基于地鐵車輛裝配帶力矩螺栓緊固的工藝優(yōu)化分析

魏健 苗峻

摘要：本文主要分析了裝配帶力矩螺栓緊固方法，重點(diǎn)介紹了螺栓緊固工藝優(yōu)化措施，其不僅可以確保車輛裝配質(zhì)量和安全性滿足要求，而且還可以確保車輛的運(yùn)行及維修保養(yǎng)效果。通過對裝配帶力矩螺栓緊固工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，以期為地鐵車輛的安全運(yùn)行提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;裝配帶力矩螺栓緊固;工藝優(yōu)化;措施

經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，有效推動了城市化的發(fā)展，而城市軌道交通是其中比較重要的組成部分。在地鐵車輛中，其所采用的裝配技術(shù)日趨復(fù)雜化和精密化，這就對車輛功能性和安全性的要求不斷提高。在地鐵車輛中，大部分零件間通過螺紋進(jìn)行聯(lián)接，并依靠螺紋副的擰緊來達(dá)到緊固、聯(lián)接的目的。在實(shí)際生產(chǎn)階段，一般會選擇合適的工具來為其提供扭矩值，進(jìn)而達(dá)到力矩緊固的效果，提高其緊固質(zhì)量。

1.裝配帶力矩螺栓緊固方法

在機(jī)械制造行業(yè)，裝配帶力矩螺栓緊固過程中通常采用的方法主要分為扭矩?cái)Q緊法、屈服點(diǎn)擰緊法及轉(zhuǎn)角擰緊法。其中，扭矩?cái)Q緊法是比較常用的控制方法，該方法可通過使用力矩扳手來對擰緊質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，可以有效控制零件質(zhì)量和工藝過程。扭矩?cái)Q緊法具有操作簡便、效果直觀等特點(diǎn)，因此在地鐵車輛裝配車間中得到了廣泛應(yīng)用。

扭矩?cái)Q緊法主要是借助軸向預(yù)緊力和扭矩大小間的關(guān)系，將擰緊工具參數(shù)調(diào)節(jié)至某個(gè)扭矩值，以此來達(dá)到控制被聯(lián)接件預(yù)緊力的目的。通常情況下，擰緊力矩T主要是用于克服被聯(lián)接件（或墊圈）支承面與螺母間的端面摩擦力矩T1和螺紋副的螺紋阻力矩T2來決定，即

T=T1+T2=KF0d（Nomm）

式中：d表示螺紋公稱直徑，單位mm，K表示擰緊力矩系數(shù)，F(xiàn)0表示預(yù)緊力，單位N

其中，螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)、擰緊速度、潤滑狀況等因素決定了擰緊力矩系數(shù)K的變化，從公式中發(fā)現(xiàn)，預(yù)緊力F0與擰緊扭矩T呈現(xiàn)出正比例關(guān)系。

2.力矩施加工具及校準(zhǔn)儀器

在地鐵裝配車間，一般會選擇扭矩螺絲刀和力矩扳手緊固螺母、螺栓，也可以在需要時(shí)對已緊固的螺母、螺栓扭矩進(jìn)行測定和驗(yàn)證，這些工具分為普通手動的、風(fēng)動的以及電動（有些甚至是智能電動）。在扭矩?cái)Q緊法使用之前，需要根據(jù)具體安裝要求合理設(shè)置扭矩?cái)?shù)值，以確保扳手或套筒的寬度與螺母、螺栓以及配管接頭、軟管等的對邊寬度相匹配。同時(shí)，還需要在力矩扳手有效力矩線的基礎(chǔ)上施加力矩，且垂直于力矩扳手。在緊固過程中，如果聽到“咔嗒”聲后，則需要停止操作。

如果裝配部件有力矩要求時(shí)，則需要借助扭矩螺絲刀和力矩扳手來確定力矩值大小。通常情況下，每間隔一定周期要借助數(shù)字扭矩校準(zhǔn)儀和力矩扳手校準(zhǔn)儀給予校準(zhǔn)，部分關(guān)鍵部位安裝使用的扭力扳手可能在每日裝配開工前、每日裝配結(jié)束后都需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

