高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架螺栓防松技術(shù)研究

王偉楠

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132002）

1 高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架螺栓防松重要性

加固側(cè)架防止磨耗板斷裂，高速動(dòng)車轉(zhuǎn)向架立柱磨耗板是通過折頭螺栓、墊圈和防松螺母與側(cè)架連接在一起的，立柱磨耗板的狀態(tài)對車輛運(yùn)行中轉(zhuǎn)向架的性能起著重要的作用，立柱磨耗板裂損將導(dǎo)致斜楔主摩擦面損傷，摩擦副性能降低，甚至失效，致使車輛動(dòng)力性能降低，造成車輛運(yùn)輸安全隱患。

加固側(cè)架防止磨耗板磨耗，高速動(dòng)車轉(zhuǎn)向架側(cè)架立柱面與磨耗板接觸狀態(tài)不良是發(fā)生磨耗板裂損的重要原因。在實(shí)際生產(chǎn)中，部分工廠為了保證側(cè)架立柱面的平面度和側(cè)架的組裝質(zhì)量，對側(cè)架立柱面進(jìn)行了加工。一些運(yùn)用部門對側(cè)架立柱面上的鑄造凸起進(jìn)行了打磨，以滿足磨耗板與側(cè)架立柱四周的接觸符合要求，但是磨耗板與側(cè)架立柱中間出現(xiàn)間隙，此處的間隙很難被發(fā)現(xiàn)和檢查測量。車輛落成后，車體的部分自重、重載和車輛動(dòng)載荷等通過斜楔作用到磨耗板上，兩者疊加，造成磨耗板裂損。這是磨耗板裂損的重要原因。

加固減振內(nèi)簧防止折斷，在檢修過程中分解枕簧時(shí)發(fā)現(xiàn)，減振內(nèi)彈簧折斷較多，且裂紋和折損多發(fā)生在減振內(nèi)彈簧下面至1～2 圈內(nèi)，裂紋一般自簧圈內(nèi)側(cè)開始，斷口全為新痕。

2 高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架螺栓防松技術(shù)

2.1 防松失效的主要形式

對轉(zhuǎn)向架部件的螺紋聯(lián)接來說，引起螺紋聯(lián)接失效的形式有如下幾種：

（1）聯(lián)接面變形產(chǎn)生松動(dòng)。①螺栓頭或螺母支撐面的接觸壓強(qiáng)很大時(shí)，或者被聯(lián)接件的表面剛度較小，被聯(lián)接件的表面在螺栓頭部或螺母的壓緊作用下會產(chǎn)生環(huán)狀壓陷。繼續(xù)使用過程中，由于塑性變形繼續(xù)發(fā)生，聯(lián)接的預(yù)緊力也會降低。②螺母自動(dòng)回轉(zhuǎn)引起的松動(dòng)，動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架在較高速度的持續(xù)運(yùn)行中，由于受長期變載、振動(dòng)及沖擊，或者受環(huán)境溫度的升高、降低等條件影響，螺紋副的摩擦系數(shù)隨之變化，螺紋副和螺母支撐面處的摩擦力有時(shí)會瞬間消失，螺紋副無法滿足自鎖條件而使螺紋副間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，導(dǎo)致螺母回轉(zhuǎn)，多次重復(fù)以后就會產(chǎn)生松動(dòng)。

（2）螺栓防松方法及應(yīng)用。控制預(yù)緊力。預(yù)緊可以提高螺栓聯(lián)接的可靠性、防松能力及螺栓的疲勞強(qiáng)度，增強(qiáng)螺栓聯(lián)接的緊密型和剛性。因此，在轉(zhuǎn)向架部件組裝時(shí)，控制安裝預(yù)緊力是防止螺紋緊固件松動(dòng)的經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)做任何改動(dòng)，通過保證合適的預(yù)緊力來防止螺栓聯(lián)接松動(dòng)。

（3）定期計(jì)量要求。指針式扭力扳手、數(shù)顯式扭力扳手等屬于精密器具，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，即使長期放置不使用，其內(nèi)部也會產(chǎn)生諸如老化、卡滯、銹蝕等變化，導(dǎo)致扭矩顯示出現(xiàn)偏差，因此，扭矩扳手在使用前和使用一段時(shí)間后（通常半年左右），必須按期送至專業(yè)計(jì)量檢定部門進(jìn)行校準(zhǔn)，確保工具處于正常狀態(tài)，否則力矩就會出現(xiàn)偏差。

（4）扭力扳手的選用。根據(jù)扳手的特性，緊固對象的扭力值應(yīng)在扳手最大量程的20%~100%以內(nèi)。因?yàn)榕ぞ匕馐值闹羔樤?~20%之間時(shí)，扳手內(nèi)部彈簧剛開始發(fā)生形變，此處的扭矩值不穩(wěn)定。以量程為320N·m 的扭力扳手為例，其使用范圍應(yīng)為320×20%～320N·m=64～320N·m。

（5）摩擦防松法。摩擦防松法是通過聯(lián)接預(yù)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(dá)到防止聯(lián)接松脫的目的。常用的摩擦防松法主要包含如下幾種：彈簧墊圈防松。螺母擰緊后，壓平墊圈產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊，同時(shí)墊圈斜口的尖端抵住螺母與被聯(lián)接件間的支承面，也起到防松的作用。此方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在轉(zhuǎn)向架螺栓聯(lián)接中應(yīng)用廣泛，但缺點(diǎn)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(shí)，一般還附加彈性鋼絲輔助防松。

