鐵路客車軸端防松片失效分析及改進(jìn)探究

要想確保鐵路運(yùn)行安全， 作為鐵路客車運(yùn)行關(guān)鍵性部件的轉(zhuǎn)向架， 在生產(chǎn)的過程中， 應(yīng)高度重視各種零部件的組裝工序是否規(guī)范， 這對車輛正式運(yùn)行時的安全具有非常重要的作用。 對于轉(zhuǎn)向架而言， 輪對軸承組裝是其生產(chǎn)中的主要工序， 組裝時的工藝技術(shù)以及所有零部件的質(zhì)量都與車輛運(yùn)行時的安全、 舒適性息息相關(guān)。 對防松片來說， 它是車輛輪對滾動軸承定位的主要部件， 一旦防松片的質(zhì)量出現(xiàn)問題無法起到防松作用， 造成軸端螺栓松動， 會使?jié)L動軸承無法實現(xiàn)定位， 嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致切軸事故。 由此可見， 防松片對整個輪對軸箱的質(zhì)量至關(guān)重要， 防松效果直接影響車輛的運(yùn)行安全。

1 現(xiàn)用防松片失效分析

目前， 客車軸端防松片生產(chǎn)使用均采用鐵道部TB 1480—1983 《車輛滾動軸承用防松片》標(biāo)準(zhǔn)， 技術(shù)要術(shù)規(guī)定防松片要由A2、 B1、 B2鋼制造。 現(xiàn)階段對客車使用的防松片根據(jù)鐵道部的相關(guān)技術(shù)要求， 對其表面需要實施磷化處理，磷化后必須對軸端防松片涂防銹油脂， 磷化層厚度5um～15um。

依據(jù)以往因防松片質(zhì)量問題造成的行車安全事故， 對軸端滾動軸箱裝置加以分析， 導(dǎo)致行車安全問題的因素關(guān)鍵是軸端防松片失效， 出現(xiàn)失效的形式分析如下： 具體使用時保證所有的壓腳翹起， 處于放松位置， 并且防松片只能一次性使用。 在實際使用過程中需要將每一個止耳都要翹起， 為了起到有效的防松作用必須將止耳緊密貼在軸端螺栓頭上。 而軸端螺栓頭的一個止耳可以翹起， 而其中的一個止耳必須密貼于角部內(nèi)側(cè)，其他的軸端螺栓用防松鐵絲和彈簧墊圈防松。 防松鐵絲先將軸端螺栓緊固， 再將彈簧墊圈壓緊，然后把三個螺栓用擰緊防松鐵絲連接， 并以串聯(lián)的形式連接起來， 鐵絲的標(biāo)準(zhǔn)長度為1.6mm 至2mm 之間， 以避免軸端螺栓位移。 車軸端防松片每個角部內(nèi)側(cè)各有兩個止耳， 實際上只有一個止耳在起作用。

防松片的使用雖然起到了防松作用， 但在使用中逐漸顯出弊端， 其中最明顯的問題是防松片止耳結(jié)構(gòu)的不合理。

我們知道車輛滾動軸承防松裝置的防松作用， 是依托在軸端螺栓預(yù)緊力的基礎(chǔ)上， 再加以防松片來實現(xiàn)的， 軸端螺栓的預(yù)緊力對滾動軸承防松裝置的防松效果起著至關(guān)重要的作用， 當(dāng)螺栓松動預(yù)緊力發(fā)生變化時對止耳防松有一定的影響。 螺栓松動預(yù)緊力的特點(diǎn)是當(dāng)快速提高預(yù)壓力時， 螺栓松動的預(yù)緊力反而以相同的速度下降，也就是說預(yù)壓力的快速上升將造成螺栓松動預(yù)緊力發(fā)生改變， 通過預(yù)緊的壓力使螺栓的螺紋之間相互摩擦， 依托螺紋間產(chǎn)生的摩擦力來防止螺栓松動， 從而有效促使軸端螺栓預(yù)緊力的防松作用充分發(fā)揮， 達(dá)到其預(yù)緊螺栓的理想防松效果。

防松片的止耳結(jié)構(gòu)不合理對防松片的防松效果也會產(chǎn)生舉足輕重的影響， 如果止耳的結(jié)構(gòu)存在問題， 就會使防松片失效， 這個問題在現(xiàn)場作業(yè)中也經(jīng)常發(fā)生。 如果當(dāng)螺栓頭部六方面松動而兩片止耳恰又在松動的半面上時， 則兩片止耳就無法起到防松的作用。 另一種狀況是一片止耳在螺栓六方棱上， 而另一片緊貼于螺栓頭部六方面松動的半面， 止耳根本不起作用。 所以， 無論是雙片止耳結(jié)構(gòu)還是單片止耳結(jié)構(gòu)的防松片， 只要止耳貼于螺栓頭部六面松動的半面上， 止耳都不會起到防松作用。

