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轉向架軸端端蓋螺栓的防松脫解決措施

發布時間:2020-07-09
陳經緯 王東星 曹舜 宋學毅 韓碩
(中車唐山機車車輛有限公司,河北唐山,063035)
  摘 要:本文針對車輛在運用中發生轉向架軸端端蓋螺栓松脫問題,從防松脫的角度出發,設計了三種防松脫方案;通過對三種方案的對比分析,優選了其中的一種方案進行了推廣驗證。經過推廣驗證,考核效果良好,將該方案擴大裝車考核范圍,基本解決了現有車輛軸端端蓋螺栓松脫的問題。
  關鍵詞:軸端端蓋;螺栓;松動;防松脫
  轉向架在運用中發生軸端端蓋緊固螺栓松脫問題需要引起高度重視。這是由于螺栓位于車輛走行部,脫落的螺栓掉落軌道或者擊打設備等都會嚴重影響車輛運營安全。目前該型轉向架執行的修程(M1修)為:每10萬km,對空心車軸進行探傷。探傷時,需要將軸端端蓋卸下,對車軸探傷完畢后,更換新螺栓重新安裝軸端端蓋。因此解決軸端端蓋緊固螺栓松脫的目的,就是著眼于防止螺栓松脫,研究簡單可靠,滿足轉向架M1修間隔(10萬km),螺栓不發生松脫的解決措施。
  1 故障調查分析
  1.1故障描述
  截至2016年4月中旬,在線運營的轉向架軸端端蓋緊固螺栓發生松動、丟失故障合計28起,涉及53個螺栓,螺栓發生松脫的現象如圖1所示。
  發生軸端端蓋螺栓松脫的轉向架的數量,占在線運營轉向架總數約5%,發生的總的概率并不大,然而由于該處螺栓的脫落涉及到走行安全,必須對軸端端蓋螺栓產生松脫的問題進行解決,確保車輛運營安全。
  1.2故障統計分析
  由于機械部件的失效大致符合正態分布,按照正態分布的統計學方法分析軸端端蓋螺栓發生故障的車輛、以及螺栓和運營公里數的關系。相關關系如圖2所示。
  發生螺栓松脫故障的車輛,M1修間隔平均走行里程為59908km,發生螺栓斷裂時走行最短的公里數為19123km,最長為99688km(進行M1修程更換時發現),詳見圖2(a)。螺栓松脫的平均公里數為62842km,詳見圖2(b)。
  根據以上分析,發生松脫故障的螺栓,在動車組走行6萬km時,脫落的概率最大,故障的螺栓的緊固能力,達不到M1修程間隔(10萬km)的要求。
  1.3故障原因初步分析
  軸端端蓋采用的是M8標準緊固螺栓,不需要單獨進行強度分析。主要從螺栓防松脫角度分析解決問題[1]。軸端端蓋螺栓主要是將端蓋與軸箱連接,所受靜載荷較小、工作溫度范圍(-25℃-40℃),與動車組運用環境一致。松脫的原因主要是車輪的多邊形效應,在動車組高速運行時,產生高頻振動以及車輪和軌道的沖擊,振動和沖擊傳遞到軸端端蓋。端蓋連接螺紋副間的摩擦力在振動工況下,可能發生減少或瞬間消失[2]。這種現象多次重復后,就會使連接松脫。
  為了防止軸端端蓋螺栓松脫,保證連接安全可靠,必須采用有效的防松措施。防松的根本問題在于防止螺紋副在受載時發生相對運動。防松的方法一般可以分為摩擦防松、機械防松和破壞螺紋副運動關系防松。軸端端蓋原有的連接結構中,主要是通過預緊力緊固和螺紋鎖固膠等實現摩擦防松,這種方式簡單,便于操作,但是暴露的問題,顯示現有的防松措施未完全滿足使用要求。
  2 螺栓防松方案
  根據成熟的防松措施,設計了三種防松方案。完成軸端蓋M8螺栓三種改進技術方案的制定及實施。
  方案A:既有軸端蓋增加止動墊片,螺栓緊固扭矩保持不變。
  方案B:既有軸端蓋M8螺栓8.8級改為10.9級,將緊固扭矩提高至30N.m,不采用其他防松措施。
