螺栓防松技術在動車組轉向架上的應用

魏海霞+于孟+端木偉

摘要：螺栓聯接在動車組轉向架設計與制造中得到了普遍的應用。文章介紹了動車組轉向架螺栓聯接的幾種失效形式，結合螺栓防松原理，從多種工藝途徑闡述了螺栓防松技術在動車組轉向架上的應用。

關鍵詞：動車組；轉向架；螺栓聯接；防松技術

中圖分類號：U279 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0111-03

1 概述

螺栓聯接因其結構簡單、成本低廉、制造拆裝方便，具有多次重復使用的特點，在動車組轉向架設計與制造中得到了普遍的應用。轉向架作為動車組中最重要的組成之一，一個小小的螺栓松動就可能對整車的安全運行產生重大影響。筆者作為一名轉向架工藝師，以某型動車組為例，結合自身的經驗，簡要探討一下動車組轉向架中對于螺栓防松技術的應用情況。

2 防松失效的主要形式

對轉向架部件的螺紋聯接來說，引起螺紋聯接失效的形式一般有如下幾種：

2.1 聯接面變形產生松動

螺栓頭或螺母支撐面的接觸壓強很大時，或者被聯接件的表面剛度較小，被聯接件的表面在螺栓頭部或螺母的壓緊作用下會產生環狀壓陷。繼續使用過程中，由于塑性變形繼續發生，緊固長度內螺栓的拉伸力減小，螺母不回轉，聯接的預緊力也會降低。

2.2 螺母自動回轉引起的松動

動車組轉向架在較高速度的持續運行中，由于受長期變載、振動及沖擊，或者受環境溫度的升高、降低等條件影響，螺紋副的摩擦系數隨之變化，螺紋副和螺母支撐面處的摩擦力有時會瞬間消失，螺紋副無法滿足自鎖條件而使螺紋副間產生相對滑動，導致螺母回轉，多次重復以后就會產生松動。

3 螺栓防松方法及應用

3.1 控制預緊力

預緊可以提高螺栓聯接的可靠性、防松能力及螺栓的疲勞強度，增強螺栓聯接的緊密型和剛性。因此，在轉向架部件組裝時，控制安裝預緊力是防止螺紋緊固件松動的經濟有效措施之一，這種方法利用螺紋的自鎖條件，不需要對螺栓、螺母結構做任何改動，通過保證合適的預緊力來防止螺栓聯接松動。在CRH2型動車組轉向架各部件組裝作業中，除了管卡座組裝作業以外，均采用控制預緊力的方式。根據緊固部件設計相應的扭矩值，實施時采用通用或專用扭力扳手進行扭矩確認來控制預緊力。在使用扭力扳手時，一般采用如下手段來控制預緊力。

3.1.1 定期計量要求。指針式扭力扳手、數顯式扭力扳手等屬于精密器具，內部結構較復雜，即使長期放置不使用，其內部也會產生諸如老化、卡滯、銹蝕等變化，導致扭矩顯示出現偏差，因此，扭矩扳手在使用前和使用一段時間后（通常半年左右），必須按期送至專業計量檢定部門進行校準，確保工具處于正常狀態，否則力矩就會出現偏差。

3.1.2 扭力扳手的選用。根據扳手的特性，緊固對象的扭力值應在扳手最大量程的20%到100%以內。因為扭矩扳手的指針在0到20%之間時，扳手內部彈簧剛開始發生形變，此處的扭矩值不穩定。以量程為320N.m的扭力扳手為例，其使用范圍應為320×20%～320N.m=64～320N.m。

3.1.3 扭力扳手的使用規則：

（1）正確的施力點。應保證扳手手柄長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度方向垂直，偏差不大于10°如圖1、圖2所示。

