基于地铁车辆装配带力矩螺栓紧固的工艺优化分析

魏健

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

1.1扭矩拧紧法

该方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，单位为mm，K表示拧紧力矩系数，F0表示预紧力，单位为N;。

其中，螺紋当量摩擦系数、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。

在装配带力矩螺栓紧固过程中，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。

1.2屈服点拧紧法

该方法是将螺栓按照一定要求拧紧至螺纹材料屈服极限点，将其与转角控制法结合在一起，来计算扭矩-转角曲线斜率，进而达到判断屈服点的目的。在屈服点拧紧过程中，一般需要将螺栓拧紧到设计的起始力矩，并由此开始来对拧紧曲线斜率值的变化进行监控，当斜率下降超过设定值时，则反映螺栓拉伸至屈服点，由此就可以停止施力。

在装配带力矩螺栓紧固阶段，屈服点拧紧法能够有效克服转角起始点和摩擦系数对拧紧质量的影响，进而使螺纹件咬合强度得到充分发挥，提高装配精度。该方法既能够优化装配结构设计，而且要求螺栓具备良好性能。

1.3转角拧紧法

在螺栓拧紧时，该方法的旋转角度与轴向伸长量和预紧力呈现比例关系，通过对旋转角度进行控制来达到预定拧紧力。转角拧紧法需要先将螺栓按照设计要求拧紧至力矩值的25%，以此来作为起始扭矩，以确保螺栓轴向伸长，并压缩连接件，通过转角产生一定的轴向夹紧力。转角拧紧法不仅具有性能稳定、拧紧精度高、受螺纹件摩擦系数影响小等优势，而且还可以使螺栓的承载能力得到充分发挥，进而获取较大的轴向夹紧力。

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来来对螺母、螺栓是否能够正确扭矩加以紧固来进行测定。在扭矩拧紧法使用之前，需要结合实际情况来合理设置扭矩数值，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，在每日装配开工前，要借助数字扭矩校准仪和力矩扳手校准仪给予校准。

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记录表、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.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.

[2]郑海，奚慧，袁建宁.城轨车辆螺栓联接装配失效影响因素试验研究[J].南京工程学院学报（自然科学版），2017，12（1）：124-125.