和諧號動車組高級修后部分軸箱前蓋螺栓扭力值衰減原因分析

黃朝權，韋 廣

（1.南寧中車軌道交通裝備有限公司，廣西 南寧 530299；2.南寧鐵路局集團有限公司 南寧車輛段，廣西 南寧 530009）

1 概述

近年來，隨著動車組使用年限的增加，根據(jù)動車組高級修周期，各鐵路局的動車組即將進入高級修高峰期，伴隨著車體配件的重新拆裝，安全問題不容忽視。各主機廠和檢修基地為了提高維修效率、降低維修成本，不斷采用新技術、新設備。但是，新技術、新設備若不先進行驗證就大面積使用，則可能對軌道列車的行車安全造成影響，難以適應當前軌道交通行業(yè)高質量發(fā)展的新要求。本文結合某鐵路局某動車所部分動車組高級修后軸箱前蓋扭力值衰減問題進行排查分析，結合目前動車組、機車車輛設備高級修、架修現(xiàn)狀，對軸箱等高扭力螺栓擰緊工藝進行分析，確保各緊固部件安全牢固。

2 基本情況

2.1 故障發(fā)現(xiàn)情況

某鐵路局某動車所職工對CRH380A某動車組進行一級檢修作業(yè)，在檢查軸箱前蓋、底部及電線支架時，發(fā)現(xiàn)手握電線支架時該支架存在輕微晃動，使用扭矩扳手進行校核發(fā)現(xiàn)螺栓扭矩不足。

2.2 軸箱前蓋安裝螺栓分布分析

動車組軸箱前蓋安裝可分為帶電線支架和不帶電線支架兩種安裝方式。帶電線支架的特殊軸箱前蓋安裝方式：使用2顆M20×55的安裝螺栓和2顆M20×105的安裝螺栓緊固，緊固扭矩為200 N·m（如圖1所示）。不帶電線支架的普通軸箱前蓋安裝方式：使用4顆M20×55的安裝螺栓緊固，緊固扭矩為200 N·m（如圖2所示）。

圖1 帶電線支架的特殊前蓋安裝狀態(tài)

圖2 不帶電線支架的普通前蓋安裝狀態(tài)

經(jīng)過排查統(tǒng)計，CRH380A和CRH2A和諧號統(tǒng)型動車組帶電線支架的特殊軸箱前蓋主要分布在拖車輪對上，具體分布見表1、表2。

表1 電線支架分布統(tǒng)計表

表2 電線支架、軸箱前蓋螺栓數(shù)量統(tǒng)計表 （單位：個）

2.3 扭力校核情況

工作人員發(fā)現(xiàn)該CRH380A動車組某軸箱前蓋螺栓存在松動情況后，為全面排查故障原因，須對該車其他軸箱前蓋螺栓扭力進行校核。對01、00車共計28顆M20×105電線支架安裝螺栓（編號3、4）進行扭矩校核，為方便確認扭力衰減程度，校核標準按100 N·m、120 N·m、140 N·m、160 N·m、180 N·m、200 N·m共6個等級依次進行校核，校核過程中發(fā)現(xiàn)全部螺栓均存在10°～30°轉動，其中160 N·m扭矩校核轉動26顆，200 N·m扭矩校核轉動2顆；對該CRH380A動車組01、00車共計36顆M20×55軸箱前蓋不帶電線支架安裝螺栓（編號1、2）進行扭矩校核，發(fā)現(xiàn)200 N·m扭矩校核轉動2顆（見表3）。

表3 故障車軸箱前蓋螺栓校核情況

2.4 不落輪鏇機床測量情況

對該CRH380A動車組輪對進行測量，通過不落輪鏇機床測量發(fā)現(xiàn)全列輪對等效錐度均大于0.035 mm，低階多邊形平均低于20 dB，高階多邊形平均低于5 dB，徑向跳動均低于0.3 mm，根據(jù)相關限度標準，數(shù)據(jù)均無異常［1-2］。動車組等效錐度、徑向跳動、多邊形測量值見表4。

