與車輛運(yùn)行時(shí)的安全、 舒適性息息相關(guān)。 對防松片來說， 它是車輛輪對滾動(dòng)軸承定位的主要部件， 一旦防松片的質(zhì)量出現(xiàn)問題無法起到防松作用， 造成軸端螺栓松動(dòng)， 會(huì)使?jié)L動(dòng)軸承無法實(shí)現(xiàn)定位， 嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致切軸事故。 由此可見， 防松片對整個(gè)輪對軸箱的質(zhì)量至關(guān)重要， 防松效果直接影響車輛的運(yùn)行安全。

1 現(xiàn)用防松片失效分析

目前， 客車軸端防松片生產(chǎn)使用均采用鐵道部TB 1480—1983 《車輛滾動(dòng)軸承用防松片》標(biāo)準(zhǔn)， 技術(shù)要術(shù)規(guī)定防松片要由A2、 B1、 B2鋼制造。 現(xiàn)階段對客車使用的防松片根據(jù)鐵道部的相關(guān)技術(shù)要求， 對其表面需要實(shí)施磷化處理，磷化后必須對軸端防松片涂防銹油脂， 磷化層厚度5um～15um。

依據(jù)以往因防松片質(zhì)量問題造成的行車安全事故， 對軸端滾動(dòng)軸箱裝置加以分析， 導(dǎo)致行車安全問題的因素關(guān)鍵是軸端防松片失效， 出現(xiàn)失效的形式分析如下： 具體使用時(shí)保證所有的壓腳翹起， 處于放松位置， 并且防松片只能一次性使用。 在實(shí)際使用過程中需要將每一個(gè)止耳都要翹起， 為了起到有效的防松作用必須將止耳緊密貼在軸端螺栓頭上。 而軸端螺栓頭的一個(gè)止耳可以翹起， 而其中的一個(gè)止耳必須密貼于角部內(nèi)側(cè)，其他的軸端螺栓用防松鐵絲和彈簧墊圈防松。 防松鐵絲先將軸端螺栓緊固， 再將彈簧墊圈壓緊，然后把三個(gè)螺栓用擰緊防松鐵絲連接， 并以串聯(lián)的形式連接起來， 鐵絲的標(biāo)準(zhǔn)長度為1.6mm 至2mm 之間， 以避免軸端螺栓位移。 車軸端防松片每個(gè)角部內(nèi)側(cè)各有兩個(gè)止耳， 實(shí)際上只有一個(gè)止耳在起作用。

防松片的使用雖然起到了防松作用， 但在使用中逐漸顯出弊端， 其中最明顯的問題是防松片止耳結(jié)構(gòu)的不合理。

我們知道車輛滾動(dòng)軸承防松裝置的防松作用， 是依托在軸端螺栓預(yù)緊力的基礎(chǔ)上， 再加以防松片來實(shí)現(xiàn)的， 軸端螺栓的預(yù)緊力對滾動(dòng)軸承防松裝置的防松效果起著至關(guān)重要的作用， 當(dāng)螺栓松動(dòng)預(yù)緊力發(fā)生變化時(shí)對止耳防松有一定的影響。 螺栓松動(dòng)預(yù)緊力的特點(diǎn)是當(dāng)快速提高預(yù)壓力時(shí)， 螺栓松動(dòng)的預(yù)緊力反而以相同的速度下降，也就是說預(yù)壓力的快速上升將造成螺栓松動(dòng)預(yù)緊力發(fā)生改變， 通過預(yù)緊的壓力使螺栓的螺紋之間相互摩擦， 依托螺紋間產(chǎn)生的摩擦力來防止螺栓松動(dòng)， 從而有效促使軸端螺栓預(yù)緊力的防松作用充分發(fā)揮， 達(dá)到其預(yù)緊螺栓的理想防松效果。

防松片的止耳結(jié)構(gòu)不合理對防松片的防松效果也會(huì)產(chǎn)生舉足輕重的影響， 如果止耳的結(jié)構(gòu)存在問題， 就會(huì)使防松片失效， 這個(gè)問題在現(xiàn)場作業(yè)中也經(jīng)常發(fā)生。 如果當(dāng)螺栓頭部六方面松動(dòng)而兩片止耳恰又在松動(dòng)的半面上時(shí)， 則兩片止耳就無法起到防松的作用。 另一種狀況是一片止耳在螺栓六方棱上， 而另一片緊貼于螺栓頭部六方面松動(dòng)的半面， 止耳根本不起作用。 所以， 無論是雙片止耳結(jié)構(gòu)還是單片止耳結(jié)構(gòu)的防松片， 只要止耳貼于螺栓頭部六面松動(dòng)的半面上， 止耳都不會(huì)起到防松作用。

