和谐号动车组高级修后部分轴箱前盖螺栓扭力值衰减原因分析

黄朝权，韦 广

（1.南宁中车轨道交通装备有限公司，广西 南宁 530299；
2.南宁铁路局集团有限公司 南宁车辆段，广西 南宁 530009）

近年来，随着动车组使用年限的增加，根据动车组高级修周期，各铁路局的动车组即将进入高级修高峰期，伴随着车体配件的重新拆装，安全问题不容忽视。各主机厂和检修基地为了提高维修效率、降低维修成本，不断采用新技术、新设备。但是，新技术、新设备若不先进行验证就大面积使用，则可能对轨道列车的行车安全造成影响，难以适应当前轨道交通行业高质量发展的新要求。本文结合某铁路局某动车所部分动车组高级修后轴箱前盖扭力值衰减问题进行排查分析，结合目前动车组、机车车辆设备高级修、架修现状，对轴箱等高扭力螺栓拧紧工艺进行分析，确保各紧固部件安全牢固。

2.1 故障发现情况

某铁路局某动车所职工对CRH380A某动车组进行一级检修作业，在检查轴箱前盖、底部及电线支架时，发现手握电线支架时该支架存在轻微晃动，使用扭矩扳手进行校核发现螺栓扭矩不足。

2.2 轴箱前盖安装螺栓分布分析

动车组轴箱前盖安装可分为带电线支架和不带电线支架两种安装方式。带电线支架的特殊轴箱前盖安装方式：使用2颗M20×55的安装螺栓和2颗M20×105的安装螺栓紧固，紧固扭矩为200 N·m（如图1所示）。不带电线支架的普通轴箱前盖安装方式：使用4颗M20×55的安装螺栓紧固，紧固扭矩为200 N·m（如图2所示）。

图1 带电线支架的特殊前盖安装状态

图2 不带电线支架的普通前盖安装状态

经过排查统计，CRH380A和CRH2A和谐号统型动车组带电线支架的特殊轴箱前盖主要分布在拖车轮对上，具体分布见表1、表2。

表1 电线支架分布统计表

表2 电线支架、轴箱前盖螺栓数量统计表 （单位：个）

2.3 扭力校核情况

工作人员发现该CRH380A动车组某轴箱前盖螺栓存在松动情况后，为全面排查故障原因，须对该车其他轴箱前盖螺栓扭力进行校核。对01、00车共计28颗M20×105电线支架安装螺栓（编号3、4）进行扭矩校核，为方便确认扭力衰减程度，校核标准按100 N·m、120 N·m、140 N·m、160 N·m、180 N·m、200 N·m共6个等级依次进行校核，校核过程中发现全部螺栓均存在10°～30°转动，其中160 N·m扭矩校核转动26颗，200 N·m扭矩校核转动2颗；
对该CRH380A动车组01、00车共计36颗M20×55轴箱前盖不带电线支架安装螺栓（编号1、2）进行扭矩校核，发现200 N·m扭矩校核转动2颗（见表3）。

表3 故障车轴箱前盖螺栓校核情况

2.4 不落轮镟机床测量情况

对该CRH380A动车组轮对进行测量，通过不落轮镟机床测量发现全列轮对等效锥度均大于0.035 mm，低阶多边形平均低于20 dB，高阶多边形平均低于5 dB，径向跳动均低于0.3 mm，根据相关限度标准，数据均无异常［1-2］。动车组等效锥度、径向跳动、多边形测量值见表4。

表4 动车组等效锥度、径向跳动、多边形测量值

2.5 检修历史调查

调取动车组信息管理系统相关检修信息，发现该故障CRH380A动车组近期进入某动车检修基地进行三级修，修竣后采用有动力回送方式，回送到配属动车所后进行高级修试运行，之后一直在动车所中停轮整备。在上线载客前，检修班组对其进行二级检修及一级检修，发现轴箱前盖螺栓松动。初步判断螺栓松动的原因为在该动车检修基地进行三级修时，相关作业者操作不当。

3.1 扩大测量范围

为进一步掌握动车组轴箱前盖紧固螺栓安装状态，找出螺栓扭矩值不足的根本原因，决定扩大样本分析，经与

主机厂对接最终制定其他动车组轴箱前盖螺栓扭力校核方案，从60 N·m开始每隔20 N·m往上进行校核，累计完成41组（含首次发现故障的动车组），其中CRH2A动车组30组、CRH380A动车组11组，发现其他动车组轴箱前盖螺栓扭力值均存在不同程度的衰减问题，具体情况如下。

总体校核情况：总共完成扭力校核动车组共计41组，包含CRH2A/ CRH380A和谐号统型动车组，轴箱前盖螺栓扭力校核结果见表5。

表5 41组动车组轴箱前盖螺栓扭力值统计表

CRH2A校核情况：完成CRH2A和谐号统型动车组共计30组，轴箱前盖螺栓扭力见表6。

表6 CRH2A动车组轴箱前盖螺栓扭力值统计表

CRH380A校核情况：完成CRH380A和谐号统型动车组共计11组，轴箱前盖螺栓扭力见表7。

表7 CRH380A动车组轴箱前盖螺栓扭力值统计表

3.2 初步数据统计分析

通过分析发现，螺栓扭力衰减幅度与螺栓长度成正比关系，螺栓越长，衰减幅度越大。M20×105螺栓扭力值衰减幅度的占比，相对于M20×55螺栓要大。

通过对动车组轴箱前盖外观检查、动车组轮对数据测量、扭力值校核、车型之间对比及走行公里分析，发现从某动车检修基地高级修出来的动车组，动车组扭力衰减程度较青岛、成都、北京和江门等动车检修基地高。

