高速動車組轉向架螺栓防松技術研究

卜峰 李雪 李冰

中車長春軌道客車股份有限公司

高鐵轉向架作為列車安全運行的保障，主要承擔了承載、牽引、緩沖、導向和制動等功能。轉向架上裝配的制動夾鉗，牽引電機，減振器均采用螺栓螺紋連接。

一、正確的螺栓設計

高速動車組轉向架主要包括構架組成、輪對組成、懸掛系統、牽引系統和制動系統，這五大系統之問的連接方式大多是螺栓連接，通常，連接螺栓規格為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()的規格盡量不要選用。根據螺栓使用位置，分析螺栓的受力工況，設計出合適的強度等級，按照《碳素鋼和合金鋼緊固件的機械特性》(JISB 105 1-2000)，設計螺栓強度等級一般為4.6(或4.8)級、8.8級和10.9級，對于12.9級強度盡量不要選用，因為12.9級強度螺栓易產生氫脆性導致的滯后性破壞。計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產生軸向松動，如果不滿足F≥1|2×F c，則必須重新選擇螺栓規格。選螺栓規格型號后，還應計算出恰當的施工扭矩，不恰當的施工扭矩不僅會導致螺栓松動，還會導致螺栓斷裂，會對運行中的列車帶來重大的安全隱患，螺栓扭矩按如下公式計算：

公式中，表示力矩系數，它隨著螺紋牙型、是否添加螺紋潤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。根據步計算，F應為一個范圍值，因此得出的力矩T也為一個范圍，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

為了確保轉向架上連接螺栓不會在高速運動中松脫，在螺栓安裝時必須保證安裝工藝正確有效，對于有扭矩要求的螺栓一定要采用扭矩扳手進行扭矩確認，有條件時可采用扭矩扳手來進行施工作業。目前，高速轉向架組裝主要采用傳統的機械式扭矩扳手，精度一般不超過±4%。隨著扭矩工具行業的發展，電動式、氣動式等自動化扭矩扳手也逐漸得到了運用，由于自動化工具使用起來相對簡單，在這里主要探討如何正確使用機械式扭矩扳手。在使用扭矩扳手前，一定要先查看扭矩扳手是否經過專業計量檢定部門檢定，且使用日期尚在檢定有效期內，扭矩扳手屬于精密器具，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，新的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，未校準或者校準不合格的扭矩扳手嚴禁用于轉向架組裝作業。使用扭矩扳手時，首先查看扭矩扳手上的示值窗口，調整到使用目標的扭矩值，在調整過程中應從較小值往較大值的方向進行調整，如果調整過了目標值，應退回一段距離后再重新調整，切不可直接進行回調，因為扭矩扳手內部的絲杠機構存在間隙，微動回調僅能消除間隙，實際絲杠可能并未發生移動。調整完畢后，將扭矩扳手套在螺栓頭部，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1O。。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，經過驗證，不管施力點相對于標準位置前移或者后移，都會產生扭矩偏差。縮短施力力臂導致實際產生的力矩增大，相反，如果延長施力力臂，則實際產生的力矩將減小，這一點尤為重要，切不可圖省力而人為地增加延長桿來進行螺栓扭矩施加作業。

三、防松技術應用

防松技術采用摩擦防松，機械防松，以及永久防松形式，由于轉向架為保證運行安全性經常進行零部件拆卸檢修，所以轉向架螺栓一般采用摩擦防松或者機械防松。

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，利用增大接觸面摩擦力的方式促使螺栓與螺母不會產生相對轉動。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構，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。當發生相對運動時，螺母發生轉動時墊片的鋸齒會抬升螺母，使連接面產生大的壓力增大摩擦力抑制螺母旋轉，使之不能松動。

2.機械防松。機械防松指的是利用特殊結構阻礙螺母與螺栓之間的相對轉動。在高速轉向架上采用的較多的機械防松技術為捆綁防松鐵絲，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，不會產生旋動。除了利用防松鐵絲進行機械防松以外，轉向架上使用較多的為止轉墊片進行防松，利用止轉墊片伸出的舌頭阻礙相對運動。

總之，轉向架作為高速鐵路的導向部件，其裝配質量直接關系到列車運行的安全穩定。轉向架上的所有部件都用螺栓連接，螺栓連接的質量是非常重要的。根據螺栓連接的特點,并提出了常見的方式鎖定,摩擦和機械連接兩種類型的鎖定特殊性,兩種鎖定形式不會沖突在組裝結構,高速建議使用摩擦鎖定與機械鎖鎖的形式相結合,特別是鎖線的使用可以有效地確定螺栓松動發生在運行的過程中,建議增加鎖定標記的時刻，必要時可提供鎖定過程中的目視檢查確認。