結(jié)合力矩校準(zhǔn)儀和力矩扳手的自身誤差來對目標(biāo)力矩值進(jìn)行計(jì)算，以確保其在力矩扳手校準(zhǔn)有效范圍值。通過下式可以計(jì)算力矩校準(zhǔn)上下限值：

Tmin= T[1-（σ1+σ2）]

Tmax=T[1+（σ1+σ2）]

式中：T代表目標(biāo)力矩值，單位為N·m;σ1表示矩扳手自身誤差;σ2表示力矩校準(zhǔn)儀誤差。

以某品牌力矩校準(zhǔn)儀及力矩扳手為例，如果力矩值超過10N·m時(shí)，力矩校準(zhǔn)儀誤差需要控制在±1%之內(nèi)，力矩扳手自身誤差需要控制在±3%。通過上述公式可知，當(dāng)目標(biāo)值為100N·m時(shí)，此時(shí)在力矩校準(zhǔn)儀上力矩值顯示值在96-104N·m內(nèi)有效。當(dāng)力矩值≤10N·m 時(shí)，則需要力矩校準(zhǔn)儀誤差控制在±1%之內(nèi)，力矩扳手自身誤差控制在±6%。通過上述公式可知，當(dāng)目標(biāo)值為5N·m時(shí)，此時(shí)在力矩校準(zhǔn)儀上力矩值顯示值在4.65-5.35N·m內(nèi)有效。

3.地鐵車輛裝配帶力矩螺栓緊固的工藝優(yōu)化對策

對地鐵車輛而言，在裝配帶力矩螺栓緊固工藝開發(fā)階段，要從以下幾個(gè)方面著手：（1）工具及設(shè)備方面。在進(jìn)行力矩控制時(shí)，要合理選擇工具和檢測儀器，以確保力矩控制滿足施工要求。同時(shí)按照要求做好力矩扳手校準(zhǔn)儀器的檢修，以確保工具和儀器的精準(zhǔn)度;（2）防錯(cuò)追溯方面。在進(jìn)行力矩控制時(shí)，要合理編制力矩扳手校準(zhǔn)記錄表、力矩操作過程作業(yè)指導(dǎo)書以及力矩過程控制卡等文件，然后分配給操作人員進(jìn)行操作;（3）操作人員方面。在實(shí)施力矩前，要做好操作人員工具使用方法、力矩知識以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等方面的培訓(xùn)，考核結(jié)果符合要求會予以授權(quán)、資質(zhì)認(rèn)證;（4）選用扭力工具時(shí)，根據(jù)實(shí)際安裝扭力需要，要避免使用工具額定量程的5%區(qū)間范圍（該范圍內(nèi)偏差較大）;（5）針對M6（緊固力矩一般7.1Nm）、M8（緊固力矩一般17.3Nm）等緊固力矩較小的緊固件時(shí)，一定要關(guān)注預(yù)緊時(shí)的扭力設(shè)置，避免預(yù)緊時(shí)過扭現(xiàn)象，造成最終緊固時(shí)無擰緊方向轉(zhuǎn)動而是直接發(fā)出“咔嗒”聲;（6）針對一些較大規(guī)格螺栓（如車鉤安裝用M36螺栓，緊固扭力約1800Nm），在緊固過程中首先要確保對稱均勻緊固，同時(shí)分步施加扭力，如首先施加1400Nm扭力預(yù)緊，然后施加1600Nm扭力預(yù)緊，最后施加1800Nm扭力最終緊固等。

4.結(jié)束語

總之，在軌道車輛裝配過程中，要結(jié)合實(shí)際情況來優(yōu)化裝配帶力矩螺栓緊固工藝流程，這樣既可以確保裝配帶力矩螺栓緊固施工的順利進(jìn)行，而且還可以提高螺紋連接的質(zhì)量，以此來確保地鐵車輛的安全、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李思琦.地鐵車輛裝配帶力矩螺栓緊固的工藝分析與研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，7（16）：61-62.