圖1 扭矩扳手放置位置

圖2 扭矩扳手施力方向

（2）正確的施力方向。在向扭矩扳手施加力矩的過程中，除了要保證施力過程平穩外，還應注意將施力點放置在扳手手柄中心，如圖3所示。

圖3 扭矩扳手施力點的選擇

3.1.4 正確的扭力緊固順序。成組螺栓、螺母擰緊時，應根據被聯接件的形狀和螺栓的分布情況，按一定順序分幾次擰緊（一般為2～3次）。長方形布置的成組螺栓或螺母，擰緊時應從中間開始，逐漸向兩邊對稱地擴展，圓形或方形布置的成組螺栓或螺母，應對稱擰緊。

3.1.5 做好緊固標記及防松標記。在螺栓擰緊過程中，為了不出現漏緊等問題，在螺栓施加預緊力后，要求使用油漆標記筆在規定位置做好標記，確保不出現漏緊或隨意變動。在實施最終力矩緊固后，還需涂打防松標記，防松標記作為螺栓聯接是否發生松動的重要檢查手段，在動車組轉向架組裝中得到了廣泛應用。

3.1.6 潤滑油脂的使用。試驗證明，在螺栓組裝之前，對螺栓螺紋部位涂抹一定的潤滑油脂，不但可以保護螺栓聯接時不對螺紋牙型造成損壞，還在一定程度上可以降低扳手力矩，改善螺栓承載狀態。在轉向架上，潤滑油脂一般用于無螺母的螺栓聯接。

3.2 摩擦防松法

摩擦防松法是通過聯接預緊的方式使擰緊的螺紋副之間存在一定的軸向壓力而保持一定的有摩擦阻力矩而達到防止聯接松脫的目的。常用的摩擦防松法主要包含如下幾種：

3.2.1 彈簧墊圈防松。螺母擰緊后，壓平墊圈產生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊，同時墊圈斜口的尖端抵住螺母與被聯接件間的支承面，也起到防松的作用，見圖4所示。此方法結構簡單，使用方便，在轉向架螺栓聯接中應用廣泛，但缺點是墊圈彈力不均，在受到重載、交變載荷沖擊下，防松效果一般。因此，在采用彈簧墊圈的同時，一般還附加彈性鋼絲輔助防松（見3.3.3條）。

圖4 彈簧墊圈防松 圖5 雙螺母防松

3.2.2 雙螺母防松。兩螺母對頂擰緊，使旋合螺紋間始終受附加壓力和摩擦力作用。工作載荷變動時，該摩擦力始終存在，下螺母受力較小，可薄些。此方法結構簡單，適用于平穩、低速、重載等固定裝置上的聯接，但因為安裝、拆卸等較單螺母結構復雜，且占用空間較大，在動車組轉向架上應用較少，而在客車、機車等轉向架上應用較多。見圖5。

3.2.3 自鎖螺母：

圖6 自鎖螺母endprint

動車組轉向架聯軸節安裝螺栓采用了一種類似于自鎖機構的螺母，墊圈與螺母聯接部位設計了斜形配合面，首先施加扭力緊固螺母，然后對螺母施加反向力矩，通過墊圈與螺母之間斜形金屬的壓緊產生對螺母的軸向反作用力，從而達到防松的目的。

3.3 機械防松

機械防松的原理是通過金屬止動零件阻止螺栓與螺母之間的相對轉動。轉向架上的主要應用有如下幾個方面。

3.3.1 止轉墊片。止動墊片其結構簡單可靠，但墊片只能一次性使用。主要形式有舌簧墊圈、止動墊圈等，見圖7。

圖7 舌簧墊圈、止轉墊圈

3.3.2 開口銷及開槽螺母。螺母擰緊后將開口銷穿入螺紋尾部小孔或螺母的槽內，并將開口銷尾扳開與螺母側面貼緊，從而起到防止松動的作用，其防松效果良好，可承受較大的載荷沖擊。

3.3.3 串聯鋼絲。將低碳鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內，將各螺栓串聯，使其相互制動，從而預防松動。鋼絲防松結構簡單，可直接通過檢查鐵絲的狀態來判斷螺栓是否松動，轉向架上一般采用串聯鋼絲與彈簧墊圈組合的防松方式，以確保螺栓在安裝后長期運行中的可靠性。

