Ⅱ型彈條扣件緊固螺栓新型防松機(jī)構(gòu)技術(shù)研究

賢慧

摘 要：彈條扣件功能是將鋼軌與下部結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)并固定，使軌道形成可靠的整體結(jié)構(gòu)。但是，彈條扣件功能的發(fā)揮需要通過(guò)緊固螺栓才能實(shí)現(xiàn)，因此，緊固螺栓的防松工作就顯得十分重要。目前，主要使用的三種防松機(jī)構(gòu)均存在不同程度的不足，為此研究一種防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型機(jī)構(gòu)是十分必要的。簡(jiǎn)要介紹了防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型防松機(jī)構(gòu)的技術(shù)研究過(guò)程。

關(guān)鍵詞：彈條扣件；螺栓；防松；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0016-02

彈條扣件的功能是將鋼軌下部結(jié)構(gòu)固定，使軌道形成穩(wěn)定、可靠的整體結(jié)構(gòu)，但是，彈條扣件的功能的發(fā)揮需要通過(guò)緊固螺栓才能實(shí)現(xiàn)。在列車(chē)長(zhǎng)期運(yùn)行、震動(dòng)的條件下，緊固螺栓的防松就顯得十分重要，因?yàn)槁菟ㄒ坏┧蓜?dòng)，就會(huì)影響到軌道結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，同時(shí)，也會(huì)造成一定的安全隱患。目前，使用的三種防松機(jī)構(gòu)均存在不足，為此，以Ⅱ型彈條用防松機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，以研究出一種防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型防松機(jī)構(gòu)。

1 緊固螺栓防松機(jī)構(gòu)使用現(xiàn)狀

目前，用于Ⅱ型彈條扣件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“彈條”）螺栓的緊固機(jī)構(gòu)主要有三種。

1.1 平墊圈+普通螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是防松效果較差，在列車(chē)運(yùn)行的強(qiáng)烈震動(dòng)下，需要定期人工復(fù)緊，增加了維護(hù)的工作量。

1.2 限位板+特種防松螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是限位板先將彈條扣件按固定扭矩?cái)Q緊，使彈條達(dá)到設(shè)計(jì)彈程，同時(shí)，為上部特種防松螺母大扭矩施擰提供一個(gè)剛性平臺(tái)。因?yàn)樘胤N防松螺母需要大扭矩才能發(fā)揮防松效果，所以，該機(jī)構(gòu)需要兩種規(guī)格的扳手施擰，緊固工序復(fù)雜。防松螺母螺紋需要專(zhuān)用絲錐加工，雙螺母結(jié)構(gòu)成本偏高。

1.3 固班螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是螺母下部連有法蘭盤(pán)，在法蘭盤(pán)底部設(shè)有4個(gè)橢圓形凹槽，依靠凹槽卡住彈條，從而防止螺母松動(dòng)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是螺母在緊固過(guò)程中，凸棱與彈條頂部之間會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，從而對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害，同時(shí)，彈條超壓情況也比較嚴(yán)重。

2 研究目的

根據(jù)以上防松機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，確定此課題研究目的：①防松效果良好，性能穩(wěn)定；②墊圈底部與彈條頂部之間無(wú)相對(duì)位移，不會(huì)對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害。

3 波浪型弧面新型防松機(jī)構(gòu)的組成

是由防轉(zhuǎn)墊圈和防松螺母組成。

3.1 防轉(zhuǎn)墊圈

在墊圈底部，彈條頂部中心

線的對(duì)應(yīng)位置設(shè)有2個(gè)弧形凹槽，

彈條頂部可嵌入弧形凹槽中，底

部結(jié)構(gòu)可以使墊圈底面與彈條頂

部緊密貼合、固定，不會(huì)與螺母跟轉(zhuǎn)。

在墊圈頂面設(shè)有按圓周偶數(shù)等分的波浪型弧面，波浪型弧面的矢度大小直接影響防松效果。

3.2 防松螺母

防松螺母的特征：①螺母采用普通公制螺紋；②螺母底部連有法蘭盤(pán)，其直徑與墊圈相同；③法蘭盤(pán)底面同樣設(shè)有與墊圈頂面一致的波浪型弧面；④螺母上部可設(shè)或不設(shè)帽型結(jié)構(gòu)。

4 防松原理

在緊固過(guò)程中，防松螺母底面與防轉(zhuǎn)墊圈頂面之間的波浪型弧面相對(duì)旋轉(zhuǎn)。利用4對(duì)弧面波峰與波谷嚙合的制約條件，同時(shí)借助彈條的反作用力，即使受到列車(chē)運(yùn)行的強(qiáng)烈振動(dòng)，也能有效阻止防轉(zhuǎn)墊圈與防松螺母之間的相對(duì)錯(cuò)位，以保證緊固螺栓的軸向力不衰減，從而發(fā)揮了防松效果。

