基于地铁车辆装配带力矩螺栓紧固的工艺优化分析

魏健 苗峻

摘要：本文主要分析了装配带力矩螺栓紧固方法，重点介绍了螺栓紧固工艺优化措施，其不仅可以确保车辆装配质量和安全性满足要求，而且还可以确保车辆的运行及维修保养效果。通过对装配带力矩螺栓紧固工艺进行优化研究，以期为地铁车辆的安全运行提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。

关键词：地铁车辆;装配带力矩螺栓紧固;工艺优化;措施

经济社会的发展，有效推动了城市化的发展，而城市轨道交通是其中比较重要的组成部分。在地铁车辆中，其所采用的装配技术日趋复杂化和精密化，这就对车辆功能性和安全性的要求不断提高。在地铁车辆中，大部分零件间通过螺纹进行联接，并依靠螺纹副的拧紧来达到紧固、联接的目的。在实际生产阶段，一般会选择合适的工具来为其提供扭矩值，进而达到力矩紧固的效果，提高其紧固质量。

1.装配带力矩螺栓紧固方法

在机械制造行业，装配带力矩螺栓紧固过程中通常采用的方法主要分为扭矩拧紧法、屈服点拧紧法及转角拧紧法。其中，扭矩拧紧法是比较常用的控制方法，该方法可通过使用力矩扳手来对拧紧质量进行检验，可以有效控制零件质量和工艺过程。扭矩拧紧法具有操作简便、效果直观等特点，因此在地铁车辆装配车间中得到了广泛应用。

扭矩拧紧法主要是借助轴向预紧力和扭矩大小间的关系，将拧紧工具参数调节至某个扭矩值，以此来达到控制被联接件预紧力的目的。通常情况下，拧紧力矩T主要是用于克服被联接件（或垫圈）支承面与螺母间的端面摩擦力矩T1和螺纹副的螺纹阻力矩T2来决定，即

T=T1+T2=KF0d（Nomm）

式中：d表示螺纹公称直径，单位mm，K表示拧紧力矩系数，F0表示预紧力，单位N

其中，螺纹当量摩擦系数、拧紧速度、润滑状况等因素决定了拧紧力矩系数K的变化，从公式中发现，预紧力F0与拧紧扭矩T呈现出正比例关系。

2.力矩施加工具及校准仪器

在地铁装配车间，一般会选择扭矩螺丝刀和力矩扳手紧固螺母、螺栓，也可以在需要时对已紧固的螺母、螺栓扭矩进行测定和验证，这些工具分为普通手动的、风动的以及电动（有些甚至是智能电动）。在扭矩拧紧法使用之前，需要根据具体安装要求合理设置扭矩数值，以确保扳手或套筒的宽度与螺母、螺栓以及配管接头、软管等的对边宽度相匹配。同时，还需要在力矩扳手有效力矩线的基础上施加力矩，且垂直于力矩扳手。在紧固过程中，如果听到“咔嗒”声后，则需要停止操作。

如果装配部件有力矩要求时，则需要借助扭矩螺丝刀和力矩扳手来确定力矩值大小。通常情况下，每间隔一定周期要借助数字扭矩校准仪和力矩扳手校准仪给予校准，部分关键部位安装使用的扭力扳手可能在每日装配开工前、每日装配结束后都需要进行校准。

结合力矩校准仪和力矩扳手的自身误差来对目标力矩值进行计算，以确保其在力矩扳手校准有效范围值。通过下式可以计算力矩校准上下限值：

Tmin= T[1-（σ1+σ2）]

Tmax=T[1+（σ1+σ2）]

式中：T代表目标力矩值，单位为N·m;σ1表示矩扳手自身误差;σ2表示力矩校准仪误差。

以某品牌力矩校准仪及力矩扳手为例，如果力矩值超过10N·m时，力矩校准仪误差需要控制在±1%之内，力矩扳手自身误差需要控制在±3%。通过上述公式可知，当目标值为100N·m时，此时在力矩校准仪上力矩值显示值在96-104N·m内有效。当力矩值≤10N·m 时，则需要力矩校准仪误差控制在±1%之内，力矩扳手自身误差控制在±6%。通过上述公式可知，当目标值为5N·m时，此时在力矩校准仪上力矩值显示值在4.65-5.35N·m内有效。

3.地铁车辆装配带力矩螺栓紧固的工艺优化对策

对地铁车辆而言，在装配带力矩螺栓紧固工艺开发阶段，要从以下几个方面着手：（1）工具及设备方面。在进行力矩控制时，要合理选择工具和检测仪器，以确保力矩控制满足施工要求。同时按照要求做好力矩扳手校准仪器的检修，以确保工具和仪器的精准度;（2）防错追溯方面。在进行力矩控制时，要合理编制力矩扳手校准記录表、力矩操作过程作业指导书以及力矩过程控制卡等文件，然后分配给操作人员进行操作;（3）操作人员方面。在实施力矩前，要做好操作人员工具使用方法、力矩知识以及检验标准等方面的培训，考核结果符合要求会予以授权、资质认证;（4）选用扭力工具时，根据实际安装扭力需要，要避免使用工具额定量程的5%区间范围（该范围内偏差较大）;（5）针对M6（紧固力矩一般7.1Nm）、M8（紧固力矩一般17.3Nm）等紧固力矩较小的紧固件时，一定要关注预紧时的扭力设置，避免预紧时过扭现象，造成最终紧固时无拧紧方向转动而是直接发出“咔嗒”声;（6）针对一些较大规格螺栓（如车钩安装用M36螺栓，紧固扭力约1800Nm），在紧固过程中首先要确保对称均匀紧固，同时分步施加扭力，如首先施加1400Nm扭力预紧，然后施加1600Nm扭力预紧，最后施加1800Nm扭力最终紧固等。

4.结束语

总之，在轨道车辆装配过程中，要结合实际情况来优化装配带力矩螺栓紧固工艺流程，这样既可以确保装配带力矩螺栓紧固施工的顺利进行，而且还可以提高螺纹连接的质量，以此来确保地铁车辆的安全、高效运行。

参考文献：

[1]李思琦.地铁车辆装配带力矩螺栓紧固的工艺分析与研究[J].科技创新与应用，2019，7（16）：61-62.