廣州地鐵5號線直線電機車輛緊固件換型研究

趙 銳，李杭健

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510700）

1 研究背景

廣州地鐵5號線于2009年底開通運營，車輛采用直線電機驅動，如圖1所示[1]。直線電機出現異常沉降侵限，導致電機和感應板相碰刮傷、安全鼻刮傷車軸，存在較大安全隱患，如圖2、圖3所示。經過調查分析，電機沉降原因是電機高度調整裝置緊固件出現松動并脫落，導致在輪軌沖擊振動作用下發生自發的電機高度變化，使電機出現沉降。為了解該部位螺母、螺柱等緊固件具體應用狀態，進行了相關測試，根據調查分析結論進行了相關緊固件換型改進，降低電機沉降風險，保證列車運營安全。

圖1 直線電機及其高度調整裝置

圖2 緊固件松脫丟失

圖3 線路感應板刮傷

2 緊固件運用狀態調查

該M10鎖緊螺母緊固扭矩要求為22 N·m，試驗時在檢修車上隨機選取了一處螺母（舊件，重復使用次數超過5次）。使用測扭矩扳手向松開方向旋轉螺母，螺母轉動時扭矩為15 N·m；重新以22 N·m扭矩緊固后，向鎖緊方向旋轉螺母，螺母轉動時扭矩為25 N·m。考慮到鎖緊螺母使用的工況及測扭矩扳手的誤差，認為即使經過了一段時間的使用后，螺母緊固扭矩并無變化，如圖4所示[2]。

值得注意的是，在測試的過程中發現以下問題。

（1）雖然原裝鎖緊螺母的鎖緊扭矩正常，但在測試松開扭矩時發現只要將螺母旋轉一個很小的角度，螺母即失去緊固效果；

（2）M10螺柱長度較短，鎖緊螺母安裝后螺柱頂面幾乎與螺母末端平齊。根據JB/ZQ 4247-2006，M10螺柱突出螺母的末端長度應為3.5～5 mm，現場情況不滿足此標準。由于螺柱末端的螺牙不飽滿，螺柱伸出量不足將造成鎖緊長度不足，從而產生前述（1）中的結果，螺母也容易松脫。

（3）根據TB/T 3246.2-2010，8.8級M10的螺栓修正后的緊固扭矩要求為34～63 N·m，而五號線高度調整裝置處M10鎖緊螺母的扭矩要求僅為22 N·m，明顯小于此標準，緊固扭矩偏小可能導致鎖緊力不足。

圖4 電機高度調整裝置示意圖

3 幾種防松結構的緊固效果對比測試

測試選取了4組緊固方式：（1）原裝鎖緊螺母；（2）割槽鎖緊螺母；（3）普通螺母加Nord?lock墊片；（4）原裝鎖緊螺母加Nordlock墊片。其中原裝鎖緊螺母均為原車上使用過的舊件，割槽鎖緊螺母、普通螺母及Nordlock墊片為全新件，如圖5所示。

圖5 四種緊固方式對比測試

測試時對各螺母分別施加22 N·m扭矩，緊固在一個10 mm厚的圓形鋼板上，然后用測扭矩扳手測量松開螺母時所需的扭矩值。試驗重復了5次，結果如表1、圖6所示。

表1 四種結構松開扭矩對比N·m

圖6 四種結構松開扭矩對比

由對比結果可知：

（1）以22 N·m扭矩緊固螺母，所有防松方式在5次拆卸過程中最小拆卸扭矩為12 N·m，大部分拆卸扭矩值分布在15～22 N·m之間，可認為緊固效果正常；

（2）若在短時間內拆裝，鎖緊螺母的松開扭矩并不會明顯降低，鎖緊螺母具備可重復使用的功能；

（3）相比之下，原裝鎖緊螺母拆卸扭矩值分布較為分散，效果不穩定，但這可能與原裝螺母為舊件，經過拆裝甚至反復旋緊有關；

（4）使用Nordlock防松墊片效果最好，松開扭矩值明顯大于未使用該防松墊片的情況，且松開扭矩值較為穩定；

（5）使用普通螺母加Nordlock墊片與使用原裝鎖緊螺母加Nordlock墊片的防松方式，在緊固效果上基本相同，但原裝螺母還帶有防脫落功能，因此建議使用原裝鎖緊螺母加Nordlock墊片的防松方式。

4 結論及建議

根據以上測試結果及調查情況，建議如下：

（1）基于調查分析認為螺柱長度不足是該部位螺母容易松脫的主要原因，因此建議將螺柱加長5 mm；

（2）由于此部位并未添加潤滑油脂，因此22 N·m的緊固扭矩可能偏小，建議增大緊固扭矩至34～63 N·m；

（3）根據重復試驗結果，若短時間內拆裝且次數不超過5次，鎖緊螺母可重復使用，但安裝時間超過一周后拆卸，建議更換鎖緊螺母；

（4）基于測試結果，建議采用使用Nordlock墊片的防松方式。

5 緊固件換型

根據上述調查和分析結論，擬同時采取兩種措施來整改：

（1）螺柱長度加長5 mm；

（2）原有平墊圈換型為Nordlock墊圈。

5.1 螺柱長度加長5 mm

將原有長度為45 mm的M10螺柱更換為50 mm螺柱，安裝緊固后螺柱高出螺母約4 mm，如圖7所示。滿足JB/ZQ 4247-2006螺母鎖緊要求，保證了螺母和螺柱配合長度。

圖7 加長螺柱高出鎖緊螺母4mm

圖8 Nordlock防松墊圈

圖9 防松墊圈大鋸齒相嚙合

5.2 原有平墊圈換型為Nordlock墊圈

Nordlock防松墊圈不是利用摩擦力而是利用機械結構鎖緊，由一對相互咬合的齒面墊圈配合組成，相互咬合的角度α大于螺紋升角β，依靠鋸齒配合，具有很高的抗震防松能力，在市場上有多種型號可供選擇，如圖8、圖9所示。將原有平墊圈換型為Nordlock防松墊圈，保證螺母螺柱配合長度的同時，增加墊圈防松，雙重保證螺母的緊固。

6 使用效果跟蹤及結束語

以上兩項整改方案已經在五號線30列車上的共1 440個位置完成換型，經過8個月的運用跟蹤，該位置再未發生緊固件松脫問題，有效杜絕了直線電機沉降風險，進一步優化和提升轉向架安全性和可靠性，保證了列車運營安全。根據本次緊固件換型經驗，特別是對Nordlock防松墊圈的應用嘗試，為其他部位的緊固件松動故障提供了參考解決方案，降低松脫風險。

［1］南車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通四、五號線直線電機車輛使用說明書［Z］.2006.

［2］朱士友，呂勁松.車輛檢修工［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.