5 弧面接觸狀態(tài)與理論計(jì)算

5.1 三點(diǎn)接觸時(shí)螺母與墊圈弧面的接觸狀態(tài)

5.1.1 穩(wěn)定接觸狀態(tài)

螺母波峰與墊圈波谷相對(duì)（見(jiàn)圖2）為穩(wěn)定接觸狀態(tài)。在列車(chē)運(yùn)行的震動(dòng)條件下，螺母與墊圈相對(duì)固定，不會(huì)出現(xiàn)螺母波峰的移動(dòng)。

螺母波峰位于墊圈波峰的左側(cè)（見(jiàn)圖3），也可視為穩(wěn)定接觸狀態(tài)。因?yàn)樗粫?huì)出現(xiàn)螺母波峰滑移至墊圈波峰右側(cè)的情況。

5.1.2 不穩(wěn)定接觸狀態(tài)

圖4、圖5兩種均為不穩(wěn)定接觸狀態(tài)。在列車(chē)運(yùn)行震動(dòng)條件下，螺母波峰有可能向墊圈波峰右側(cè)滑移，此時(shí)，因?yàn)槁菽杆蓜?dòng)和弧面矢度下降而導(dǎo)致彈條彈程減小，所以，彈條扣壓力會(huì)下降。對(duì)此類(lèi)不穩(wěn)定接觸狀態(tài)需要采取相應(yīng)的處置措施，以防止彈條扣壓力小于限值。

對(duì)不穩(wěn)定接觸狀態(tài)的具體處置方法是：繼續(xù)對(duì)螺母施加右旋扭矩，將螺母波峰轉(zhuǎn)動(dòng)至墊圈波峰的左側(cè)，或在左側(cè)實(shí)現(xiàn)峰·谷相對(duì)。然而，此前彈條已處于三點(diǎn)接觸狀態(tài)，繼續(xù)施加右旋扭矩會(huì)引起彈條超壓。因此，在采取處置措施時(shí)，應(yīng)對(duì)彈條超壓予以控制。彈條扣壓力下降和超壓量值都與弧面矢度有直接關(guān)系。

5.2 不同矢度弧面的理論計(jì)算

按彈條已三點(diǎn)接觸的最不利條件，分析不同矢度弧面的螺母在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中引起彈條扣壓力的升降或?qū)棗l產(chǎn)生的超壓情況。

計(jì)算條件是：①?gòu)棗l已達(dá)到三點(diǎn)接觸，彈程為10 mm，扣壓力為9.935 kN，彈條最大應(yīng)力為1 470 MPa。此時(shí)，將螺母的位置設(shè)定為基準(zhǔn)面，如果螺母松動(dòng)，則基準(zhǔn)面上升，彈條彈程減小量是螺母上升量的1倍﹔如果螺母繼續(xù)右旋，則基準(zhǔn)面下降，此時(shí)，在螺栓中心處對(duì)彈條的超壓等于螺母的下壓量；②彈條扣壓力不得低于7.5 kN；③出現(xiàn)超壓情況時(shí)，彈條最大應(yīng)力不得大于1 600 MPa；④選擇0.5 mm、0.7 mm和1.0 mm三種不同矢度的弧面，在對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)處置的過(guò)程中，進(jìn)行彈條扣壓力和最大應(yīng)力的理論計(jì)算。 5.3 理論計(jì)算結(jié)果

將每個(gè)波峰上標(biāo)記9個(gè)點(diǎn)，詳見(jiàn)圖6，理論計(jì)算結(jié)果如下：①在彈條達(dá)到三點(diǎn)接觸時(shí)，最不利的接觸狀態(tài)是螺母與墊圈弧面處于峰·峰相對(duì)的狀態(tài)。此時(shí)，如果任其由點(diǎn)①滑向點(diǎn)⑤（除矢度1.0 mm外），彈條扣壓力均大于7.5 kN，而且大都在7.7～9.87 kN之間，扣壓力滿足要求。②如果將螺母波峰由點(diǎn)①轉(zhuǎn)動(dòng)至點(diǎn)⑨，達(dá)到峰·谷相對(duì)的穩(wěn)定接觸狀態(tài)，彈條扣壓力在8.69～9.87 kN之間，同時(shí)，彈條未出現(xiàn)超壓，是安全的。③將螺母波峰由點(diǎn)②③轉(zhuǎn)動(dòng)至點(diǎn)⑨，彈條扣壓力均大于7.5 kN，除了個(gè)別點(diǎn)外，彈條雖有超壓，但均未超過(guò)限值，是安全的。④螺母波峰已處于點(diǎn)④⑤，如果再繼續(xù)施加右旋扭矩，將其轉(zhuǎn)動(dòng)至墊圈波峰左側(cè)的波谷，在此過(guò)程中均會(huì)對(duì)彈條產(chǎn)生超過(guò)限值的超壓，所以，要避免采取這種不合理的處置措施。