機械防松因其結構簡單、可靠的優點，已成為目前動車組轉向架螺栓防松的主要方式。

3.4 不可拆卸防松方法

通指采用沖鉚、焊接、膠粘等方式，消除螺紋副相對運動關系，使其變成非運動副，防松性能好，但操作繁瑣，受人為因素影響大，且不可拆卸，因動車組轉向架大部分部件需拆卸檢修，故該方法在轉向架上很少應用。

3.5 螺紋鎖固劑的使用

螺紋鎖固劑主要指將螺栓、螺母清洗干凈后使用鎖固膠涂抹于螺紋聯接處，具有液體凝固后自動防松的特點，一般應用于后期拆卸少的小尺寸螺栓，在動車組轉向架上暫時沒有應用，但在某些地鐵、客車轉向架上該防松方法得到了廣泛的應用。

4 結語

轉向架作為動車組的行走部，其重要性尤為突出。作為各部件組裝的主要聯接方式，國內動車組轉向架的螺栓防松技術還有很大的提升空間。隨著國家科學技術的進步，相信越來越多新型的螺栓防松方法將會逐步出現在動車組轉向架制造上，從而為人們提供更為舒適、安全的動車組產品。

參考文獻

[1] 姚敏茹.螺紋聯接防松技術的研究應用與發展

[J].機械加工工藝與裝備，2006，（6）.

[2] 侯亞萍.螺紋聯接的防松方法[J].機械工程師，

2010，（7）.

[3] 彭磊.聯接螺栓的預緊力和防松[J].船舶，

2009，（10）.

[4] 205工藝技術標準.預置式扭力扳手使用指南（Q/

SF65-077-2011）[S].2011，8.

[5] 國際標準化組織.螺釘和螺母用裝配工具手動扭矩

工具設計合格試驗，質量合格試驗的技術條件和試

驗方法及檢定程序（ISO6789-2003）（英文）[S].

[6] 華軍.螺紋潤滑狀態改變對螺栓預緊力矩影響的分

析[J].機械車輛工藝，2009，12.

作者簡介：魏海霞（1973—），女，甘肅蘭州人，中國南車青島四方機車車輛股份有限公司工程師，研究方向：高速動車組轉向架檢修方面。endprint

動車組轉向架聯軸節安裝螺栓采用了一種類似于自鎖機構的螺母，墊圈與螺母聯接部位設計了斜形配合面，首先施加扭力緊固螺母，然后對螺母施加反向力矩，通過墊圈與螺母之間斜形金屬的壓緊產生對螺母的軸向反作用力，從而達到防松的目的。

3.3 機械防松

機械防松的原理是通過金屬止動零件阻止螺栓與螺母之間的相對轉動。轉向架上的主要應用有如下幾個方面。

3.3.1 止轉墊片。止動墊片其結構簡單可靠，但墊片只能一次性使用。主要形式有舌簧墊圈、止動墊圈等，見圖7。

圖7 舌簧墊圈、止轉墊圈

3.3.2 開口銷及開槽螺母。螺母擰緊后將開口銷穿入螺紋尾部小孔或螺母的槽內，并將開口銷尾扳開與螺母側面貼緊，從而起到防止松動的作用，其防松效果良好，可承受較大的載荷沖擊。

3.3.3 串聯鋼絲。將低碳鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內，將各螺栓串聯，使其相互制動，從而預防松動。鋼絲防松結構簡單，可直接通過檢查鐵絲的狀態來判斷螺栓是否松動，轉向架上一般采用串聯鋼絲與彈簧墊圈組合的防松方式，以確保螺栓在安裝后長期運行中的可靠性。

機械防松因其結構簡單、可靠的優點，已成為目前動車組轉向架螺栓防松的主要方式。

3.4 不可拆卸防松方法

通指采用沖鉚、焊接、膠粘等方式，消除螺紋副相對運動關系，使其變成非運動副，防松性能好，但操作繁瑣，受人為因素影響大，且不可拆卸，因動車組轉向架大部分部件需拆卸檢修，故該方法在轉向架上很少應用。

