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軌道交通車輛轉向架防松、防脫技術措施探討

作者:趙增闖( 江蘇瑞鐵軌道裝備股份有限公司,江蘇蘇州)

摘要:對典型的轉向架螺紋防松技術措施進行了分析; 介紹了軌道車輛轉向架防松、防脫設計原則及技術措施。

引言
轉向架是保證軌道車輛安全高效運行的核心部件,而轉向架的防松防脫可靠性能是影響軌道車輛能否安全運行的關鍵性能之一。轉向架各部件聯接方式可考慮采用螺紋聯接或拉鉚聯接方式,但拉鉚聯接是永久性聯接方式,適用于不需要拆卸的部位聯接,轉向架一般采用螺紋聯接方式,因此在轉向架設計中必須采取相應的螺紋防松技術措施。同時針對轉向架懸掛件應采取相應防脫技術措施,防止懸掛件因螺紋聯接失效而脫落至軌道,危及行車安全。

1 螺紋防松技術

 螺紋聯接由預緊力保證可靠自鎖,是機械可拆卸聯接中使用最普遍的形式。螺紋聯接在靜載荷時一般是可靠的,但在動載荷(變載、沖擊、振動) 時可能會引起螺紋聯接的松動,造成螺紋聯接預緊力的減小,甚至喪失預緊力,使螺紋聯接的質量降低,甚至造成聯接松脫,導致轉向架故障甚至行車事故。因此,如何實現螺紋聯接的防松,一直受到轉向架設計人員的重視。

1. 1 螺紋聯接松動原因

對螺紋聯接而言,引起螺紋聯接件松動的原因很多,但歸納起來主要有以下幾個方面的原因。

1. 1.1 聯接面變形產生松動

    螺紋聯接時施加一定的預緊力使螺栓產生拉伸變形,螺栓頭及螺母支撐面接觸壓強很大,在聯接件的接觸面上會產生塑性環形壓陷,同時螺紋副由于表面粗糙度及形位誤差等影響也會產生局部塑性變形。在使用的過程中,隨著塑性變形的繼續發生,在緊固長度內螺栓拉伸力減小,即使螺母不發生回轉,預緊力也會下降。

1. 1.2 復雜載荷作用下產生松動

    軌道車輛轉向架長期在線路運行中會受到不同程度的變載、沖擊、振動以及環境溫度變化的影響,當有初始預緊力的螺紋聯接受到這些復雜載荷及溫度變化作用時,會破壞螺紋聯接的自鎖條件致使螺母松動回轉,逐漸使預緊力減小,甚至消失,導致螺紋聯接失效。

1. 2 螺紋聯接防松方法

防止螺紋聯接松動、失效就是防止螺栓和螺母之間的相對轉動,從工作原理可以分為摩擦防松、機械防松、破壞運動副關系防松。

1. 2.1 摩擦防松

摩擦防松通過使擰緊的螺紋副之間存在一定的軸向壓力而保持一定的摩擦阻力矩達到防止聯接松脫的目的。常用的摩擦防松方法有控制預緊力、雙螺母、全金屬鎖緊螺母、非金屬嵌件鎖緊螺母、變牙型防松螺母等。

1. 2.2 機械防松

該類防松方式是利用各種金屬止動元件阻止螺母螺栓之間的相對運動。常用的機械防松方法有開口銷與六角開槽螺母、止動墊圈、串聯鋼絲、防松墊圈等。此種防松方式適用于較大振動、沖擊、高速的場合,特別是零部件內部不易檢查的場合,防松可靠,但多數拆卸后不可重復使用。

1. 2.3 破壞運動副關系防松

 該類防松方式通過破壞螺紋副來達到防松的目的。常用的破壞運動副關系防松方法有螺栓和螺母點焊、涂抹緊固膠等。這種方式防松可靠,但大多不可重復使用。轉向架常用的螺紋聯接防松方法及其優缺點分析見表1[2]。

