广州地铁车辆大修紧固件扭力校核研究

2016-06-27谭名强孙正士

轨道交通装备与技术 2016年4期

关键词：扭力紧固件扳手

谭名强殷君孙正士

(广州地铁集团有限公司运营事业总部广东广州 510710)

广州地铁车辆大修紧固件扭力校核研究

谭名强殷君孙正士

(广州地铁集团有限公司运营事业总部广东广州 510710)

采用控制单一变量法试验得出结论：在广州地铁车辆大修过程中，宜使用紧固扭力的90%，用拧紧法对紧固件进行扭力校核。

扭力校核；地铁车辆；大修；紧固件

目前广州地铁车辆在大修过程中，使用扭力扳手来控制拧紧力矩，并采用紧固扭矩的90%用拧紧法进行扭力校核。对紧固扭矩的检测是整机或部件组装后可靠性检查的极为重要的一道工序，检测的目的是为了避免螺纹连接件在紧固过程中和紧固后发生超拧、漏拧和拧不足的现象，确保每个螺栓紧固后能正常工作。对紧固扭矩的检测工序可分为2大类：即在拧紧过程中的控制法和拧紧后的检测。

拧紧后的检测方法大致可分为以下4种。

(1)拧紧法。检验时用扭力扳手平稳用力逐渐增加力矩(切忌冲击)，当螺母或螺栓刚开始产生微小转动时它的瞬时扭矩值最大，继续转动，扭矩值就会回落到短暂的稳定状态，这时的扭矩值即为检查所得的扭矩。拧紧法适用于重要位置紧固后的检验。优点：操作简单。缺点：①存在二次紧固的可能；②对螺栓何时开始转动很难确定，存在主观因素；③螺栓转动的时候，由于要克服较大摩擦力，实际扭矩值应该大于安装时的扭矩值，所以测试值一般偏大。

(2)标记法。检验前先在被检螺栓或螺母头部与被连接体上划一道线，确认相互的原始位置。然后将螺栓或螺母松开些，再用扭矩扳手将螺栓或螺母拧紧到原始位置(划线处线要对准)，这时的最大扭矩值再乘以0.9～1.1所得的值即为检查所得的扭矩。优点：比拧紧法更精确。缺点：①相对比较繁琐；②存在一个松螺栓的过程，不适宜有防松功能的紧固件。

(3)直觉法。对有弹性垫圈类的可观察是否压平；对无弹性垫圈类或有弹性垫圈但观察困难的，则可用扭力扳手拧紧，凭直觉判断拧紧程度：若到扭矩值，扳手不转动或微小转动，判为已拧紧；若转动超过半圈为没有拧紧、不合格。直觉法受主观因素影响较大。

(4)拧松法。用扭矩扳手慢慢地向被检螺栓或螺母施加扭矩，使其松开，读取开始转动时的瞬时扭矩值，并根据经验乘系数1.1～1.2，即为检验扭矩值。优点：操作简单。缺点：对螺栓何时开始转动很难确定，存在主观因素。

1 扭力校核试验

车辆的螺栓连接校核应按照重要位置紧固后的检验方法进行，因此扭力校核试验主要采用拧紧法并用拧松法配合验证。

根据VDI2230高强度螺栓连接的系统计算标准，扭矩公式如下：

式中：MA为扭矩；FM为预紧力；P为螺距；d2为中径；μG为螺纹的摩擦因数；DKm为有效承载面积的直径；μK为螺栓头或螺母表面的摩擦因数。

由上式可知：安装扭矩受到承载面的摩擦力、螺纹间的摩擦力和螺栓拉伸的影响。

普通螺栓和螺母的扭矩公式如下：

锁紧扭矩=接触面消耗的扭矩+螺纹部分消耗的扭矩+转化为螺栓弹性势能消耗的扭矩；

松动扭矩=接触面消耗的扭矩+螺纹部分消耗的扭矩-转化为螺栓弹性势能消耗的扭矩。

对摩擦因数为0.1～0.2的区间进行测试，发现“接触面消耗的扭矩+螺纹部分消耗的扭矩”大约占到总扭力值的80%，而“螺栓弹性势能消耗的扭矩”只占到总扭力值的20%。

在装配时如有螺纹紧固剂或其他锁紧元件连接，还应考虑克服锁紧元件所需的额外的功。

1.1 针对螺栓材质进行扭力校核试验

针对不同的强度等级、螺栓直径、表面处理方式，共用3种螺栓进行扭力校核试验，核实材质对扭力校核的影响[1]。

1.2 针对垫片形式进行扭力校核试验

挑选上述3种螺栓，分平垫、锥形弹簧垫片、防松垫片3种情况进行试验、对比[1]。

1.3 针对螺母形式进行扭力校核试验

挑选上述3种螺栓，分普通螺母、防松螺母、锁紧螺母3种情况进行试验、对比[1]。

综合以上3项试验内容，根据现场情况准备的备件清单如表1所示，工具清单如表2所示。

表1 试验备件清单

表2 试验工具清单

1.4 试验位置

对广州地铁4号线列车转向架构架横梁侧板处的M10紧固螺栓、摇枕横向止挡安装处的M12紧固螺栓进行扭力校核试验。

1.5 扭力校核试验组合

采用新备件无时间间隔进行扭力校核的试验情况如表3所示，采用新备件间隔48 h进行扭力校核的试验情况如表4所示。

表3 新备件无时间间隔扭力校核试验记录表 /(N·m)

说明：(1)表盘式数显扭矩扳手具有校验功能，在进行拧紧法扭力校核时，会记录下拧紧过程中最大的扭力值。同理，在进行拧松法扭力校核时，会记录下拧松瞬间的最大扭力值。由于螺栓紧固后仍有继续紧固的可能，因此会出现拧紧法扭力值大于紧固扭力值的情况。

(2)序号1和序号2为拧紧后直接拧松，因此拧松法扭力值的基础是拧紧法试验后的值。

表4 间隔48 h扭力校核试验记录表 /(N·m)

2 扭力校核试验结论

(1)通过对比表3中序号1、2及序号3、4可知，防松垫片的防松效果好于弹簧垫片，而弹簧垫片的防松效果好于平垫。

(2)通过对比表3的序号5和表4可知，防松螺母的紧固防松效果在安装完成48 h后的效果比刚安装时的效果要好。

(3)通过对比表3中的序号1、5和6，并结合结论2，可知防松螺母的紧固防松效果好于锁紧螺母，锁紧螺母的效果好于普通螺母。

(4)通过对比表3中的序号3、5可知，螺栓的尺寸规格及表面处理方式也会影响紧固防松效果，螺栓规格越大，紧固防松效果越好。

若采用拧松法进行扭力校核，不同的螺栓、螺母、垫片的组合方式及是否采用防松措施如锁紧螺母或涂螺纹紧固剂等，都将影响校核扭力与紧固扭力的比值，不适用于车辆架修、大修过程中的紧固件扭力校核。若采用拧紧法进行扭力校核，则只有在校核扭力大于紧固扭力时，才会使螺栓转动，而目前采用紧固扭力的90%进行的扭力校核，对于已经紧固的螺栓，螺栓不会偏移。