以上理論計(jì)算是在彈條三點(diǎn)接觸最不利的條件下進(jìn)行的。在組裝時(shí)，可要求在彈條中肢與軌距調(diào)整塊（軌距檔板）頂面間留有0.5～1.0 mm的間隙。此時(shí)，彈條彈程為9.5～9.0 mm，對(duì)應(yīng)的扣壓力為9.435～8.938 kN，均大大7.5 kN，同時(shí)，要預(yù)留出0.25～0.5 mm的超壓空間。這是一項(xiàng)預(yù)防彈條超壓的有效措施，可以提高彈條使用的安全性。

6 弧面矢度的選擇

根據(jù)不同矢度弧面的理論計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)合Ⅱ型彈條扣壓力和超壓的特征、螺母擰入試驗(yàn)、工程試用組裝作業(yè)和制造工藝等因素，經(jīng)過(guò)綜合考慮，確定弧面的矢度應(yīng)控制在0.5～1.0 mm的范圍內(nèi)。

7 波浪型弧面防松機(jī)構(gòu)的性能檢測(cè)

防松檢測(cè)是委托國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行的。防松檢測(cè)是在扣件系統(tǒng)組裝狀態(tài)下進(jìn)行的，將Ⅱ型彈條、60 kg/m的鋼軌、軌下墊層和墊板進(jìn)行組裝，將組裝后的扣件系統(tǒng)與振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)聯(lián)接。

振動(dòng)參數(shù)為：頻率12.5 Hz、振幅±2 mm、振動(dòng)耐久1 500次。

振動(dòng)結(jié)束后，觀測(cè)波浪型防松螺母與防轉(zhuǎn)墊圈之間有無(wú)相對(duì)錯(cuò)位。檢測(cè)結(jié)果表明，螺母與墊圈之間無(wú)錯(cuò)位，螺母未松動(dòng)。

8 結(jié)論

由以上研究可知：①新型防松機(jī)構(gòu)采用普通公制螺紋，不需要特種絲錐，加工簡(jiǎn)單。在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)過(guò)程中，只需要一種規(guī)格的扳手，簡(jiǎn)化了緊固工序；墊圈底部與彈條頂部間無(wú)相對(duì)位移，不會(huì)對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害。②在試驗(yàn)室條件下，通過(guò)扣件系統(tǒng)組裝狀態(tài)下的防松檢測(cè)，表明新型防松機(jī)構(gòu)的防松性能優(yōu)于其他類(lèi)型的機(jī)構(gòu)。③建議加大上道運(yùn)營(yíng)考核進(jìn)度，進(jìn)一步驗(yàn)證新型防松機(jī)構(gòu)的防松效果。

參考文獻(xiàn)

[1]沈平.道岔新型扣件系統(tǒng)[G]//道岔技術(shù)創(chuàng)新論文集.北京：鐵道工程學(xué)報(bào)（增刊），2012.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本連接與緊固[M].第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]鐵道部第三設(shè)計(jì)院.道岔設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民鐵道出版社，1975.

〔編輯：白潔〕

摘 要：彈條扣件功能是將鋼軌與下部結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)并固定，使軌道形成可靠的整體結(jié)構(gòu)。但是，彈條扣件功能的發(fā)揮需要通過(guò)緊固螺栓才能實(shí)現(xiàn)，因此，緊固螺栓的防松工作就顯得十分重要。目前，主要使用的三種防松機(jī)構(gòu)均存在不同程度的不足，為此研究一種防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型機(jī)構(gòu)是十分必要的。簡(jiǎn)要介紹了防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型防松機(jī)構(gòu)的技術(shù)研究過(guò)程。

關(guān)鍵詞：彈條扣件；螺栓；防松；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0016-02

彈條扣件的功能是將鋼軌下部結(jié)構(gòu)固定，使軌道形成穩(wěn)定、可靠的整體結(jié)構(gòu)，但是，彈條扣件的功能的發(fā)揮需要通過(guò)緊固螺栓才能實(shí)現(xiàn)。在列車(chē)長(zhǎng)期運(yùn)行、震動(dòng)的條件下，緊固螺栓的防松就顯得十分重要，因?yàn)槁菟ㄒ坏┧蓜?dòng)，就會(huì)影響到軌道結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，同時(shí)，也會(huì)造成一定的安全隱患。目前，使用的三種防松機(jī)構(gòu)均存在不足，為此，以Ⅱ型彈條用防松機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，以研究出一種防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型防松機(jī)構(gòu)。

1 緊固螺栓防松機(jī)構(gòu)使用現(xiàn)狀

目前，用于Ⅱ型彈條扣件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“彈條”）螺栓的緊固機(jī)構(gòu)主要有三種。