防松片整體剛度欠缺也會(huì)影響防松片的防松效果， 尤其是當(dāng)剛度不足時(shí)邊框很容易發(fā)生變形。 目前軸端防松裝置上采用的防松片是用在滾動(dòng)軸承輪對上（無軸箱圓錐形滾動(dòng)軸承）， 極大地限制了結(jié)構(gòu)空間。 因?yàn)楫?dāng)其用于滾動(dòng)軸承輪對上時(shí)， 為了獲取防松片j 角部松動(dòng)的參數(shù)， 需要讀取防松片標(biāo)志板的內(nèi)容， 但這樣也會(huì)造成防松片j 角部之間邊框變形打卷。 造成這種現(xiàn)象的主要原因是： 軸端壓蓋防松片與螺栓的六個(gè)角沒有形成徹底的密貼， 在車輛行駛的過程中， 一條螺栓松動(dòng)而竄出， 軸承的承向竄動(dòng)量快速增大， 迫使其他兩條螺栓隨之松動(dòng)， 從而使軸箱的前蓋與軸承的壓蓋之間直接接觸。 軸承承向竄動(dòng)量增大造成其產(chǎn)生摩擦， 進(jìn)而使軸溫升高。 若防松片整體強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求， 當(dāng)緊固軸端螺栓的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)上面所述的問題， 但有時(shí)候止耳角部也會(huì)在兩個(gè)邊框處出現(xiàn)打卷現(xiàn)象， 造成止耳的位置向角部轉(zhuǎn)動(dòng)， 導(dǎo)致止耳難以翹起， 這個(gè)問題在日常作業(yè)的過程中?？梢钥吹健?/p>

防松片的剛度對防松效果的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用， 防松片整體剛度欠缺， 嚴(yán)重的狀況下會(huì)造成軸端防松片失效。 由于防松片止耳結(jié)構(gòu)的制約， 雙止耳位置對螺栓緊固位置也會(huì)產(chǎn)生限制， 這個(gè)時(shí)候在現(xiàn)場操作的過程中會(huì)出現(xiàn)兩種狀況， 一種是軸端防松片的螺栓擰緊力矩滿足螺栓緊牢的設(shè)計(jì)要求時(shí)， 若恰在此時(shí)軸端螺栓頭部六方面處于止耳翹起不方便的位置， 要想達(dá)到方便止耳順利翹起的目地， 則會(huì)反復(fù)對軸端螺栓實(shí)施緊固， 無論緊固力過大還是過小， 對防松片的防松效果都將產(chǎn)生不利的影響； 再就是當(dāng)軸端螺栓擰緊力矩還沒有達(dá)到緊固的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 但是已經(jīng)接近緊固的要求時(shí)， 若軸端螺栓頭部六方面恰好處于方便止耳翹起的位置， 此時(shí)再給螺栓施以緊固力， 錯(cuò)過一點(diǎn)方便翹起的位置， 將會(huì)阻礙止耳的翹起。 因此， 為了止耳翹起便利， 不會(huì)再緊固軸端螺栓。

2 防松片改進(jìn)措施

防松片的結(jié)構(gòu)不合理， 達(dá)不到預(yù)期的防松效果， 保證不了軸端滾動(dòng)軸承的定位， 防松能力欠缺， 會(huì)對鐵路客車安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威肋。 因此， 要對軸端防松片進(jìn)行改進(jìn)。 對防松片的改造工作必須在保證基本尺寸不變的狀況下實(shí)施， 可以采用雙重防松的方式， 使軸端防松片起到防松的作用。 采用在防松片上增加彈簧的方式也能夠有效達(dá)到防松作用， 這種方式實(shí)際上是對軸端螺栓采取的雙重防松， 它是采用彈簧墊圈與防松片同步實(shí)施防松以達(dá)到防松的目地。 另外， 可以采用調(diào)整防松片的材料以達(dá)到防松作用， 通過增加防松片的強(qiáng)度， 增加所有止耳的翹起高度、 邊框?qū)挾龋?都能解決軸端滾動(dòng)軸承防松片的松動(dòng)問題。 具體技術(shù)方法是三個(gè)角部內(nèi)側(cè)設(shè)置寬度為30mm 的單片止耳， 將止耳的翹起高度在原有高度的基礎(chǔ)上增加至20mm 左右， 防松片邊框?qū)挾仍谠袑挾鹊幕A(chǔ)上增加至10mm 左右， 方便止耳更加有效地密切貼腹于軸端螺栓的頭頂部， 確保防松片在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象。 還可以采用將整體防松片進(jìn)行改型， 把整體更改為三個(gè)獨(dú)立的防松片， 對止耳的結(jié)構(gòu)和形狀不斷實(shí)施優(yōu)化， 并對止耳翹起的位置進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能保證螺栓頭部的六角面和全部的止耳正位緊貼。 實(shí)際運(yùn)用時(shí)， 如果出現(xiàn)不能夠正位的情況， 則需要沿螺栓頭六方面根部翹起止耳， 需要注意的是斜向翹起止耳， 這樣無論螺栓頭部六方面所處的位置在哪一個(gè)面上都能夠得到與止耳緊貼的保障， 真正起到防松的作用。 現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，采用單止耳在角部內(nèi)側(cè)翹起更有利于作業(yè)。

