广州地铁5号线直线电机车辆紧固件换型研究

赵 锐，李杭健

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510700）

1 研究背景

广州地铁5号线于2009年底开通运营，车辆采用直线电机驱动，如图1所示[1]。直线电机出现异常沉降侵限，导致电机和感应板相碰刮伤、安全鼻刮伤车轴，存在较大安全隐患，如图2、图3所示。经过调查分析，电机沉降原因是电机高度调整装置紧固件出现松动并脱落，导致在轮轨冲击振动作用下发生自发的电机高度变化，使电机出现沉降。为了解该部位螺母、螺柱等紧固件具体应用状态，进行了相关测试，根据调查分析结论进行了相关紧固件换型改进，降低电机沉降风险，保证列车运营安全。

图1 直线电机及其高度调整装置

图2 紧固件松脱丢失

图3 线路感应板刮伤

2 紧固件运用状态调查

该M10锁紧螺母紧固扭矩要求为22 N·m，试验时在检修车上随机选取了一处螺母（旧件，重复使用次数超过5次）。使用测扭矩扳手向松开方向旋转螺母，螺母转动时扭矩为15 N·m；重新以22 N·m扭矩紧固后，向锁紧方向旋转螺母，螺母转动时扭矩为25 N·m。考虑到锁紧螺母使用的工况及测扭矩扳手的误差，认为即使经过了一段时间的使用后，螺母紧固扭矩并无变化，如图4所示[2]。

值得注意的是，在测试的过程中发现以下问题。

（1）虽然原装锁紧螺母的锁紧扭矩正常，但在测试松开扭矩时发现只要将螺母旋转一个很小的角度，螺母即失去紧固效果；

（2）M10螺柱长度较短，锁紧螺母安装后螺柱顶面几乎与螺母末端平齐。根据JB/ZQ 4247-2006，M10螺柱突出螺母的末端长度应为3.5～5 mm，现场情况不满足此标准。由于螺柱末端的螺牙不饱满，螺柱伸出量不足将造成锁紧长度不足，从而产生前述（1）中的结果，螺母也容易松脱。

（3）根据TB/T 3246.2-2010，8.8级M10的螺栓修正后的紧固扭矩要求为34～63 N·m，而五号线高度调整装置处M10锁紧螺母的扭矩要求仅为22 N·m，明显小于此标准，紧固扭矩偏小可能导致锁紧力不足。

图4 电机高度调整装置示意图

3 几种防松结构的紧固效果对比测试

测试选取了4组紧固方式：（1）原装锁紧螺母；（2）割槽锁紧螺母；（3）普通螺母加Nord⁃lock垫片；（4）原装锁紧螺母加Nordlock垫片。其中原装锁紧螺母均为原车上使用过的旧件，割槽锁紧螺母、普通螺母及Nordlock垫片为全新件，如图5所示。

图5 四种紧固方式对比测试

测试时对各螺母分别施加22 N·m扭矩，紧固在一个10 mm厚的圆形钢板上，然后用测扭矩扳手测量松开螺母时所需的扭矩值。试验重复了5次，结果如表1、图6所示。

表1 四种结构松开扭矩对比N·m

图6 四种结构松开扭矩对比

由对比结果可知：

（1）以22 N·m扭矩紧固螺母，所有防松方式在5次拆卸过程中最小拆卸扭矩为12 N·m，大部分拆卸扭矩值分布在15～22 N·m之间，可认为紧固效果正常；

（2）若在短时间内拆装，锁紧螺母的松开扭矩并不会明显降低，锁紧螺母具备可重复使用的功能；

（3）相比之下，原装锁紧螺母拆卸扭矩值分布较为分散，效果不稳定，但这可能与原装螺母为旧件，经过拆装甚至反复旋紧有关；

（4）使用Nordlock防松垫片效果最好，松开扭矩值明显大于未使用该防松垫片的情况，且松开扭矩值较为稳定；

（5）使用普通螺母加Nordlock垫片与使用原装锁紧螺母加Nordlock垫片的防松方式，在紧固效果上基本相同，但原装螺母还带有防脱落功能，因此建议使用原装锁紧螺母加Nordlock垫片的防松方式。

4 结论及建议

根据以上测试结果及调查情况，建议如下：

（1）基于调查分析认为螺柱长度不足是该部位螺母容易松脱的主要原因，因此建议将螺柱加长5 mm；

（2）由于此部位并未添加润滑油脂，因此22 N·m的紧固扭矩可能偏小，建议增大紧固扭矩至34～63 N·m；

（3）根据重复试验结果，若短时间内拆装且次数不超过5次，锁紧螺母可重复使用，但安装时间超过一周后拆卸，建议更换锁紧螺母；

（4）基于测试结果，建议采用使用Nordlock垫片的防松方式。

5 紧固件换型

根据上述调查和分析结论，拟同时采取两种措施来整改：

（1）螺柱长度加长5 mm；

（2）原有平垫圈换型为Nordlock垫圈。

5.1 螺柱长度加长5 mm

将原有长度为45 mm的M10螺柱更换为50 mm螺柱，安装紧固后螺柱高出螺母约4 mm，如图7所示。满足JB/ZQ 4247-2006螺母锁紧要求，保证了螺母和螺柱配合长度。

图7 加长螺柱高出锁紧螺母4mm

图8 Nordlock防松垫圈

图9 防松垫圈大锯齿相啮合

5.2 原有平垫圈换型为Nordlock垫圈

Nordlock防松垫圈不是利用摩擦力而是利用机械结构锁紧，由一对相互咬合的齿面垫圈配合组成，相互咬合的角度α大于螺纹升角β，依靠锯齿配合，具有很高的抗震防松能力，在市场上有多种型号可供选择，如图8、图9所示。将原有平垫圈换型为Nordlock防松垫圈，保证螺母螺柱配合长度的同时，增加垫圈防松，双重保证螺母的紧固。

6 使用效果跟踪及结束语

以上两项整改方案已经在五号线30列车上的共1 440个位置完成换型，经过8个月的运用跟踪，该位置再未发生紧固件松脱问题，有效杜绝了直线电机沉降风险，进一步优化和提升转向架安全性和可靠性，保证了列车运营安全。根据本次紧固件换型经验，特别是对Nordlock防松垫圈的应用尝试，为其他部位的紧固件松动故障提供了参考解决方案，降低松脱风险。

［1］南车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州市轨道交通四、五号线直线电机车辆使用说明书［Z］.2006.

［2］朱士友，吕劲松.车辆检修工［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2009.