摘要：转向架在运用中发生轴端端盖紧固螺栓松脱问题需要引起高度重视。这是由于螺栓位于车辆走行部，脱落的螺栓掉落轨道或者击打设备等都会严重影响车辆运营安全。本文针对车辆在运用中发生转向架轴端端盖螺栓松脱问题，从防松脱的角度出发，设计了三种防松脱方案。
关键词：转向架；轴端端盖；螺栓；松动；防松脱
1引言
转向架作为轨道列车的走行部，组装质量直接关系到列车运行的安全性与稳定性。转向架搭载的零部件众多，装配关系复杂，且各零部件组装均依靠螺栓螺纹连接，螺栓连接质量决定了转向架质量。本文针对转向架螺栓连接现状，分析讨论螺栓防松技术，为转向架组装质量提升提供参考。
2螺栓设计的原理
螺栓连接的设计其实包括两个大方面：一是根据实际应用情况进行设计选型，选出合适的螺栓（比如螺栓材料，尺寸，强度等级等）；二是将选择的螺栓和被连接件进行拧紧（螺栓预紧力及拧紧扭矩的选择，拧紧方法的选择等）。工作中的单个螺栓受力分为横向力和轴向力（含预紧力），而螺栓在拧紧时的受力状态与承受工作载荷时有着不同的受力方式，因为螺栓连接在拧紧时承受了拉扭复合作用力。螺栓连接在装配时通常需要拧紧，使螺栓提前受到一个力的作用，之后再承受部件的工作拉力载荷，这个提前施加的作用力称为预紧力。施加预紧力是为了防止被连接件受到工作拉力后产生缝隙和相对滑移，提高了连接的紧密性，使工作中的螺栓更可靠。
3螺纹松动机理
在受静载荷作用时，连接螺纹的摩擦角始终大于升角，即满足螺纹的自锁条件，螺纹紧固件不会自行松转。在受动载荷作用时，连接螺纹接触面间的摩擦力减少了，螺纹紧固件在螺纹和支承面上产生了微观的滑移。这种相对的微观运动使摩擦因数由相对高的静态值变为很低的动态值，螺纹连接在各个方向处于自由摩擦状态。此时，作用在螺纹上的轴向力在圆周方向形成一个导致螺栓松转的内松出力矩，使螺母开始松转，这种松转称为螺纹连接的自松。循环的振动会耗尽螺纹连接的防松摩擦阻力，使其从细微的松转直到完全的松脱。另外，如果螺纹紧固件与被连接件或垫圈的支撑面由于压力过大而产生塑性环状压陷，并且这种塑性变形继续发生，则会使连接预紧力减小，即使螺栓或螺母不回转，也可能造成连接松动。这种内外螺纹间未发生相对运动而预紧力消失的状态称为非旋转松动。
4故障原因初步分析
轴端端盖采用的是标准紧固螺栓，不需要单独进行强度分析。主要从螺栓防松脱角度分析解决问题。轴端端盖螺栓主要是将端盖与轴箱连接，所受静载荷较小、工作温度范围（-25℃-40℃），与动车组运用环境一致。松脱的原因主要是车轮的多边形效应，在动车组高速运行时，产生高频振动以及车轮和轨道的冲击，振动和冲击传递到轴端端盖。端盖连接螺纹副间的摩擦力在振动工况下，可能发生减少或瞬间消失。这种现象多次重复后，就会使连接松脱。为了防止轴端端盖螺栓松脱，保证连接安全可靠，必须采用有效的防松措施。防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对运动。防松的方法一般可以分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副运动关系防松。轴端端盖原有的连接结构中，主要是通过预紧力紧固和螺纹锁固胶等实现摩擦防松，这种方式简单，便于操作，但是暴露的问题，显示现有的防松措施未完全满足使用要求。
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5螺栓防松方案
5.1转向架螺栓连接紧固件的选择与防松