1.1 平墊圈+普通螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是防松效果較差，在列車(chē)運(yùn)行的強(qiáng)烈震動(dòng)下，需要定期人工復(fù)緊，增加了維護(hù)的工作量。

1.2 限位板+特種防松螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是限位板先將彈條扣件按固定扭矩?cái)Q緊，使彈條達(dá)到設(shè)計(jì)彈程，同時(shí)，為上部特種防松螺母大扭矩施擰提供一個(gè)剛性平臺(tái)。因?yàn)樘胤N防松螺母需要大扭矩才能發(fā)揮防松效果，所以，該機(jī)構(gòu)需要兩種規(guī)格的扳手施擰，緊固工序復(fù)雜。防松螺母螺紋需要專(zhuān)用絲錐加工，雙螺母結(jié)構(gòu)成本偏高。

1.3 固班螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是螺母下部連有法蘭盤(pán)，在法蘭盤(pán)底部設(shè)有4個(gè)橢圓形凹槽，依靠凹槽卡住彈條，從而防止螺母松動(dòng)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是螺母在緊固過(guò)程中，凸棱與彈條頂部之間會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，從而對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害，同時(shí)，彈條超壓情況也比較嚴(yán)重。

2 研究目的

根據(jù)以上防松機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，確定此課題研究目的：①防松效果良好，性能穩(wěn)定；②墊圈底部與彈條頂部之間無(wú)相對(duì)位移，不會(huì)對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害。

3 波浪型弧面新型防松機(jī)構(gòu)的組成

是由防轉(zhuǎn)墊圈和防松螺母組成。

3.1 防轉(zhuǎn)墊圈

在墊圈底部，彈條頂部中心

線的對(duì)應(yīng)位置設(shè)有2個(gè)弧形凹槽，

彈條頂部可嵌入弧形凹槽中，底

部結(jié)構(gòu)可以使墊圈底面與彈條頂

部緊密貼合、固定，不會(huì)與螺母跟轉(zhuǎn)。

在墊圈頂面設(shè)有按圓周偶數(shù)等分的波浪型弧面，波浪型弧面的矢度大小直接影響防松效果。

3.2 防松螺母

防松螺母的特征：①螺母采用普通公制螺紋；②螺母底部連有法蘭盤(pán)，其直徑與墊圈相同；③法蘭盤(pán)底面同樣設(shè)有與墊圈頂面一致的波浪型弧面；④螺母上部可設(shè)或不設(shè)帽型結(jié)構(gòu)。

4 防松原理

在緊固過(guò)程中，防松螺母底面與防轉(zhuǎn)墊圈頂面之間的波浪型弧面相對(duì)旋轉(zhuǎn)。利用4對(duì)弧面波峰與波谷嚙合的制約條件，同時(shí)借助彈條的反作用力，即使受到列車(chē)運(yùn)行的強(qiáng)烈振動(dòng)，也能有效阻止防轉(zhuǎn)墊圈與防松螺母之間的相對(duì)錯(cuò)位，以保證緊固螺栓的軸向力不衰減，從而發(fā)揮了防松效果。

5 弧面接觸狀態(tài)與理論計(jì)算

5.1 三點(diǎn)接觸時(shí)螺母與墊圈弧面的接觸狀態(tài)

5.1.1 穩(wěn)定接觸狀態(tài)

螺母波峰與墊圈波谷相對(duì)（見(jiàn)圖2）為穩(wěn)定接觸狀態(tài)。在列車(chē)運(yùn)行的震動(dòng)條件下，螺母與墊圈相對(duì)固定，不會(huì)出現(xiàn)螺母波峰的移動(dòng)。

螺母波峰位于墊圈波峰的左側(cè)（見(jiàn)圖3），也可視為穩(wěn)定接觸狀態(tài)。因?yàn)樗粫?huì)出現(xiàn)螺母波峰滑移至墊圈波峰右側(cè)的情況。

5.1.2 不穩(wěn)定接觸狀態(tài)

圖4、圖5兩種均為不穩(wěn)定接觸狀態(tài)。在列車(chē)運(yùn)行震動(dòng)條件下，螺母波峰有可能向墊圈波峰右側(cè)滑移，此時(shí)，因?yàn)槁菽杆蓜?dòng)和弧面矢度下降而導(dǎo)致彈條彈程減小，所以，彈條扣壓力會(huì)下降。對(duì)此類(lèi)不穩(wěn)定接觸狀態(tài)需要采取相應(yīng)的處置措施，以防止彈條扣壓力小于限值。