3.5 螺紋鎖固劑的使用

螺紋鎖固劑主要指將螺栓、螺母清洗干凈后使用鎖固膠涂抹于螺紋聯接處，具有液體凝固后自動防松的特點，一般應用于后期拆卸少的小尺寸螺栓，在動車組轉向架上暫時沒有應用，但在某些地鐵、客車轉向架上該防松方法得到了廣泛的應用。

4 結語

轉向架作為動車組的行走部，其重要性尤為突出。作為各部件組裝的主要聯接方式，國內動車組轉向架的螺栓防松技術還有很大的提升空間。隨著國家科學技術的進步，相信越來越多新型的螺栓防松方法將會逐步出現在動車組轉向架制造上，從而為人們提供更為舒適、安全的動車組產品。

參考文獻

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[6] 華軍.螺紋潤滑狀態改變對螺栓預緊力矩影響的分

析[J].機械車輛工藝，2009，12.

作者簡介：魏海霞（1973—），女，甘肅蘭州人，中國南車青島四方機車車輛股份有限公司工程師，研究方向：高速動車組轉向架檢修方面。endprint

動車組轉向架聯軸節安裝螺栓采用了一種類似于自鎖機構的螺母，墊圈與螺母聯接部位設計了斜形配合面，首先施加扭力緊固螺母，然后對螺母施加反向力矩，通過墊圈與螺母之間斜形金屬的壓緊產生對螺母的軸向反作用力，從而達到防松的目的。

3.3 機械防松

機械防松的原理是通過金屬止動零件阻止螺栓與螺母之間的相對轉動。轉向架上的主要應用有如下幾個方面。

3.3.1 止轉墊片。止動墊片其結構簡單可靠，但墊片只能一次性使用。主要形式有舌簧墊圈、止動墊圈等，見圖7。

圖7 舌簧墊圈、止轉墊圈

3.3.2 開口銷及開槽螺母。螺母擰緊后將開口銷穿入螺紋尾部小孔或螺母的槽內，并將開口銷尾扳開與螺母側面貼緊，從而起到防止松動的作用，其防松效果良好，可承受較大的載荷沖擊。

3.3.3 串聯鋼絲。將低碳鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內，將各螺栓串聯，使其相互制動，從而預防松動。鋼絲防松結構簡單，可直接通過檢查鐵絲的狀態來判斷螺栓是否松動，轉向架上一般采用串聯鋼絲與彈簧墊圈組合的防松方式，以確保螺栓在安裝后長期運行中的可靠性。

機械防松因其結構簡單、可靠的優點，已成為目前動車組轉向架螺栓防松的主要方式。

3.4 不可拆卸防松方法

通指采用沖鉚、焊接、膠粘等方式，消除螺紋副相對運動關系，使其變成非運動副，防松性能好，但操作繁瑣，受人為因素影響大，且不可拆卸，因動車組轉向架大部分部件需拆卸檢修，故該方法在轉向架上很少應用。

3.5 螺紋鎖固劑的使用

螺紋鎖固劑主要指將螺栓、螺母清洗干凈后使用鎖固膠涂抹于螺紋聯接處，具有液體凝固后自動防松的特點，一般應用于后期拆卸少的小尺寸螺栓，在動車組轉向架上暫時沒有應用，但在某些地鐵、客車轉向架上該防松方法得到了廣泛的應用。

4 結語

轉向架作為動車組的行走部，其重要性尤為突出。作為各部件組裝的主要聯接方式，國內動車組轉向架的螺栓防松技術還有很大的提升空間。隨著國家科學技術的進步，相信越來越多新型的螺栓防松方法將會逐步出現在動車組轉向架制造上，從而為人們提供更為舒適、安全的動車組產品。

參考文獻

[1] 姚敏茹.螺紋聯接防松技術的研究應用與發展

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2009，（10）.

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SF65-077-2011）[S].2011，8.

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析[J].機械車輛工藝，2009，12.

作者簡介：魏海霞（1973—），女，甘肅蘭州人，中國南車青島四方機車車輛股份有限公司工程師，研究方向：高速動車組轉向架檢修方面。endprint