2 軌道車輛轉向架防松防脫技術措施

2. 1 轉向架防松技術措施

2. 1.1 轉向架防松技術措施設計原則

    在采用相應的防松技術措施時應充分借鑒現有的先進防松技術措施,并且考慮轉向架特有的運用條件,在保證轉向架防松可靠性的前提下應滿足后期運用維護及檢修的便利性,因此轉向架防松設計應遵循以下設計原則。

1) 對于轉向架簧下件,由于其振動大,應采取更為可靠的防松防脫措施。

2) 對于經常拆卸的零部件宜采用螺紋聯接防松技術措施,可使用防松螺母,增涂螺紋鎖固膠等。

3) 對于不經常拆卸件可考慮采用永久性防松技術措施,如鉚接方式。

2. 1.2 轉向架防松技術措施設計方法

轉向架部件防松設計措施應考慮采取以下方法。

1) 不同部位螺栓防松等級的識別。根據轉向架的結構識別出需重點防松部位及一般防松部位,根據不同的防松要求采取合適的防松方法。

2) 螺栓防松方法的選取,根據設計需要可采取一種或多種組合防松技術措施。

3) 采用相關螺栓設計標準體系,所有螺栓均有明確緊固力矩及校核力矩,使用PLARAD電動扳手可有效加載扭矩達到設計要求,通過PLARAD電動扳手自帶的轉矩轉角控制功能,可精確控制扭矩達到設計值,并對所有施加扭矩進行匯集上傳,便于回溯和分析。

4) 規定緊固件使用次數。包括螺栓、螺母、止動墊片等規定使用次數,防止緊固件失效,保證螺紋聯接可靠性。

5) 涂打螺栓防松標記。所有螺栓聯接部位均涂打規范的防松標記,可通過觀察防松標記判斷螺栓聯接狀態。



2. 2 轉向架防脫技術措施

轉向架懸掛件的防脫是影響軌道車輛運用安全的關鍵因素,懸掛件脫落故障對鐵路運用安全造成重大隱患。防脫設計多采用故障導向冗余設計,根據防脫結構的不同大體可將防脫方式分為兩種。

2. 2.1 防脫安全托座

    當轉向架懸掛件聯接螺栓失效后由防脫托座承擔該懸掛件的全部或部分重量,防止懸掛件脫落。防脫托座與懸掛件之間的間隙應設置合理,保證懸掛件在正常運用狀態下不得與防脫托座干涉,同時當懸掛件聯接螺栓失效后,懸掛件能與防脫托座可靠接觸。應用實例見圖1。


    圖1 為某動力轉向架齒輪箱防脫安全托座,齒輪箱采用滾動抱軸式半懸掛,構架上安裝有齒輪箱防脫安全托座,一旦齒輪箱吊桿的螺栓脫落,齒輪箱繞車軸旋轉,繼而齒輪箱上的防脫安全擋座與構架上防脫安全托座接觸,防止齒輪箱脫落至軌道。

2. 2.2 防脫吊鏈或鋼絲繩

當懸掛件聯接螺栓失效后由防脫吊鏈或鋼絲繩承擔該懸掛件的全部或部分重量,防止懸掛件脫落。應合理選取防脫吊鏈或鋼絲繩長度,不得影響軌道車輛正常運用,同時在懸掛件連接螺栓失效后,防脫吊鏈或鋼絲繩應保證懸掛件不得脫落至軌道。

3 結語

 軌道車輛轉向架防松防脫技術措施應重點考慮其具體的運用環境以及后期檢修維護需要,并充分借鑒軌道車輛既有的防松防脫設計經驗,采用成熟、可靠、先進的防松防脫技術,最終采取適合轉向架運用情況的防松防脫設計方案,確保軌道車輛安全可靠運行。

參考文獻:

[1] 姚敏茹. 螺紋聯接防松技術的研究應用與發展[J]. 新技術新工藝,2006(6) : 26 - 28.

[2] 魏海霞. 螺栓防松技術在動車組轉向架上的應用[J]. 中國高新技術企業,2014(7) : 111 - 113.