车辆悬挂设备紧固件失效原因分析及解决措施

丁宝英 刘和平

摘 要：城轨车辆运行时，由于轮轨间产生的冲击、振动及温度变化，会造成车下悬挂设备螺纹连接紧固件的裂纹、断裂、松动或脱落，严重威胁到车辆的行车安全。因此车下悬挂设备安装的可靠性对城轨车辆的安全运行至关重要。本文就现场案例分析了车下悬挂设备紧固件失效的原因，并提出纠正预防措施。

关键词：车辆;悬挂设备;紧固件;纠正预防措施

一、引言

螺母的自锁是通过螺母和螺栓之间的摩擦力实现的，在动载荷中这种自锁的可靠性就会降低，需采取一些防松措施，保证螺母锁紧的可靠性。其中双螺母结构是一种简单实用的防松措施。双螺母防松的原理：使螺栓在旋合段内受拉而螺母受压，构成螺纹联接副纵向压紧，起到防松作用。由于结构简单、便于装卸，普遍用于低速重载的城轨车辆项目。

目前国内常规的双螺母防松工艺是：先用规定紧固扭矩的80%扭矩值，拧紧第一螺母（即靠近紧固接触面的螺母），再用100%的扭矩值拧紧第二螺母。如果第一螺母与第二螺母安装扭矩值相差过大，会造成第二螺母安装过程中第一螺母发生移位导致螺栓滑丝而失效。

二、问题描述

某项目第3列TMC2车车下设备安装过程中发现4个M20设备吊挂螺栓在第2螺母紧固施加扭力过程中（第一螺母扭力336N·m、第二螺母扭力480N·m）发生滑丝现象，如图1所示。

图1 蓄电池箱安装失效螺栓

4个失效螺栓（M20×80）集中发生在蓄电池箱（3个螺栓）和滤波电抗器（1个螺栓）。M20×80螺栓批次号为T16.1，材质均为SCM435;M20螺母批次号为KB0004，材质为35K钢。

三、原因分析

（一）紧固件化学成分及性能

M20×80螺栓、M20螺母为标准件，材料分别执行JISG4053、JISG3507，性能均执行GB/T3098，按此标准进行入库复验，见表1。

表1： M20×80螺栓入库情况

序号 物料名称 数量 入库日期 复验报告编号

1 螺栓M20×80（达克罗） 208 2017.10.01 17L092817

2 96 2017.11.30 与2017年10月01日入库的螺栓为同一批次，按17L092817执行。

3 16 2017.12.18

4 128 2018.04.15

合计 448

1 螺母M20（达克罗） 320 2018.01.13 17L120210

2 400 2018.02.11 与2018年1月13日入库的螺母为同一批次，按17L120210执行。

3 400 2018.03.20

4 400 2018.04.21

合计 1520

化学成分、硬度、最小拉力载荷、磁粉探伤等复验结论合格。螺栓复验结果见表2。同样复验螺母M20结论合格。

表2：M20×80螺栓复验结果统计表

复验项目 标准值 螺栓1 螺栓2 结论

化学成分%

（2个螺栓） 碳 0.33-0.38 0.34 0.34 合格

硅 0.15-0.35 0.16 0.15 合格

锰 0.60-0.90 0.73 0.74 合格

磷 ≤0.025 0.010 0.011 合格

硫 ≤0.025 0.005 0.005 合格

镍 ≤0.25 0.003 0.003 合格

铬 0.90-1.20 1.02 1.05 合格

铜 ≤0.30 0.03 0.03 合格

钼0.15-0.30 0.19 0.19 合格

硼 ≤0.003 <0.001 <0.001 合格

硬度（HRC）

（2个螺栓） 23-34 25.4 24.8 合格

25.0 24.8 合格

24.7 24.7 合格

最小拉力载荷（KN）

（1个螺栓） ≥203 214 合格

磁粉探伤

（1个螺栓） ---- 合格 合格

（二）設备安装技术要求。1、查阅车下设备安装制造技术条件，螺距为2.5的8.8级高强度钢，M20螺栓扭矩要求为448N·m。对于车下设备采用双螺母防松结构的，第一螺母为第二螺母扭矩的80%，即第一螺母扭矩值应为358 N·m，第2螺母扭矩值应为448 N·m。[1]2、查阅车下设备安装作业指导书，M20×80螺栓第一螺母扭矩为336N·m（480 N·m×70%），第二螺母扭矩为480N·m，不符合设计要求。

经查车下悬挂设备辅助电源箱、蓄电池箱、滤波电抗器安装用M20×80螺栓紧固扭矩工艺规定与设计规定不符：最大扭矩值选定错误;且不符合第一螺母扭矩为第二螺母扭矩的80%比例原则。

（三）施工工艺

施工工艺流程：移动设备→各安装眼孔对正→穿入对应紧固件→涂抹乐泰-243→紧固第一螺母并打扭矩（风动工具预紧）→紧固第二螺母（风动工具预紧）并打扭矩→涂打防松标记。[2]

经查工艺流程、人员资质、扭力扳手均符合工艺文件要求。

（四）结论

由于M20第二螺母扭矩值大（480 N·m）;且第一螺母与第二螺母扭矩值差值过大（144 N·m），导致第二螺母安装过程中造成第一螺母移位，从而发生螺栓滑丝失效。

四、纠正预防措施

（一）双螺母防松技术文件应严格执行第一螺母扭矩值为规定值的80%、第二螺母扭矩值为规定值100%且扭矩值之差不超过100 N·m的原则。

（二）工艺部门按照上述原则修订工艺文件，质量部门修订检验文件。

（三）排查在产和已出厂车辆，按照修订后的工艺文件和检验文件进行整改。

（四）建立设计、工艺、质量部门工作协同机制，从源头进行控制。

五、效果

采取以上纠正预防措施后，未发生车辆悬挂设备紧固件螺栓滑丝失效现象，保证了车下悬挂设备安装的可靠性，保证了城轨车辆的运营安全。

参考文献

[1] SFMM-400-00000JI《地铁项目车下设备管线通用技术条件》.

[2] SFM5400-K-87-00028《车下电气设备安装作业指导书》.