表4 動車組等效錐度、徑向跳動、多邊形測量值

2.5 檢修歷史調查

調取動車組信息管理系統(tǒng)相關檢修信息，發(fā)現(xiàn)該故障CRH380A動車組近期進入某動車檢修基地進行三級修，修竣后采用有動力回送方式，回送到配屬動車所后進行高級修試運行，之后一直在動車所中停輪整備。在上線載客前，檢修班組對其進行二級檢修及一級檢修，發(fā)現(xiàn)軸箱前蓋螺栓松動。初步判斷螺栓松動的原因為在該動車檢修基地進行三級修時，相關作業(yè)者操作不當。

3 擴大樣本采集

3.1 擴大測量范圍

為進一步掌握動車組軸箱前蓋緊固螺栓安裝狀態(tài)，找出螺栓扭矩值不足的根本原因，決定擴大樣本分析，經(jīng)與

主機廠對接最終制定其他動車組軸箱前蓋螺栓扭力校核方案，從60 N·m開始每隔20 N·m往上進行校核，累計完成41組（含首次發(fā)現(xiàn)故障的動車組），其中CRH2A動車組30組、CRH380A動車組11組，發(fā)現(xiàn)其他動車組軸箱前蓋螺栓扭力值均存在不同程度的衰減問題，具體情況如下。

總體校核情況：總共完成扭力校核動車組共計41組，包含CRH2A/ CRH380A和諧號統(tǒng)型動車組，軸箱前蓋螺栓扭力校核結果見表5。

表5 41組動車組軸箱前蓋螺栓扭力值統(tǒng)計表

CRH2A校核情況：完成CRH2A和諧號統(tǒng)型動車組共計30組，軸箱前蓋螺栓扭力見表6。

表6 CRH2A動車組軸箱前蓋螺栓扭力值統(tǒng)計表

CRH380A校核情況：完成CRH380A和諧號統(tǒng)型動車組共計11組，軸箱前蓋螺栓扭力見表7。

表7 CRH380A動車組軸箱前蓋螺栓扭力值統(tǒng)計表

3.2 初步數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

通過分析發(fā)現(xiàn)，螺栓扭力衰減幅度與螺栓長度成正比關系，螺栓越長，衰減幅度越大。M20×105螺栓扭力值衰減幅度的占比，相對于M20×55螺栓要大。

通過對動車組軸箱前蓋外觀檢查、動車組輪對數(shù)據(jù)測量、扭力值校核、車型之間對比及走行公里分析，發(fā)現(xiàn)從某動車檢修基地高級修出來的動車組，動車組扭力衰減程度較青島、成都、北京和江門等動車檢修基地高。

4 原因分析

某動車檢修基地自2019年7月起在高級修中使用電動伺服智能扭矩扳手，該電動伺服扭力扳手為青島德爾公司生產(chǎn)，伺服電機可自動施加扭矩，扭矩數(shù)據(jù)由無線網(wǎng)絡上傳并記錄，經(jīng)普查，其后檢修的74列動車組普遍存在軸箱前蓋安裝螺栓扭矩衰減現(xiàn)象。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該動車檢修基地采用電動伺服智能扭力扳手進行螺栓緊固作業(yè)，扭矩策略為兩步擰緊，轉速較高（0～25%扭矩時為180 r/min，25%～100%扭矩時為54 r/min），且中間無停頓時間，造成螺桿持續(xù)受力，產(chǎn)生的徑向應力無法得到釋放，同時螺桿會產(chǎn)生一定的形變，螺栓越長形變越大，待擰緊完成后，螺桿徑向應力逐步釋放，形變逐漸恢復，最終導致螺栓緊固扭矩衰減［3］。該動車檢修基地高級修現(xiàn)有2種具備數(shù)據(jù)無線上傳功能的智能扭矩扳手，并且2種智能扭矩扳手在高級修檢修時混合使用，分別為電動伺服智能扭矩扳手（分為固定式、手持式）和手動咔噠扳手。經(jīng)后續(xù)現(xiàn)場調查試驗，使用電動伺服智能扭矩扳手緊固軸箱前蓋螺栓后，放置24 h校核扭矩均存在衰減現(xiàn)象，并且M20×105長螺栓比M20×55螺栓扭矩衰減比例高；使用電動伺服扳手緊固5 min后再用手動咔噠扳手校核，放置24 h校驗未發(fā)現(xiàn)扭矩衰減現(xiàn)象；使用手動咔噠扳手緊固軸箱前蓋螺栓后，放置24 h校驗未發(fā)現(xiàn)扭矩衰減現(xiàn)象。