防松片整體剛度欠缺也會影響防松片的防松效果， 尤其是當(dāng)剛度不足時邊框很容易發(fā)生變形。 目前軸端防松裝置上采用的防松片是用在滾動軸承輪對上（無軸箱圓錐形滾動軸承）， 極大地限制了結(jié)構(gòu)空間。 因為當(dāng)其用于滾動軸承輪對上時， 為了獲取防松片j 角部松動的參數(shù)， 需要讀取防松片標(biāo)志板的內(nèi)容， 但這樣也會造成防松片j 角部之間邊框變形打卷。 造成這種現(xiàn)象的主要原因是： 軸端壓蓋防松片與螺栓的六個角沒有形成徹底的密貼， 在車輛行駛的過程中， 一條螺栓松動而竄出， 軸承的承向竄動量快速增大， 迫使其他兩條螺栓隨之松動， 從而使軸箱的前蓋與軸承的壓蓋之間直接接觸。 軸承承向竄動量增大造成其產(chǎn)生摩擦， 進(jìn)而使軸溫升高。 若防松片整體強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求， 當(dāng)緊固軸端螺栓的時候就會出現(xiàn)上面所述的問題， 但有時候止耳角部也會在兩個邊框處出現(xiàn)打卷現(xiàn)象， 造成止耳的位置向角部轉(zhuǎn)動， 導(dǎo)致止耳難以翹起， 這個問題在日常作業(yè)的過程中常可以看到。

防松片的剛度對防松效果的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用， 防松片整體剛度欠缺， 嚴(yán)重的狀況下會造成軸端防松片失效。 由于防松片止耳結(jié)構(gòu)的制約， 雙止耳位置對螺栓緊固位置也會產(chǎn)生限制， 這個時候在現(xiàn)場操作的過程中會出現(xiàn)兩種狀況， 一種是軸端防松片的螺栓擰緊力矩滿足螺栓緊牢的設(shè)計要求時， 若恰在此時軸端螺栓頭部六方面處于止耳翹起不方便的位置， 要想達(dá)到方便止耳順利翹起的目地， 則會反復(fù)對軸端螺栓實施緊固， 無論緊固力過大還是過小， 對防松片的防松效果都將產(chǎn)生不利的影響； 再就是當(dāng)軸端螺栓擰緊力矩還沒有達(dá)到緊固的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)， 但是已經(jīng)接近緊固的要求時， 若軸端螺栓頭部六方面恰好處于方便止耳翹起的位置， 此時再給螺栓施以緊固力， 錯過一點(diǎn)方便翹起的位置， 將會阻礙止耳的翹起。 因此， 為了止耳翹起便利， 不會再緊固軸端螺栓。

2 防松片改進(jìn)措施

防松片的結(jié)構(gòu)不合理， 達(dá)不到預(yù)期的防松效果， 保證不了軸端滾動軸承的定位， 防松能力欠缺， 會對鐵路客車安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威肋。 因此， 要對軸端防松片進(jìn)行改進(jìn)。 對防松片的改造工作必須在保證基本尺寸不變的狀況下實施， 可以采用雙重防松的方式， 使軸端防松片起到防松的作用。 采用在防松片上增加彈簧的方式也能夠有效達(dá)到防松作用， 這種方式實際上是對軸端螺栓采取的雙重防松， 它是采用彈簧墊圈與防松片同步實施防松以達(dá)到防松的目地。 另外， 可以采用調(diào)整防松片的材料以達(dá)到防松作用， 通過增加防松片的強(qiáng)度， 增加所有止耳的翹起高度、 邊框?qū)挾龋?都能解決軸端滾動軸承防松片的松動問題。 具體技術(shù)方法是三個角部內(nèi)側(cè)設(shè)置寬度為30mm 的單片止耳， 將止耳的翹起高度在原有高度的基礎(chǔ)上增加至20mm 左右， 防松片邊框?qū)挾仍谠袑挾鹊幕A(chǔ)上增加至10mm 左右， 方便止耳更加有效地密切貼腹于軸端螺栓的頭頂部， 確保防松片在運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)松動的現(xiàn)象。 還可以采用將整體防松片進(jìn)行改型， 把整體更改為三個獨(dú)立的防松片， 對止耳的結(jié)構(gòu)和形狀不斷實施優(yōu)化， 并對止耳翹起的位置進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能保證螺栓頭部的六角面和全部的止耳正位緊貼。 實際運(yùn)用時， 如果出現(xiàn)不能夠正位的情況， 則需要沿螺栓頭六方面根部翹起止耳， 需要注意的是斜向翹起止耳， 這樣無論螺栓頭部六方面所處的位置在哪一個面上都能夠得到與止耳緊貼的保障， 真正起到防松的作用。 現(xiàn)場作業(yè)時，采用單止耳在角部內(nèi)側(cè)翹起更有利于作業(yè)。

