60t级K2货车转向架折头螺栓松动分析及改进探讨

2019-11-05

福建质量管理 2019年20期

(上海局集团公司南京东车辆段江苏南京 210000)

随着国民经济及科技的发展，我国铁路货车的载重、速度不断提高。转向架作为铁路货车重要结构之一，转向架的质量要求因此也不断提升。在过去的检查中，经常发现折头螺丝栓松动的现象自身，本文对螺栓松动的原因进行分析。60t级K2型转向架在铁路货车中占有很大比例，肩负承托大量货车运行的重任。

一、60t级K2型转向架在检修中发现的问题

在日常检修中，发现60t级K2型转向架故障率较高，常见的故障总结如下：(1)交叉杆出现弯曲变形、开焊或磨耗；(2)交叉杆折头螺栓松动；(3)转向架组合式制动梁滑块装置的磨耗、破损及裂纹等；(4)摩擦减震装置的性能不强[1]。本文重点研究解决交叉杆折头螺栓松动的原因及改进措施。

二、交叉杆折头螺栓松动的原因分析

螺栓松动主要有四个原因：(1)锁紧螺丝的螺母胶套因材质原因，热胀冷缩，性变大，尺寸稳定性低，并且在低温状态下耐压性能及冲击韧性均降低，达不到理想的防松性能；(2)螺母的加紧面出厂时出现表面毛刺不平整的，当长时间运作毛刺变形后，螺栓预紧力降低；(3)螺栓及螺母间尺寸稳定及韧性强度差异较大，有的螺栓加工时未添加平垫胶圈进行缓冲，影响螺栓的防松性能[2](4)预紧力不足，未能达到大于133kN的技术要求。

三、试验分析

(一)锁紧螺丝的螺母胶套的影响及改进

1.材料与方法

将三种不同PA66材料制作的螺母胶套：A组为美国杜邦ST801超耐韧耐寒尼龙66(PA66)，B组为PA66增强尼龙，C组为普通型PA66，在-40℃环境下冷冻12小时后，测量比较冷冻前后螺母胶套内外径尺寸收缩变化程度，并观察有无开裂等情况，测量内外径大小时，先测量最大内径处，做标记，并测量垂直面的厚度，相加得到外径的尺寸。三组螺母胶套进行压装后，重复上述实验，实验结果如下(见表1)。应用SPSS21.0统计软件进行数据分析处理，P<0.05为差异有统计学意义。

2.实验结果与分析

在-40℃的低温状态下，A组内外径变化最小，平均差值分别为0.013mm、0.010mm，显著小于B组和C组，差异具有统计学意义(P<0.05)；其次B组内外径变化分别为0.033mm、0.133mm，C组尺寸变化最大，内外径差值分别为0.380mm、0.203mm，A、B组的变化明显小于C组，且差异具有统计学意义(P<0.05)。压装状态下，三组内径变化均增高，C组内径尺寸变化仍最高平均差值为0.400mm，A组的变化最小为0.017mm，A、B组内径变化仍显著低于C组，差异具有统计学意义(P<0.05)，且A组变化小于B组。

表1 3种PA66材质螺母胶套压装低温下内径尺寸mm

目前常用的螺母胶套材料为尼龙66(PA66)，其疲劳强度和刚性度较高，耐热性较好，摩擦系数低，耐磨性好，但吸湿性大，尺寸稳定性不够，不耐极低温度。为了提高机械强度，通常在PA66中加入改进剂。

(二)沟槽尺寸的影响及改进分析

1.材料与方法

将5组沟槽尺寸不同(A组φ=13.7mm，B组φ=14.1mm，C组φ=14.6mm，D组φ=15.0mm，E组φ=15.4mm)，材料为35CrMo的折头螺栓送往北京机械工业检测中心进行检测预紧力(见表2)。

2.结果

A、B、C、D、E组平均预紧力分别为96.41kN、120.35kN、135.54kN、174.03kN、183.57kN。C组与D组的结果最接近紧固件标准化技术委员会规定的M20螺栓预紧力133kN。因此本实验猜测，当沟槽尺寸为14.5-14.8mm时，预紧力达标。实验组将沟槽尺寸大小14.5-14.8mm的折头螺栓复检时，证实14.5-14.8mm的沟槽尺寸螺栓，预紧力都可达到规定的技术要求。

表2 不同沟槽尺寸折头螺栓的预紧力kN

实验中交叉杆折头螺栓沟槽尺寸φ=14.5-14.8mm时，预紧力达到达到大于133kN的标准。沟槽尺寸过小时，螺栓与螺母的交接面过小，制约力减低，调整沟槽尺寸至14.5-14.8mm时，制约力增大，预紧力提高[3]。扭断螺栓施加的扭矩与夹紧面的摩擦力有关，因此预紧力和螺栓的夹紧面的接触面积和表面粗糙度有关。从实验结果中也可看出，同一尺寸的螺栓，预紧力差异较大，比如D组最大预紧力198.30kN,最小预紧力156.30kN。因为预紧力不仅和夹紧面的摩擦力有关，还和螺母胶套压装后的尺寸变化、温差后尺寸变化以及螺母胶套的摩擦力有关。而在实际施工操作中，这些变化不可控制，所以在扭断时相等的扭矩得到的预紧力差异较大。所以在生产加工中，螺栓与螺母间通常加同样的平垫胶圈，消除这些差异，得到相对稳定的预紧力[4]。