（6）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(dòng)時(shí)，該摩擦力始終存在，下螺母受力較小，可薄些。此方法結(jié)構(gòu)簡單，適用于平穩(wěn)、低速、重載等固定裝置上的聯(lián)接，但因?yàn)榘惭b、拆卸等較單螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且占用空間較大，在動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用較少，而在客車、機(jī)車等轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用較多。

（7）自鎖螺母。動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架聯(lián)軸節(jié)安裝螺栓采用了一種類似于自鎖機(jī)構(gòu)的螺母，墊圈與螺母聯(lián)接部位設(shè)計(jì)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(chǎn)生對螺母的軸向反作用力，從而達(dá)到防松的目的。

（8）機(jī)械防松。機(jī)械防松的原理是通過金屬止動(dòng)零件阻止螺栓與螺母之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。止轉(zhuǎn)墊片，止動(dòng)墊片其結(jié)構(gòu)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(dòng)墊圈等。.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(nèi)，并將開口銷尾扳開與螺母側(cè)面貼緊，從而起到防止松動(dòng)的作用，其防松效果良好，可承受較大的載荷沖擊。串聯(lián)鋼絲將低碳鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內(nèi)，將各螺栓串聯(lián)，使其相互制動(dòng)，從而預(yù)防松動(dòng)。鋼絲防松結(jié)構(gòu)簡單，可直接通過檢查鐵絲的狀態(tài)來判斷螺栓是否松動(dòng)，轉(zhuǎn)向架上一般采用串聯(lián)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(yùn)行中的可靠性。機(jī)械防松因其結(jié)構(gòu)簡單、可靠的優(yōu)點(diǎn)，已成為目前動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架螺栓防松的主要方式。

（9）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(yùn)動(dòng)關(guān)系，使其變成非運(yùn)動(dòng)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(dòng)車組轉(zhuǎn)向架大部分部件需拆卸檢修，故該方法在轉(zhuǎn)向架上很少應(yīng)用。

3 高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架螺栓緊固防松注意事項(xiàng)

（1）檢修工藝執(zhí)行不徹底。段規(guī)及檢查工藝對彈簧的檢修要求是彈簧折斷、圓鋼直徑腐蝕磨耗大于8%以及自由高小于規(guī)定限度時(shí)更換，結(jié)果工作者只注重檢測彈簧高度，而忽略對彈簧其他部位的檢查；由于減振內(nèi)圓彈簧的自由高較大，彈簧內(nèi)徑、間隙較小，彈簧內(nèi)側(cè)易出現(xiàn)死角以及表面的瀝青漆，往往造成彈簧內(nèi)側(cè)裂紋等缺陷不易被發(fā)現(xiàn)、檢修時(shí)漏檢、運(yùn)行中就減振內(nèi)圓彈簧折斷。

（2）工藝缺陷。從折斷的內(nèi)彈簧斷口可以看出，在簧圈由圓截面過渡到矩形截面處存在著凸臺及不平現(xiàn)象。其根源為內(nèi)彈簧卷制時(shí)，端部支撐圈和工作圈表面不光滑，有毛刺、劃傷、刻痕、裂紋、折疊、尖銳邊緣和夾具傷痕，彈簧支撐圈端部與工作圈之間的間隙太大，運(yùn)用過程中端頭和工作圈之間磨耗產(chǎn)生溝槽，在運(yùn)用中極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋而折損。

（3）存在卡阻現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向架檢修后進(jìn)行落成交驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)枕簧沒有完全入槽，即搖枕兩端彈簧定位圓臍沒有落入減振內(nèi)彈簧之內(nèi)，減振外彈簧傾斜搭在承載彈簧臺擋邊上，出現(xiàn)了卡阻現(xiàn)象。因定位圓臍和彈簧擋邊結(jié)構(gòu)的特殊性，卡阻現(xiàn)象如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，在全車落成后很難自然復(fù)位，導(dǎo)致內(nèi)彈簧外徑與外彈簧內(nèi)徑之間的磨耗加劇，從而使強(qiáng)度較低的內(nèi)彈簧首先折斷。

（4）應(yīng)對措施。嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，加大檢修力度，要重點(diǎn)檢查圓鋼螺旋彈簧內(nèi)側(cè)，防患于未然；提高新造彈簧質(zhì)量，不允許有刻痕、裂紋、褶疊、麻斑等缺陷；完善熱處理工藝，防止彈簧過硬、過脆；對減振彈簧進(jìn)行拋丸處理，拋丸處理后能夠消除毛刺、劃傷、刻痕、裂紋、折疊、尖銳邊緣和夾具傷痕，使其表層的組織結(jié)構(gòu)得到強(qiáng)化，從而提高其耐疲勞和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，檢修合格的彈簧，其表面需清理干凈，并涂防銹漆；嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)，即同一轉(zhuǎn)向架同型圓柱彈簧自由 高之差不得大于3mm，同一側(cè)架上同型內(nèi)彈簧或同型外彈簧自由高之差不得大于2mm。在落車后空車狀態(tài)下，應(yīng)保證轉(zhuǎn)向架搖枕兩端彈簧定位圓臍落入減振內(nèi)彈簧之中，不允許存在卡阻現(xiàn)象。