3 轉(zhuǎn)向架螺栓防松技術(shù)應(yīng)用

對螺栓采取有效的防松措施， 也能夠增強(qiáng)防松片的防松效果， 當(dāng)螺栓頭部的接觸壓強(qiáng)達(dá)到一定時， 被連接件表面在螺栓頭部壓緊作用下出現(xiàn)變形， 這個時候仍然使用， 緊固長度內(nèi)螺栓的拉伸力逐漸變?nèi)酰?造成聯(lián)接的預(yù)緊力降低。 轉(zhuǎn)向架作為客車至關(guān)重要的組成部件， 客車轉(zhuǎn)向架在高速持續(xù)行駛時， 受環(huán)境溫度的變化影響， 螺紋副無法滿足自鎖條件反復(fù)多次后產(chǎn)生松動， 而對于螺母摩擦系數(shù)發(fā)生變化后甚至?xí)查g消失， 螺紋副的滑動造成螺母回轉(zhuǎn)繼續(xù)使用將出現(xiàn)松動。 采取控制預(yù)緊力的方法提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。 在轉(zhuǎn)向架部件組成時， 為了更好的避免螺紋緊固件松動采用控制安裝預(yù)緊力， 這是最為行之有效的途徑， 通過確保合適的預(yù)緊力， 即可實現(xiàn)防止螺栓聯(lián)接松動的目標(biāo)。 轉(zhuǎn)向架的組裝作業(yè)中， 采用控制預(yù)緊力的辦法， 注意的是管卡座組裝作業(yè)不適合這種辦法。 在確定了相應(yīng)的扭矩值后， 然后具體對扭矩實施確認(rèn)以此控制預(yù)緊力。 為了達(dá)到控制預(yù)緊力通常采用定期計量的方法， 所應(yīng)用的計量器具屬于精密儀器， 數(shù)顯式扭力扳手內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 這種具高精度、 高質(zhì)量為一體的計量器具， 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在長時間不使用的狀況下， 也會出現(xiàn)卡滯、 老化、 銹蝕質(zhì)量上的問題， 長期放置會使扭矩顯示產(chǎn)生偏差。 通常以半年時間為基準(zhǔn)， 按期對扭力扳手實施計量檢定， 防止力矩產(chǎn)生誤差。

螺栓擰緊的過程中， 必須在規(guī)定的位置做好緊固防松標(biāo)記， 進(jìn)行最終的力矩緊固后， 還需要涂打防松記號， 在開始與最終緊固的中間環(huán)節(jié)必須做防松標(biāo)記， 其目地是為了保證不出現(xiàn)隨意變動現(xiàn)象， 這也是檢查螺栓聯(lián)接松動與否的關(guān)鍵方法。 為了改善螺栓承載狀態(tài)， 需要對螺栓螺紋部位涂抹潤滑油脂。

在螺栓防松方面可以采用摩擦防松法、 機(jī)械防松法、 不可拆卸防松方法等方式進(jìn)行。 對于雙螺母防松， 由于雙螺母的安裝、 拆卸要復(fù)雜一些， 在客車轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用較少。 對于自鎖螺母施加扭力緊固螺母， 當(dāng)緊固后對螺母施以反向力矩， 利用斜形金屬的軸向反作用力， 實現(xiàn)對軸端螺栓的防松。 對于機(jī)械防松， 轉(zhuǎn)向架上主要應(yīng)用止轉(zhuǎn)墊片， 具有良好的防松效果。 采用串聯(lián)鋼絲與彈簧墊圈聯(lián)手的形式對轉(zhuǎn)向架螺栓實施防松，能有效保證螺栓安裝后延長使用周期， 在長期運(yùn)行中的穩(wěn)定性和可靠性也都能得到保障， 它是將各螺栓串聯(lián)， 通過各螺栓之間的互相制動實現(xiàn)防松作用， 這種方法防松結(jié)構(gòu)簡單， 是現(xiàn)階段客車轉(zhuǎn)向架螺栓防松主要采用的一種方式。 對于不可拆卸防松方法， 運(yùn)用這種方法的轉(zhuǎn)向架螺栓， 雖然防松性能好， 卻受人為因素的影響很大， 操作繁瑣， 在有些客車轉(zhuǎn)向架上也得到應(yīng)用。

4 結(jié)語

隨著客車的提速， 將客車運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不安全隱患提前設(shè)想， 針對可能出現(xiàn)的各種隱患提出防范解決的策略， 以精益求精的工作態(tài)度，不斷完善現(xiàn)場工藝的更新、 改進(jìn)， 通過確保行車安全來保護(hù)人們的財產(chǎn)和人身安全， 將可能出現(xiàn)的威脅消除在搖籃里。

中華人民共和國工業(yè)和信息化部公告2019 年第48 號 （節(jié)選機(jī)械行業(yè)計量技術(shù)規(guī)范部分）