對(duì)不穩(wěn)定接觸狀態(tài)的具體處置方法是：繼續(xù)對(duì)螺母施加右旋扭矩，將螺母波峰轉(zhuǎn)動(dòng)至墊圈波峰的左側(cè)，或在左側(cè)實(shí)現(xiàn)峰·谷相對(duì)。然而，此前彈條已處于三點(diǎn)接觸狀態(tài)，繼續(xù)施加右旋扭矩會(huì)引起彈條超壓。因此，在采取處置措施時(shí)，應(yīng)對(duì)彈條超壓予以控制。彈條扣壓力下降和超壓量值都與弧面矢度有直接關(guān)系。

5.2 不同矢度弧面的理論計(jì)算

按彈條已三點(diǎn)接觸的最不利條件，分析不同矢度弧面的螺母在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中引起彈條扣壓力的升降或?qū)棗l產(chǎn)生的超壓情況。

計(jì)算條件是：①?gòu)棗l已達(dá)到三點(diǎn)接觸，彈程為10 mm，扣壓力為9.935 kN，彈條最大應(yīng)力為1 470 MPa。此時(shí)，將螺母的位置設(shè)定為基準(zhǔn)面，如果螺母松動(dòng)，則基準(zhǔn)面上升，彈條彈程減小量是螺母上升量的1倍﹔如果螺母繼續(xù)右旋，則基準(zhǔn)面下降，此時(shí)，在螺栓中心處對(duì)彈條的超壓等于螺母的下壓量；②彈條扣壓力不得低于7.5 kN；③出現(xiàn)超壓情況時(shí)，彈條最大應(yīng)力不得大于1 600 MPa；④選擇0.5 mm、0.7 mm和1.0 mm三種不同矢度的弧面，在對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)處置的過(guò)程中，進(jìn)行彈條扣壓力和最大應(yīng)力的理論計(jì)算。 5.3 理論計(jì)算結(jié)果

將每個(gè)波峰上標(biāo)記9個(gè)點(diǎn)，詳見(jiàn)圖6，理論計(jì)算結(jié)果如下：①在彈條達(dá)到三點(diǎn)接觸時(shí)，最不利的接觸狀態(tài)是螺母與墊圈弧面處于峰·峰相對(duì)的狀態(tài)。此時(shí)，如果任其由點(diǎn)①滑向點(diǎn)⑤（除矢度1.0 mm外），彈條扣壓力均大于7.5 kN，而且大都在7.7～9.87 kN之間，扣壓力滿足要求。②如果將螺母波峰由點(diǎn)①轉(zhuǎn)動(dòng)至點(diǎn)⑨，達(dá)到峰·谷相對(duì)的穩(wěn)定接觸狀態(tài)，彈條扣壓力在8.69～9.87 kN之間，同時(shí)，彈條未出現(xiàn)超壓，是安全的。③將螺母波峰由點(diǎn)②③轉(zhuǎn)動(dòng)至點(diǎn)⑨，彈條扣壓力均大于7.5 kN，除了個(gè)別點(diǎn)外，彈條雖有超壓，但均未超過(guò)限值，是安全的。④螺母波峰已處于點(diǎn)④⑤，如果再繼續(xù)施加右旋扭矩，將其轉(zhuǎn)動(dòng)至墊圈波峰左側(cè)的波谷，在此過(guò)程中均會(huì)對(duì)彈條產(chǎn)生超過(guò)限值的超壓，所以，要避免采取這種不合理的處置措施。

以上理論計(jì)算是在彈條三點(diǎn)接觸最不利的條件下進(jìn)行的。在組裝時(shí)，可要求在彈條中肢與軌距調(diào)整塊（軌距檔板）頂面間留有0.5～1.0 mm的間隙。此時(shí)，彈條彈程為9.5～9.0 mm，對(duì)應(yīng)的扣壓力為9.435～8.938 kN，均大大7.5 kN，同時(shí)，要預(yù)留出0.25～0.5 mm的超壓空間。這是一項(xiàng)預(yù)防彈條超壓的有效措施，可以提高彈條使用的安全性。

6 弧面矢度的選擇

根據(jù)不同矢度弧面的理論計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)合Ⅱ型彈條扣壓力和超壓的特征、螺母擰入試驗(yàn)、工程試用組裝作業(yè)和制造工藝等因素，經(jīng)過(guò)綜合考慮，確定弧面的矢度應(yīng)控制在0.5～1.0 mm的范圍內(nèi)。

7 波浪型弧面防松機(jī)構(gòu)的性能檢測(cè)

防松檢測(cè)是委托國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行的。防松檢測(cè)是在扣件系統(tǒng)組裝狀態(tài)下進(jìn)行的，將Ⅱ型彈條、60 kg/m的鋼軌、軌下墊層和墊板進(jìn)行組裝，將組裝后的扣件系統(tǒng)與振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)聯(lián)接。