由于紧固件的种类太多，为尽量减少其使用种类，转向架设计中，传统情况下使用六角头螺栓、平垫圈、弹簧垫圈和六角螺母与工件配合为基本方式。平垫圈有两个功能：①保护工件，设计在弹簧垫圈与工件之间的平垫圈，可以避免弹簧垫圈因预紧力的作用而变形所产生的滑移对工件表面的划伤；②为了提高螺栓连接的可靠性，平垫圈可以增加螺栓预紧的有效接触面积，以确保螺栓预紧力能满足连接强度要求。此外，在同一螺栓连接件中，螺栓及螺母选用同样的强度等级，例如：螺栓选择为12.9级，则螺母必须选择12级。转向架螺栓连接在长期变载荷、震动，以及工作温度的影响下，会产生变形或者发生蠕变，造成预紧力的下降从而导致螺栓连接出现松动，使螺栓中所受的交变应力大大增加，并且在受力过程中产生冲击，使得螺栓连接的螺纹出现疲劳破坏。在高速动车组转向架运营中，传统的紧固基本方式已出现螺栓松动断裂故障。因此，螺栓连接的防松措施在确保列车运行安全的条件下，尤为重要。在动车组的转向架组装设计中，选用防震动效果好的安全锁紧洛帝牢防松垫圈。选用洛帝牢防松垫圈时，使用六角头螺栓、洛帝牢防松垫圈、六角螺母与工件配合的方式。洛帝牢防松垫圈不是利用摩擦力而是利用机械结构锁紧。它是由一对有相互咬合的齿面的垫圈构成。相互咬合的角度“α”大于螺纹的升角“β”，这样就可以有效阻止由于震动和动力负载所产生的螺栓松动。当拧紧螺栓和/或螺母时，垫片紧紧咬住接触面，将洛帝牢垫圈固定住，只允许大齿面间的相对移动。螺栓/螺母的任何松动趋势都被α>β这种斜面效果所阻止。
5.2防松技术的分析应用
（1）防松铁丝。利用螺栓头部的防松铁丝空，将防松铁丝传入，相邻螺栓连接成8字防松铁丝，可以有效的利用铁丝的拉力使螺栓保证一定的拉紧力，不会产生旋动。防松铁丝除去能够起到防松作用外，还能够有效的体现出列车运行过后螺栓是否出现松动。且值得一提的是防松铁丝的运用与大多数防松方法不产生冲突，在转向架上得到充分应用。
（2）自锁螺母。自锁螺母形式多样，原理也各有差异，但是都是围绕着防止螺旋副的转动，通常使用对顶螺母进行自锁的比较多，可以有效的防止螺纹失效。但是自锁螺母由于设计结构复杂，要求精度高，所以价位居高不下，转向架上仅特殊部位使用。
5.3涡流检测的应用
涡流检测是以电磁感应原理为基础的无损检测方法，涡流探头基本以电感线圈、电容、电阻为单元设计成LC/ＲC振荡电路。把探头连接仪器通以交流电时，电感线圈内部和周围会产生磁场，当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，会在试件表面形成电涡流，由于工件的形状、材质、裂纹等因素影响，会使检测线圈的电感值产生变化，经过振荡电路并放大从而引起信号的幅值、相位及周期的变化，通过调节仪器可以将信号区分并判断被检测工件是否存在裂纹缺陷。检测时，将点式探头放入螺栓的螺纹中，靠螺栓旋转时的推力推动探头沿螺栓前进或后退，从而完成对螺栓的全表面扫查。因为采用松配合，探头可以轻松进入到螺纹的底部，对螺纹根部缺陷进行检测或探伤。探头对螺纹的正反推力会对螺栓在对辊上旋转的稳定性造成影响，需要在设计制造时充分考虑，选择合适的轴承配合、压紧力、摩擦力等。
6结语
通过对转向架轴端端盖螺栓松脱进行分析，明确以解决轴端盖螺栓松脱为目标，解决现有动车组轴端端盖螺栓松脱的问题。
7参考文献：
[1]任丽华，李凤玲．螺纹拧紧扭矩的理论分析［J］．煤矿机械，2006，27（7）：67－69.
[2]孟繁强．机车车辆转向架螺栓联接强度研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１５.
[3]紧固件螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件：GBT16938-2008[S]．
论文作者:单俊豪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/2/3
标签：螺栓论文; 螺纹论文; 转向架论文; 螺母论文; 垫圈论文; 端端论文; 工件论文; 《基层建设》2019年第28期论文;