與此同時，對比中車青島四方機車車輛股份有限公司（簡稱青島四方）使用的同類扭矩扳手，分3段擰緊，第一段0～50%扭矩時為20～60 r/min，第二段50%～90%扭矩時為5～10 r/min，第三段90%～100%扭矩時為25 r/min，轉速較低，并且在第二、三階段之間設定150 ms停頓時間點，給予螺栓釋放彈性應變力的時間；對青島四方高級修后相同部位螺栓進行扭矩校核，均無螺栓轉動現(xiàn)象［4］。綜上所述，導致動車組高級修后軸箱前蓋螺栓扭力衰減的原因為使用電動伺服智能扭矩扳手進行螺栓緊固作業(yè)時，扭矩策略只采用兩步擰緊，且緊固轉速較高，中間無停頓時間，造成螺桿持續(xù)受力，產(chǎn)生的徑向應力沒有充足的時間得到釋放，并且在擰緊過程中螺桿產(chǎn)生形變與螺栓長度成正比關系，待擰緊完成后，螺桿徑向應力逐步釋放，形變逐漸恢復，從而導致螺栓緊固扭矩衰減［5］。

5 后續(xù)措施

5.1 加強螺栓扭矩作業(yè)管理

建議各主機廠、檢修基地及動車段（所）高度重視螺栓扭矩衰減可能帶來的事故隱患，對照本次某動車檢修基地發(fā)生的螺栓扭矩衰減問題，分析查找本單位在檢修過程中使用相同或類似功能扭矩扳手的擰緊策略是否科學可靠，同時要檢查工藝文件或作業(yè)指導書中關于螺栓緊固的要求是否明確合理，及時排除安全風險。對于有扭矩要求的螺栓，要嚴防使用風動或電動扳手在螺栓初始緊固時一次緊固到位或過扭矩緊固，防止無法再用扭矩扳手按規(guī)定扭矩緊固的現(xiàn)象發(fā)生。

5.2 持續(xù)開展緊固扭矩衰減特征研究

一是按線路實測載荷譜繼續(xù)開展軸箱前蓋螺栓扭矩衰減特征臺架試驗，監(jiān)測試驗過程中扭矩衰減情況，進一步評估軸箱前蓋螺栓扭矩值設置的合理性；同時，統(tǒng)計分析軸箱前后蓋緊固螺栓高級修扭矩校核數(shù)據(jù)，對比臺架試驗情況，進一步研究殘余扭矩與高級修周期間隔匹配關系。二是建議各主機廠及檢修基地在撒砂排障安裝臂緊固螺栓扭矩強化后，做好螺栓殘余扭矩的抽檢情況，進一步評估運用修240 N·m（額定扭矩的80%）校核標準的合理性。

5.3 加強運用檢查

根據(jù)此次故障，建議各動車段（所）、城軌車輛運維部門要加強檢修時的螺栓扭矩校核工作。例如，動車組可結合修程修制改革，在60萬km進行三級修自主檢修時增設螺栓扭矩校核工作項目，做到早發(fā)現(xiàn)、早預防，杜絕車輛設備在運行過程中發(fā)生螺栓松脫事件。

6 結語

受疫情的影響，近兩年軌道交通在日常運維、高級修及架修方面的成本和效率逐步得到有關單位的重視，各檢修基地、運用段（所）及城軌運維單位不斷創(chuàng)新，研究使用新工藝、新方法，推進軌道交通行業(yè)高質量發(fā)展，這是創(chuàng)建具有中國特色的軌道交通運維標準體系的必由之路。同時，要強化對檢修工藝變更管控，加強軌道車輛裝備檢修工藝的變更管理，采用新設備、新工藝前要充分預估風險，做好工藝變更前后對比分析，待驗證成熟后再推廣使用，使改革創(chuàng)新不斷促進軌道交通行業(yè)發(fā)展。