螺栓連接抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)確定方法

孫孝博 張勇軍 田堂冰

摘 要：高速鐵路列車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，螺栓連接被廣泛采用，被連接部件可能為不同材料或不同表面處理方式。為保證螺栓連接計(jì)算的準(zhǔn)確性，正確的螺栓連接抗滑移系數(shù)需要被確定。本文研究和闡述了一種螺栓連接抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)確定方法。

關(guān)鍵詞：高速鐵路列車；螺栓連接；抗滑移系數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.006

1 緒論

高速鐵路列車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，螺栓連接被廣泛采用，被連接部件可能為不同材料或不同表面處理方式。例如為增大抗滑移系數(shù)，直接將被連接件表面按一定的粗糙度進(jìn)行處理，得到較為粗糙的表面；也可以在被連接件之間增加表面進(jìn)行粗糙處理的墊片。再例如鋁材為防止與異種金屬貼合，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，表面進(jìn)行了涂層處理。為保證螺栓連接計(jì)算的準(zhǔn)確性，正確的螺栓連接抗滑移系數(shù)需要被確定。本文研究和闡述了一種螺栓連接抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)確定方法。

2 試驗(yàn)原理 試驗(yàn)方法

抗滑移系數(shù)也就是力學(xué)中的靜摩擦系數(shù)。

靜摩擦力跟滑動(dòng)摩擦力不一樣，它不是一個(gè)定值，其值。對(duì)于靜摩擦力，其產(chǎn)生原因是因?yàn)槲矬w間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，交錯(cuò)點(diǎn)間就會(huì)產(chǎn)生阻礙作用，相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)越大起阻礙作用的交錯(cuò)點(diǎn)的數(shù)量就會(huì)越多，阻礙作用就會(huì)越明顯，所以此時(shí)的靜摩擦力就會(huì)變大，直到物體開始相對(duì)滑動(dòng)，靜摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。

最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力稍大，所以最大靜摩擦力會(huì)比滑動(dòng)摩擦力稍大些。最大靜摩擦力與靜摩擦系數(shù)和正壓力成正比，，其中靜摩擦系數(shù)比動(dòng)摩擦系數(shù)稍大，因?yàn)楫?dāng)外力等于動(dòng)摩擦力時(shí)，物體受力還是平衡的，要使物體運(yùn)動(dòng)，就必須增大外力。

一些常用材料之間的摩擦系數(shù)可以在相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)中查到， 對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)資料中無法查到的特定材料，可以采用下面的試驗(yàn)方法來測(cè)定靜摩擦系數(shù)，也就是螺栓連接中的抗滑移系數(shù)。

測(cè)定抗滑移系數(shù)的試件應(yīng)由實(shí)際裝車部件生產(chǎn)商加工，試件與所代表的部件應(yīng)為同一材質(zhì)、同一摩擦面處理工藝，使用同一性能等級(jí)和同一直徑的高強(qiáng)度螺栓連接副，并在相同條件下運(yùn)輸、存放。

測(cè)定抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)采用雙面拼接試件，其型式如圖1。

試件板面應(yīng)平整、無油污，孔邊、板邊無飛邊、毛刺。

按圖所示進(jìn)行試件組裝，包括試件、壓力傳感器、緊固件，擰緊高強(qiáng)度螺栓，控制每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力達(dá)到0.95～1.05P（P為高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力），并記錄預(yù)緊力實(shí)測(cè)值。

將試件裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，使試件的軸線與試驗(yàn)機(jī)夾具中心線嚴(yán)格對(duì)中，在試件側(cè)面畫直線，方便觀察試件是否發(fā)生滑動(dòng)。然后進(jìn)行拉力試驗(yàn)，平穩(wěn)加載，加載速度為3～5kN/S，拉至滑動(dòng)，測(cè)得滑動(dòng)載荷N。

在試驗(yàn)中發(fā)生以下情況之一時(shí)，認(rèn)為達(dá)到滑動(dòng)載荷：

a.試驗(yàn)機(jī)發(fā)生回針現(xiàn)象；

b.X-Y記錄儀中變形發(fā)生突變；

c.試件側(cè)面劃線發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。

抗滑移系數(shù)計(jì)算方法：

式中：f-抗滑移系數(shù)；

F-由試驗(yàn)機(jī)測(cè)得的滑移載荷；

n-摩擦面數(shù) n=2；

-與試件滑動(dòng)載荷對(duì)應(yīng)一側(cè)的高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力實(shí)測(cè)值之和（取三位有效數(shù)字）kN。

3 試驗(yàn)確定抗滑移系數(shù)實(shí)例

下面是一個(gè)使用上述方法確定被螺栓連接的兩個(gè)不同零件表面之間抗滑移系數(shù)的工程實(shí)例。

動(dòng)車組車體為鋁合金型材焊接結(jié)構(gòu)，車下設(shè)備由螺栓吊裝。經(jīng)螺栓連接結(jié)構(gòu)計(jì)算，此處貼合面之間的靜摩擦系數(shù)應(yīng)至少達(dá)到0.4。車體與設(shè)備螺栓安裝貼合處均為底漆表面，已知底漆表面之間的靜摩擦系數(shù)為0.3，為達(dá)到要求的摩擦系數(shù)，在車體與設(shè)備之間添加表面加工出一定粗糙度的不銹鋼墊板。為測(cè)得底漆表面與具有一定粗糙度的不銹鋼表面間的具體摩擦系數(shù)，進(jìn)行如下試驗(yàn)。

制備試件，試件材質(zhì)及表面處理方式與實(shí)際產(chǎn)品相同。將試件、壓力傳感器、緊固件進(jìn)行組裝，高強(qiáng)度螺栓按照規(guī)定扭矩打緊，從數(shù)顯表中讀出壓力傳感器測(cè)得的螺栓預(yù)緊力值，進(jìn)行記錄。將試件中心線與拉力機(jī)夾鉗中心對(duì)齊，固定到拉力機(jī)上。拉力機(jī)逐步施加拉力，待試件發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，停止施加拉力，在整個(gè)拉伸過程中可以通過顯示表監(jiān)控拉力值。共進(jìn)行了四組樣件的試驗(yàn)，記錄每組的試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)。根據(jù)公式計(jì)算得到各組的抗滑移系數(shù)見下表。

由試驗(yàn)結(jié)果可以確定，螺栓安裝貼合面由“底漆-底漆”更改為“底漆-一定粗糙度不銹鋼墊板-底漆”之后，將抗滑移系數(shù)由0.3提高到0.4之上，滿足設(shè)計(jì)的要求。

4 結(jié)論

本文闡述的試驗(yàn)確定方法，能夠有效地確定不同材料表面之間的螺栓連接抗滑移系數(shù)，為螺栓連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的輸入?yún)?shù)，保證了能夠設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，具有較大的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

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