高速动车组转向架螺栓防松技术研究

王伟楠

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132002）

加固侧架防止磨耗板断裂，高速动车转向架立柱磨耗板是通过折头螺栓、垫圈和防松螺母与侧架连接在一起的，立柱磨耗板的状态对车辆运行中转向架的性能起着重要的作用，立柱磨耗板裂损将导致斜楔主摩擦面损伤，摩擦副性能降低，甚至失效，致使车辆动力性能降低，造成车辆运输安全隐患。

加固侧架防止磨耗板磨耗，高速动车转向架侧架立柱面与磨耗板接触状态不良是发生磨耗板裂损的重要原因。在实际生产中，部分工厂为了保证侧架立柱面的平面度和侧架的组装质量，对侧架立柱面进行了加工。一些运用部门对侧架立柱面上的铸造凸起进行了打磨，以满足磨耗板与侧架立柱四周的接触符合要求，但是磨耗板与侧架立柱中间出现间隙，此处的间隙很难被发现和检查测量。车辆落成后，车体的部分自重、重载和车辆动载荷等通过斜楔作用到磨耗板上，两者叠加，造成磨耗板裂损。这是磨耗板裂损的重要原因。

加固减振内簧防止折断，在检修过程中分解枕簧时发现，减振内弹簧折断较多，且裂纹和折损多发生在减振内弹簧下面至1～2 圈内，裂纹一般自簧圈内侧开始，断口全为新痕。

2.1 防松失效的主要形式

对转向架部件的螺纹联接来说，引起螺纹联接失效的形式有如下几种：

（1）联接面变形产生松动。①螺栓头或螺母支撑面的接触压强很大时，或者被联接件的表面刚度较小，被联接件的表面在螺栓头部或螺母的压紧作用下会产生环状压陷。继续使用过程中，由于塑性变形继续发生，联接的预紧力也会降低。②螺母自动回转引起的松动，动车组转向架在较高速度的持续运行中，由于受长期变载、振动及冲击，或者受环境温度的升高、降低等条件影响，螺纹副的摩擦系数随之变化，螺纹副和螺母支撑面处的摩擦力有时会瞬间消失，螺纹副无法满足自锁条件而使螺纹副间产生相对滑动，导致螺母回转，多次重复以后就会产生松动。

（2）螺栓防松方法及应用。控制预紧力。预紧可以提高螺栓联接的可靠性、防松能力及螺栓的疲劳强度，增强螺栓联接的紧密型和刚性。因此，在转向架部件组装时，控制安装预紧力是防止螺纹紧固件松动的经济有效措施之一，这种方法利用螺纹的自锁条件，不需要对螺栓、螺母结构做任何改动，通过保证合适的预紧力来防止螺栓联接松动。

（3）定期计量要求。指针式扭力扳手、数显式扭力扳手等属于精密器具，内部结构较复杂，即使长期放置不使用，其内部也会产生诸如老化、卡滞、锈蚀等变化，导致扭矩显示出现偏差，因此，扭矩扳手在使用前和使用一段时间后（通常半年左右），必须按期送至专业计量检定部门进行校准，确保工具处于正常状态，否则力矩就会出现偏差。

（4）扭力扳手的选用。根据扳手的特性，紧固对象的扭力值应在扳手最大量程的20%~100%以内。因为扭矩扳手的指针在0~20%之间时，扳手内部弹簧刚开始发生形变，此处的扭矩值不稳定。以量程为320N·m 的扭力扳手为例，其使用范围应为320×20%～320N·m=64～320N·m。

（5）摩擦防松法。摩擦防松法是通过联接预紧的方式使拧紧的螺纹副之间存在一定的轴向压力而保持一定的有摩擦阻力矩而达到防止联接松脱的目的。常用的摩擦防松法主要包含如下几种：弹簧垫圈防松。螺母拧紧后，压平垫圈产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧，同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件间的支承面，也起到防松的作用。此方法结构简单，使用方便，在转向架螺栓联接中应用广泛，但缺点是垫圈弹力不均，在受到重载、交变载荷冲击下，防松效果一般。因此，在采用弹簧垫圈的同时，一般还附加弹性钢丝辅助防松。