振動(dòng)參數(shù)為：頻率12.5 Hz、振幅±2 mm、振動(dòng)耐久1 500次。

振動(dòng)結(jié)束后，觀測(cè)波浪型防松螺母與防轉(zhuǎn)墊圈之間有無(wú)相對(duì)錯(cuò)位。檢測(cè)結(jié)果表明，螺母與墊圈之間無(wú)錯(cuò)位，螺母未松動(dòng)。

8 結(jié)論

由以上研究可知：①新型防松機(jī)構(gòu)采用普通公制螺紋，不需要特種絲錐，加工簡(jiǎn)單。在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)過(guò)程中，只需要一種規(guī)格的扳手，簡(jiǎn)化了緊固工序；墊圈底部與彈條頂部間無(wú)相對(duì)位移，不會(huì)對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害。②在試驗(yàn)室條件下，通過(guò)扣件系統(tǒng)組裝狀態(tài)下的防松檢測(cè)，表明新型防松機(jī)構(gòu)的防松性能優(yōu)于其他類(lèi)型的機(jī)構(gòu)。③建議加大上道運(yùn)營(yíng)考核進(jìn)度，進(jìn)一步驗(yàn)證新型防松機(jī)構(gòu)的防松效果。

參考文獻(xiàn)

[1]沈平.道岔新型扣件系統(tǒng)[G]//道岔技術(shù)創(chuàng)新論文集.北京：鐵道工程學(xué)報(bào)（增刊），2012.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本連接與緊固[M].第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]鐵道部第三設(shè)計(jì)院.道岔設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民鐵道出版社，1975.

〔編輯：白潔〕

摘 要：彈條扣件功能是將鋼軌與下部結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)并固定，使軌道形成可靠的整體結(jié)構(gòu)。但是，彈條扣件功能的發(fā)揮需要通過(guò)緊固螺栓才能實(shí)現(xiàn)，因此，緊固螺栓的防松工作就顯得十分重要。目前，主要使用的三種防松機(jī)構(gòu)均存在不同程度的不足，為此研究一種防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型機(jī)構(gòu)是十分必要的。簡(jiǎn)要介紹了防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型防松機(jī)構(gòu)的技術(shù)研究過(guò)程。

關(guān)鍵詞：彈條扣件；螺栓；防松；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0016-02

彈條扣件的功能是將鋼軌下部結(jié)構(gòu)固定，使軌道形成穩(wěn)定、可靠的整體結(jié)構(gòu)，但是，彈條扣件的功能的發(fā)揮需要通過(guò)緊固螺栓才能實(shí)現(xiàn)。在列車(chē)長(zhǎng)期運(yùn)行、震動(dòng)的條件下，緊固螺栓的防松就顯得十分重要，因?yàn)槁菟ㄒ坏┧蓜?dòng)，就會(huì)影響到軌道結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，同時(shí)，也會(huì)造成一定的安全隱患。目前，使用的三種防松機(jī)構(gòu)均存在不足，為此，以Ⅱ型彈條用防松機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，以研究出一種防松效果良好、性能穩(wěn)定的新型防松機(jī)構(gòu)。

1 緊固螺栓防松機(jī)構(gòu)使用現(xiàn)狀

目前，用于Ⅱ型彈條扣件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“彈條”）螺栓的緊固機(jī)構(gòu)主要有三種。

1.1 平墊圈+普通螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是防松效果較差，在列車(chē)運(yùn)行的強(qiáng)烈震動(dòng)下，需要定期人工復(fù)緊，增加了維護(hù)的工作量。

1.2 限位板+特種防松螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是限位板先將彈條扣件按固定扭矩?cái)Q緊，使彈條達(dá)到設(shè)計(jì)彈程，同時(shí)，為上部特種防松螺母大扭矩施擰提供一個(gè)剛性平臺(tái)。因?yàn)樘胤N防松螺母需要大扭矩才能發(fā)揮防松效果，所以，該機(jī)構(gòu)需要兩種規(guī)格的扳手施擰，緊固工序復(fù)雜。防松螺母螺紋需要專(zhuān)用絲錐加工，雙螺母結(jié)構(gòu)成本偏高。

1.3 固班螺母

這種緊固機(jī)構(gòu)的特征是螺母下部連有法蘭盤(pán)，在法蘭盤(pán)底部設(shè)有4個(gè)橢圓形凹槽，依靠凹槽卡住彈條，從而防止螺母松動(dòng)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是螺母在緊固過(guò)程中，凸棱與彈條頂部之間會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，從而對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害，同時(shí)，彈條超壓情況也比較嚴(yán)重。

2 研究目的

根據(jù)以上防松機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，確定此課題研究目的：①防松效果良好，性能穩(wěn)定；②墊圈底部與彈條頂部之間無(wú)相對(duì)位移，不會(huì)對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害。