某动车检修基地自2019年7月起在高级修中使用电动伺服智能扭矩扳手，该电动伺服扭力扳手为青岛德尔公司生产，伺服电机可自动施加扭矩，扭矩数据由无线网络上传并记录，经普查，其后检修的74列动车组普遍存在轴箱前盖安装螺栓扭矩衰减现象。经分析发现，该动车检修基地采用电动伺服智能扭力扳手进行螺栓紧固作业，扭矩策略为两步拧紧，转速较高（0～25%扭矩时为180 r/min，25%～100%扭矩时为54 r/min），且中间无停顿时间，造成螺杆持续受力，产生的径向应力无法得到释放，同时螺杆会产生一定的形变，螺栓越长形变越大，待拧紧完成后，螺杆径向应力逐步释放，形变逐渐恢复，最终导致螺栓紧固扭矩衰减［3］。该动车检修基地高级修现有2种具备数据无线上传功能的智能扭矩扳手，并且2种智能扭矩扳手在高级修检修时混合使用，分别为电动伺服智能扭矩扳手（分为固定式、手持式）和手动咔哒扳手。经后续现场调查试验，使用电动伺服智能扭矩扳手紧固轴箱前盖螺栓后，放置24 h校核扭矩均存在衰减现象，并且M20×105长螺栓比M20×55螺栓扭矩衰减比例高；
使用电动伺服扳手紧固5 min后再用手动咔哒扳手校核，放置24 h校验未发现扭矩衰减现象；
使用手动咔哒扳手紧固轴箱前盖螺栓后，放置24 h校验未发现扭矩衰减现象。

与此同时，对比中车青岛四方机车车辆股份有限公司（简称青岛四方）使用的同类扭矩扳手，分3段拧紧，第一段0～50%扭矩时为20～60 r/min，第二段50%～90%扭矩时为5～10 r/min，第三段90%～100%扭矩时为25 r/min，转速较低，并且在第二、三阶段之间设定150 ms停顿时间点，给予螺栓释放弹性应变力的时间；
对青岛四方高级修后相同部位螺栓进行扭矩校核，均无螺栓转动现象［4］。综上所述，导致动车组高级修后轴箱前盖螺栓扭力衰减的原因为使用电动伺服智能扭矩扳手进行螺栓紧固作业时，扭矩策略只采用两步拧紧，且紧固转速较高，中间无停顿时间，造成螺杆持续受力，产生的径向应力没有充足的时间得到释放，并且在拧紧过程中螺杆产生形变与螺栓长度成正比关系，待拧紧完成后，螺杆径向应力逐步释放，形变逐渐恢复，从而导致螺栓紧固扭矩衰减［5］。

5.1 加强螺栓扭矩作业管理

建议各主机厂、检修基地及动车段（所）高度重视螺栓扭矩衰减可能带来的事故隐患，对照本次某动车检修基地发生的螺栓扭矩衰减问题，分析查找本单位在检修过程中使用相同或类似功能扭矩扳手的拧紧策略是否科学可靠，同时要检查工艺文件或作业指导书中关于螺栓紧固的要求是否明确合理，及时排除安全风险。对于有扭矩要求的螺栓，要严防使用风动或电动扳手在螺栓初始紧固时一次紧固到位或过扭矩紧固，防止无法再用扭矩扳手按规定扭矩紧固的现象发生。

5.2 持续开展紧固扭矩衰减特征研究

一是按线路实测载荷谱继续开展轴箱前盖螺栓扭矩衰减特征台架试验，监测试验过程中扭矩衰减情况，进一步评估轴箱前盖螺栓扭矩值设置的合理性；
同时，统计分析轴箱前后盖紧固螺栓高级修扭矩校核数据，对比台架试验情况，进一步研究残余扭矩与高级修周期间隔匹配关系。二是建议各主机厂及检修基地在撒砂排障安装臂紧固螺栓扭矩强化后，做好螺栓残余扭矩的抽检情况，进一步评估运用修240 N·m（额定扭矩的80%）校核标准的合理性。

5.3 加强运用检查

根据此次故障，建议各动车段（所）、城轨车辆运维部门要加强检修时的螺栓扭矩校核工作。例如，动车组可结合修程修制改革，在60万km进行三级修自主检修时增设螺栓扭矩校核工作项目，做到早发现、早预防，杜绝车辆设备在运行过程中发生螺栓松脱事件。

受疫情的影响，近两年轨道交通在日常运维、高级修及架修方面的成本和效率逐步得到有关单位的重视，各检修基地、运用段（所）及城轨运维单位不断创新，研究使用新工艺、新方法，推进轨道交通行业高质量发展，这是创建具有中国特色的轨道交通运维标准体系的必由之路。同时，要强化对检修工艺变更管控，加强轨道车辆装备检修工艺的变更管理，采用新设备、新工艺前要充分预估风险，做好工艺变更前后对比分析，待验证成熟后再推广使用，使改革创新不断促进轨道交通行业发展。