（6）双螺母防松。两螺母对顶拧紧，使旋合螺纹间始终受附加压力和摩擦力作用。工作载荷变动时，该摩擦力始终存在，下螺母受力较小，可薄些。此方法结构简单，适用于平稳、低速、重载等固定装置上的联接，但因为安装、拆卸等较单螺母结构复杂，且占用空间较大，在动车组转向架上应用较少，而在客车、机车等转向架上应用较多。

（7）自锁螺母。动车组转向架联轴节安装螺栓采用了一种类似于自锁机构的螺母，垫圈与螺母联接部位设计了斜形配合面，首先施加扭力紧固螺母，然后对螺母施加反向力矩，通过垫圈与螺母之间斜形金属的压紧产生对螺母的轴向反作用力，从而达到防松的目的。

（8）机械防松。机械防松的原理是通过金属止动零件阻止螺栓与螺母之间的相对转动。止转垫片，止动垫片其结构简单可靠，但垫片只能一次性使用。主要形式有舌簧垫圈、止动垫圈等。.开口销及开槽螺母，螺母拧紧后将开口销穿入螺纹尾部小孔或螺母的槽内，并将开口销尾扳开与螺母侧面贴紧，从而起到防止松动的作用，其防松效果良好，可承受较大的载荷冲击。串联钢丝将低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺栓串联，使其相互制动，从而预防松动。钢丝防松结构简单，可直接通过检查铁丝的状态来判断螺栓是否松动，转向架上一般采用串联钢丝与弹簧垫圈组合的防松方式，以确保螺栓在安装后长期运行中的可靠性。机械防松因其结构简单、可靠的优点，已成为目前动车组转向架螺栓防松的主要方式。

（9）不可拆卸防松方法。通指采用冲铆、焊接、胶粘等方式，消除螺纹副相对运动关系，使其变成非运动副，防松性能好，但操作繁琐，受人为因素影响大，且不可拆卸，因动车组转向架大部分部件需拆卸检修，故该方法在转向架上很少应用。

（1）检修工艺执行不彻底。段规及检查工艺对弹簧的检修要求是弹簧折断、圆钢直径腐蚀磨耗大于8%以及自由高小于规定限度时更换，结果工作者只注重检测弹簧高度，而忽略对弹簧其他部位的检查；
由于减振内圆弹簧的自由高较大，弹簧内径、间隙较小，弹簧内侧易出现死角以及表面的沥青漆，往往造成弹簧内侧裂纹等缺陷不易被发现、检修时漏检、运行中就减振内圆弹簧折断。

（2）工艺缺陷。从折断的内弹簧断口可以看出，在簧圈由圆截面过渡到矩形截面处存在着凸台及不平现象。其根源为内弹簧卷制时，端部支撑圈和工作圈表面不光滑，有毛刺、划伤、刻痕、裂纹、折叠、尖锐边缘和夹具伤痕，弹簧支撑圈端部与工作圈之间的间隙太大，运用过程中端头和工作圈之间磨耗产生沟槽，在运用中极易产生应力集中，导致产生裂纹而折损。

（3）存在卡阻现象。转向架检修后进行落成交验时，经常发现枕簧没有完全入槽，即摇枕两端弹簧定位圆脐没有落入减振内弹簧之内，减振外弹簧倾斜搭在承载弹簧台挡边上，出现了卡阻现象。因定位圆脐和弹簧挡边结构的特殊性，卡阻现象如不能及时发现和处理，在全车落成后很难自然复位，导致内弹簧外径与外弹簧内径之间的磨耗加剧，从而使强度较低的内弹簧首先折断。

（4）应对措施。严格执行检修工艺，加大检修力度，要重点检查圆钢螺旋弹簧内侧，防患于未然；
提高新造弹簧质量，不允许有刻痕、裂纹、褶叠、麻斑等缺陷；
完善热处理工艺，防止弹簧过硬、过脆；
对减振弹簧进行抛丸处理，抛丸处理后能够消除毛刺、划伤、刻痕、裂纹、折叠、尖锐边缘和夹具伤痕，使其表层的组织结构得到强化，从而提高其耐疲劳和抗应力腐蚀开裂性能，检修合格的弹簧，其表面需清理干净，并涂防锈漆；
严格执行工艺标准，即同一转向架同型圆柱弹簧自由 高之差不得大于3mm，同一侧架上同型内弹簧或同型外弹簧自由高之差不得大于2mm。在落车后空车状态下，应保证转向架摇枕两端弹簧定位圆脐落入减振内弹簧之中，不允许存在卡阻现象。