3 波浪型弧面新型防松機(jī)構(gòu)的組成

是由防轉(zhuǎn)墊圈和防松螺母組成。

3.1 防轉(zhuǎn)墊圈

在墊圈底部，彈條頂部中心

線的對(duì)應(yīng)位置設(shè)有2個(gè)弧形凹槽，

彈條頂部可嵌入弧形凹槽中，底

部結(jié)構(gòu)可以使墊圈底面與彈條頂

部緊密貼合、固定，不會(huì)與螺母跟轉(zhuǎn)。

在墊圈頂面設(shè)有按圓周偶數(shù)等分的波浪型弧面，波浪型弧面的矢度大小直接影響防松效果。

3.2 防松螺母

防松螺母的特征：①螺母采用普通公制螺紋；②螺母底部連有法蘭盤(pán)，其直徑與墊圈相同；③法蘭盤(pán)底面同樣設(shè)有與墊圈頂面一致的波浪型弧面；④螺母上部可設(shè)或不設(shè)帽型結(jié)構(gòu)。

4 防松原理

在緊固過(guò)程中，防松螺母底面與防轉(zhuǎn)墊圈頂面之間的波浪型弧面相對(duì)旋轉(zhuǎn)。利用4對(duì)弧面波峰與波谷嚙合的制約條件，同時(shí)借助彈條的反作用力，即使受到列車(chē)運(yùn)行的強(qiáng)烈振動(dòng)，也能有效阻止防轉(zhuǎn)墊圈與防松螺母之間的相對(duì)錯(cuò)位，以保證緊固螺栓的軸向力不衰減，從而發(fā)揮了防松效果。

5 弧面接觸狀態(tài)與理論計(jì)算

5.1 三點(diǎn)接觸時(shí)螺母與墊圈弧面的接觸狀態(tài)

5.1.1 穩(wěn)定接觸狀態(tài)

螺母波峰與墊圈波谷相對(duì)（見(jiàn)圖2）為穩(wěn)定接觸狀態(tài)。在列車(chē)運(yùn)行的震動(dòng)條件下，螺母與墊圈相對(duì)固定，不會(huì)出現(xiàn)螺母波峰的移動(dòng)。

螺母波峰位于墊圈波峰的左側(cè)（見(jiàn)圖3），也可視為穩(wěn)定接觸狀態(tài)。因?yàn)樗粫?huì)出現(xiàn)螺母波峰滑移至墊圈波峰右側(cè)的情況。

5.1.2 不穩(wěn)定接觸狀態(tài)

圖4、圖5兩種均為不穩(wěn)定接觸狀態(tài)。在列車(chē)運(yùn)行震動(dòng)條件下，螺母波峰有可能向墊圈波峰右側(cè)滑移，此時(shí)，因?yàn)槁菽杆蓜?dòng)和弧面矢度下降而導(dǎo)致彈條彈程減小，所以，彈條扣壓力會(huì)下降。對(duì)此類(lèi)不穩(wěn)定接觸狀態(tài)需要采取相應(yīng)的處置措施，以防止彈條扣壓力小于限值。

對(duì)不穩(wěn)定接觸狀態(tài)的具體處置方法是：繼續(xù)對(duì)螺母施加右旋扭矩，將螺母波峰轉(zhuǎn)動(dòng)至墊圈波峰的左側(cè)，或在左側(cè)實(shí)現(xiàn)峰·谷相對(duì)。然而，此前彈條已處于三點(diǎn)接觸狀態(tài)，繼續(xù)施加右旋扭矩會(huì)引起彈條超壓。因此，在采取處置措施時(shí)，應(yīng)對(duì)彈條超壓予以控制。彈條扣壓力下降和超壓量值都與弧面矢度有直接關(guān)系。

5.2 不同矢度弧面的理論計(jì)算

按彈條已三點(diǎn)接觸的最不利條件，分析不同矢度弧面的螺母在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中引起彈條扣壓力的升降或?qū)棗l產(chǎn)生的超壓情況。

計(jì)算條件是：①?gòu)棗l已達(dá)到三點(diǎn)接觸，彈程為10 mm，扣壓力為9.935 kN，彈條最大應(yīng)力為1 470 MPa。此時(shí)，將螺母的位置設(shè)定為基準(zhǔn)面，如果螺母松動(dòng)，則基準(zhǔn)面上升，彈條彈程減小量是螺母上升量的1倍﹔如果螺母繼續(xù)右旋，則基準(zhǔn)面下降，此時(shí)，在螺栓中心處對(duì)彈條的超壓等于螺母的下壓量；②彈條扣壓力不得低于7.5 kN；③出現(xiàn)超壓情況時(shí)，彈條最大應(yīng)力不得大于1 600 MPa；④選擇0.5 mm、0.7 mm和1.0 mm三種不同矢度的弧面，在對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)處置的過(guò)程中，進(jìn)行彈條扣壓力和最大應(yīng)力的理論計(jì)算。 5.3 理論計(jì)算結(jié)果