3 轉(zhuǎn)向架螺栓防松技術(shù)應(yīng)用

對螺栓采取有效的防松措施， 也能夠增強(qiáng)防松片的防松效果， 當(dāng)螺栓頭部的接觸壓強(qiáng)達(dá)到一定時(shí)， 被連接件表面在螺栓頭部壓緊作用下出現(xiàn)變形， 這個(gè)時(shí)候仍然使用， 緊固長度內(nèi)螺栓的拉伸力逐漸變?nèi)酰?造成聯(lián)接的預(yù)緊力降低。 轉(zhuǎn)向架作為客車至關(guān)重要的組成部件， 客車轉(zhuǎn)向架在高速持續(xù)行駛時(shí)， 受環(huán)境溫度的變化影響， 螺紋副無法滿足自鎖條件反復(fù)多次后產(chǎn)生松動(dòng)， 而對于螺母摩擦系數(shù)發(fā)生變化后甚至?xí)查g消失， 螺紋副的滑動(dòng)造成螺母回轉(zhuǎn)繼續(xù)使用將出現(xiàn)松動(dòng)。 采取控制預(yù)緊力的方法提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。 在轉(zhuǎn)向架部件組成時(shí)， 為了更好的避免螺紋緊固件松動(dòng)采用控制安裝預(yù)緊力， 這是最為行之有效的途徑， 通過確保合適的預(yù)緊力， 即可實(shí)現(xiàn)防止螺栓聯(lián)接松動(dòng)的目標(biāo)。 轉(zhuǎn)向架的組裝作業(yè)中， 采用控制預(yù)緊力的辦法， 注意的是管卡座組裝作業(yè)不適合這種辦法。 在確定了相應(yīng)的扭矩值后， 然后具體對扭矩實(shí)施確認(rèn)以此控制預(yù)緊力。 為了達(dá)到控制預(yù)緊力通常采用定期計(jì)量的方法， 所應(yīng)用的計(jì)量器具屬于精密儀器， 數(shù)顯式扭力扳手內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 這種具高精度、 高質(zhì)量為一體的計(jì)量器具， 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在長時(shí)間不使用的狀況下， 也會(huì)出現(xiàn)卡滯、 老化、 銹蝕質(zhì)量上的問題， 長期放置會(huì)使扭矩顯示產(chǎn)生偏差。 通常以半年時(shí)間為基準(zhǔn)， 按期對扭力扳手實(shí)施計(jì)量檢定， 防止力矩產(chǎn)生誤差。

螺栓擰緊的過程中， 必須在規(guī)定的位置做好緊固防松標(biāo)記， 進(jìn)行最終的力矩緊固后， 還需要涂打防松記號， 在開始與最終緊固的中間環(huán)節(jié)必須做防松標(biāo)記， 其目地是為了保證不出現(xiàn)隨意變動(dòng)現(xiàn)象， 這也是檢查螺栓聯(lián)接松動(dòng)與否的關(guān)鍵方法。 為了改善螺栓承載狀態(tài)， 需要對螺栓螺紋部位涂抹潤滑油脂。

在螺栓防松方面可以采用摩擦防松法、 機(jī)械防松法、 不可拆卸防松方法等方式進(jìn)行。 對于雙螺母防松， 由于雙螺母的安裝、 拆卸要復(fù)雜一些， 在客車轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用較少。 對于自鎖螺母施加扭力緊固螺母， 當(dāng)緊固后對螺母施以反向力矩， 利用斜形金屬的軸向反作用力， 實(shí)現(xiàn)對軸端螺栓的防松。 對于機(jī)械防松， 轉(zhuǎn)向架上主要應(yīng)用止轉(zhuǎn)墊片， 具有良好的防松效果。 采用串聯(lián)鋼絲與彈簧墊圈聯(lián)手的形式對轉(zhuǎn)向架螺栓實(shí)施防松，能有效保證螺栓安裝后延長使用周期， 在長期運(yùn)行中的穩(wěn)定性和可靠性也都能得到保障， 它是將各螺栓串聯(lián)， 通過各螺栓之間的互相制動(dòng)實(shí)現(xiàn)防松作用， 這種方法防松結(jié)構(gòu)簡單， 是現(xiàn)階段客車轉(zhuǎn)向架螺栓防松主要采用的一種方式。 對于不可拆卸防松方法， 運(yùn)用這種方法的轉(zhuǎn)向架螺栓， 雖然防松性能好， 卻受人為因素的影響很大， 操作繁瑣， 在有些客車轉(zhuǎn)向架上也得到應(yīng)用。

4 結(jié)語

隨著客車的提速， 將客車運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不安全隱患提前設(shè)想， 針對可能出現(xiàn)的各種隱患提出防范解決的策略， 以精益求精的工作態(tài)度，不斷完善現(xiàn)場工藝的更新、 改進(jìn)， 通過確保行車安全來保護(hù)人們的財(cái)產(chǎn)和人身安全， 將可能出現(xiàn)的威脅消除在搖籃里。

中華人民共和國工業(yè)和信息化部公告2019 年第48 號 （節(jié)選機(jī)械行業(yè)計(jì)量技術(shù)規(guī)范部分）