高速动车组转向架螺栓防松技术研究

卜峰 李雪 李冰

中车长春轨道客车股份有限公司

高铁转向架作为列车安全运行的保障，主要承担了承载、牵引、缓冲、导向和制动等功能。转向架上装配的制动夹钳，牵引电机，减振器均采用螺栓螺纹连接。

一、正确的螺栓设计

高速动车组转向架主要包括构架组成、轮对组成、悬挂系统、牵引系统和制动系统，这五大系统之问的连接方式大多是螺栓连接，通常，连接螺栓规格为M 10、M 12、(M 14)、M 16、(M 18)、M 20、(M 22)、M 24、(M 27)、M 30、M 36，其中带()的规格尽量不要选用。根据螺栓使用位置，分析螺栓的受力工况，设计出合适的强度等级，按照《碳素钢和合金钢紧固件的机械特性》(JISB 105 1-2000)，设计螺栓强度等级一般为4.6(或4.8)级、8.8级和10.9级，对于12.9级强度尽量不要选用，因为12.9级强度螺栓易产生氢脆性导致的滞后性破坏。计算螺栓初始连接的轴力F=Ơi X A r，该力至少为载荷Wa所产生的最小连接力的1.2倍，即F≥1.2×Fc，以确保螺栓即使在外力的影响下也不会产生轴向松动，如果不满足F≥1|2×F c，则必须重新选择螺栓规格。选螺栓规格型号后，还应计算出恰当的施工扭矩，不恰当的施工扭矩不仅会导致螺栓松动，还会导致螺栓断裂，会对运行中的列车带来重大的安全隐患，螺栓扭矩按如下公式计算：

公式中，表示力矩系数，它随着螺纹牙型、是否添加螺纹润滑剂等条件不一而改变，这里不再详述。F表示初始连接的轴力，d表示螺栓直径。根据步计算，F应为一个范围值，因此得出的力矩T也为一个范围，一般选择范围中间值作为施工扭矩T。

二、正确的螺栓安装工艺

为了确保转向架上连接螺栓不会在高速运动中松脱，在螺栓安装时必须保证安装工艺正确有效，对于有扭矩要求的螺栓一定要采用扭矩扳手进行扭矩确认，有条件时可采用扭矩扳手来进行施工作业。目前，高速转向架组装主要采用传统的机械式扭矩扳手，精度一般不超过±4%。随着扭矩工具行业的发展，电动式、气动式等自动化扭矩扳手也逐渐得到了运用，由于自动化工具使用起来相对简单，在这里主要探讨如何正确使用机械式扭矩扳手。在使用扭矩扳手前，一定要先查看扭矩扳手是否经过专业计量检定部门检定，且使用日期尚在检定有效期内，扭矩扳手属于精密器具，内部结构较复杂，即使长期放置不使用，其内部也会产生诸如老化、卡滞、锈蚀等变化，导致扭矩显示出现偏差。因此，新的扭矩扳手在使用前和使用一段时间后(通常半年左右)，必须按期送至专业计量检定部门进行校准，未校准或者校准不合格的扭矩扳手严禁用于转向架组装作业。使用扭矩扳手时，首先查看扭矩扳手上的示值窗口，调整到使用目标的扭矩值，在调整过程中应从较小值往较大值的方向进行调整，如果调整过了目标值，应退回一段距离后再重新调整，切不可直接进行回调，因为扭矩扳手内部的丝杠机构存在间隙，微动回调仅能消除间隙，实际丝杠可能并未发生移动。调整完毕后，将扭矩扳手套在螺栓头部，应保证扳手手柄长度方向和螺栓轴线垂直，偏差不大于3。，施力方向与扳手手柄长度方向垂直，偏差不大于1O。。在向扭矩扳手施加力矩的过程中，除了要保证施力过程平稳外，还应注意将施力点放置在扳手手柄中心，经过验证，不管施力点相对于标准位置前移或者后移，都会产生扭矩偏差。缩短施力力臂导致实际产生的力矩增大，相反，如果延长施力力臂，则实际产生的力矩将减小，这一点尤为重要，切不可图省力而人为地增加延长杆来进行螺栓扭矩施加作业。

三、防松技术应用

防松技术采用摩擦防松，机械防松，以及永久防松形式，由于转向架为保证运行安全性经常进行零部件拆卸检修，所以转向架螺栓一般采用摩擦防松或者机械防松。

1.摩擦防松。摩擦防松是目前为止使用最为广泛的螺栓防松技术，利用增大接触面摩擦力的方式促使螺栓与螺母不会产生相对转动。增大接触面摩擦力有两种形式，第一种为增加螺纹副之间的摩擦力，典型的为使用弹簧垫片。利用弹簧垫片收口的弹力压紧旋合的螺纹产生螺纹副接触面之间压力，使螺纹副之间的摩擦力增大。第二种为利用防松垫片的特殊结构，典型的为NORDLOCK防松垫片。该垫片由两片的垫圈组成一套，上垫片与下垫片带有不同锯齿。当发生相对运动时，螺母发生转动时垫片的锯齿会抬升螺母，使连接面产生大的压力增大摩擦力抑制螺母旋转，使之不能松动。

2.机械防松。机械防松指的是利用特殊结构阻碍螺母与螺栓之间的相对转动。在高速转向架上采用的较多的机械防松技术为捆绑防松铁丝，利用螺栓头部的防松铁丝空，将防松铁丝传入，相邻螺栓连接成8字防松铁丝，可以有效利用铁丝的拉力使螺栓保证一定的拉紧力，不会产生旋动。除了利用防松铁丝进行机械防松以外，转向架上使用较多的为止转垫片进行防松，利用止转垫片伸出的舌头阻碍相对运动。

总之，转向架作为高速铁路的导向部件，其装配质量直接关系到列车运行的安全稳定。转向架上的所有部件都用螺栓连接，螺栓连接的质量是非常重要的。根据螺栓连接的特点,并提出了常见的方式锁定,摩擦和机械连接两种类型的锁定特殊性,两种锁定形式不会冲突在组装结构,高速建议使用摩擦锁定与机械锁锁的形式相结合,特别是锁线的使用可以有效地确定螺栓松动发生在运行的过程中,建议增加锁定标记的时刻，必要时可提供锁定过程中的目视检查确认。