將每個(gè)波峰上標(biāo)記9個(gè)點(diǎn)，詳見(jiàn)圖6，理論計(jì)算結(jié)果如下：①在彈條達(dá)到三點(diǎn)接觸時(shí)，最不利的接觸狀態(tài)是螺母與墊圈弧面處于峰·峰相對(duì)的狀態(tài)。此時(shí)，如果任其由點(diǎn)①滑向點(diǎn)⑤（除矢度1.0 mm外），彈條扣壓力均大于7.5 kN，而且大都在7.7～9.87 kN之間，扣壓力滿足要求。②如果將螺母波峰由點(diǎn)①轉(zhuǎn)動(dòng)至點(diǎn)⑨，達(dá)到峰·谷相對(duì)的穩(wěn)定接觸狀態(tài)，彈條扣壓力在8.69～9.87 kN之間，同時(shí)，彈條未出現(xiàn)超壓，是安全的。③將螺母波峰由點(diǎn)②③轉(zhuǎn)動(dòng)至點(diǎn)⑨，彈條扣壓力均大于7.5 kN，除了個(gè)別點(diǎn)外，彈條雖有超壓，但均未超過(guò)限值，是安全的。④螺母波峰已處于點(diǎn)④⑤，如果再繼續(xù)施加右旋扭矩，將其轉(zhuǎn)動(dòng)至墊圈波峰左側(cè)的波谷，在此過(guò)程中均會(huì)對(duì)彈條產(chǎn)生超過(guò)限值的超壓，所以，要避免采取這種不合理的處置措施。

以上理論計(jì)算是在彈條三點(diǎn)接觸最不利的條件下進(jìn)行的。在組裝時(shí)，可要求在彈條中肢與軌距調(diào)整塊（軌距檔板）頂面間留有0.5～1.0 mm的間隙。此時(shí)，彈條彈程為9.5～9.0 mm，對(duì)應(yīng)的扣壓力為9.435～8.938 kN，均大大7.5 kN，同時(shí)，要預(yù)留出0.25～0.5 mm的超壓空間。這是一項(xiàng)預(yù)防彈條超壓的有效措施，可以提高彈條使用的安全性。

6 弧面矢度的選擇

根據(jù)不同矢度弧面的理論計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)合Ⅱ型彈條扣壓力和超壓的特征、螺母擰入試驗(yàn)、工程試用組裝作業(yè)和制造工藝等因素，經(jīng)過(guò)綜合考慮，確定弧面的矢度應(yīng)控制在0.5～1.0 mm的范圍內(nèi)。

7 波浪型弧面防松機(jī)構(gòu)的性能檢測(cè)

防松檢測(cè)是委托國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行的。防松檢測(cè)是在扣件系統(tǒng)組裝狀態(tài)下進(jìn)行的，將Ⅱ型彈條、60 kg/m的鋼軌、軌下墊層和墊板進(jìn)行組裝，將組裝后的扣件系統(tǒng)與振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)聯(lián)接。

振動(dòng)參數(shù)為：頻率12.5 Hz、振幅±2 mm、振動(dòng)耐久1 500次。

振動(dòng)結(jié)束后，觀測(cè)波浪型防松螺母與防轉(zhuǎn)墊圈之間有無(wú)相對(duì)錯(cuò)位。檢測(cè)結(jié)果表明，螺母與墊圈之間無(wú)錯(cuò)位，螺母未松動(dòng)。

8 結(jié)論

由以上研究可知：①新型防松機(jī)構(gòu)采用普通公制螺紋，不需要特種絲錐，加工簡(jiǎn)單。在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)過(guò)程中，只需要一種規(guī)格的扳手，簡(jiǎn)化了緊固工序；墊圈底部與彈條頂部間無(wú)相對(duì)位移，不會(huì)對(duì)彈條頂部和表面涂層造成傷害。②在試驗(yàn)室條件下，通過(guò)扣件系統(tǒng)組裝狀態(tài)下的防松檢測(cè)，表明新型防松機(jī)構(gòu)的防松性能優(yōu)于其他類(lèi)型的機(jī)構(gòu)。③建議加大上道運(yùn)營(yíng)考核進(jìn)度，進(jìn)一步驗(yàn)證新型防松機(jī)構(gòu)的防松效果。

參考文獻(xiàn)

[1]沈平.道岔新型扣件系統(tǒng)[G]//道岔技術(shù)創(chuàng)新論文集.北京：鐵道工程學(xué)報(bào)（增刊），2012.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本連接與緊固[M].第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]鐵道部第三設(shè)計(jì)院.道岔設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民鐵道出版社，1975.

〔編輯：白潔〕