  方案C:既有端蓋8.8級,M8螺栓安裝扭矩由16N.m提高至23N.m,螺栓之間設置防松鐵絲。
  以下對三種方案進行詳細分析。
  2.1螺栓防松方案A
  普通端蓋和接地端蓋采用止動墊片機械防松結構:在既有軸端蓋8.8級、M8螺栓安裝基礎上,每兩個螺栓設置一個止動墊片,具體詳見圖3。
  2.2螺栓防松方案B
  既有軸端蓋M8螺栓由8.8級改為10.9級,并將緊固扭矩提高至30Nm,不采用其他防松措施。
  2.3螺栓防松方案C
  將既有的接地端蓋8.8級,M8螺栓安裝扭矩由16Nm提高至23Nm,螺栓之間設置防松鐵絲起到機械防松作用,具體詳見圖4。
  3 改造方案對比驗證及優選和推廣
  3.1試驗驗證
  2016年3月,在某16輛編組車輛上,實施了軸端防松脫更改方案:
  1)1~16車上行左側普通端蓋按照防松方案A實施,1~16車上行右側普通端蓋按照防松方案B實施;
  2)1~8車上行左側接地端蓋按照防松方案A實施,1~8車上行右側接地端蓋按照防松方案B實施;
  3)9~16車上行左側接地端蓋按照防松方案B實施,9~16車上行右側接地端蓋按照防松方案C實施。
  2016年5月10日,改造后運行了95424km進行M1修,未發生過螺栓松脫、斷裂故障;M1修后仍按照改造方案執行,至2016年7月8日,運行99522km,再次進行M1修,期間未發生過螺栓松脫、斷裂故障。經過連續兩個M1修驗證,三種防松方案均能滿足:車輛M1修間隔(10萬km)內,轉向架軸端蓋螺栓不發生松脫的改造要求。
  3.2防松方案對比分析
  方案A和方案C均采用了機械防松,分別需要增加止動墊片和纏繞鐵絲。由于車輛間隔10萬km,需要進行進行一次M1修。根據目前車輛年運行公里數量估算,一年拆裝軸端端蓋,達8~10次,增加止動墊片和拆繞鋼絲的防松效果可靠,但是增加較多工時,而且方案A和方案B均增加機械零件,增加了物料成本。方案A,止動墊片的拆除需要敲擊軸端蓋,易造成損傷[3];方案C需要在螺栓頭上開孔穿鐵絲,還需要對螺母進行改造,也會帶來成本增加。綜合以上分析,從操作簡單和節省工時角度,優選方案B,但需要注意施加扭矩的控制[4]。
  下面對方案B進行經濟性分析(見表1)。
  根據表1數據進行計算,軸端端蓋螺栓原方案采用的螺栓全列成本為1817.52元,方案B的全列成本為1362.24元,較原方案降低成本25%。
  3.3推廣驗證分析
  進一步驗證,將軸端端蓋螺栓防松方案B進一步推廣到更多的車型上。2016年5月11日,在一組8輛編組轉向架上實施了軸端端蓋螺栓防松脫更改B方案。至2016年6月25日,改造后的第一個M1修程,安全走行97166km,未發生螺栓松脫、斷裂故障;至2016年8月13日,走行共計98831km,達到M1修,未發生螺栓松脫、斷裂故障。
  2016年5月13日,在第二組8輛編組轉向架上實施了軸端端蓋螺栓防松脫更改B方案。至2016年7月16日,改造后的第一個M1修程,安全走行112293km,未發生螺栓松脫、斷裂故障;至2016年9月13日,走行共計99005km,達到M1修,未發生螺栓松脫、斷裂故障。
  2016年6月16日,在第三組8輛編組轉向架上實施了軸端端蓋螺栓防松脫更改B方案。至2016年7月13日,安全走行94194km,未發生螺栓松脫、斷裂故障。至2016年8月31日,累計安全走行99438km,未發生螺栓松脫、斷裂故障。
  選擇的三組車輛,在方案B的考核期間,運行效果良好,將軸端端蓋螺栓防松脫更改B方案擴大裝車范圍。
  4 結束語
  通過對轉向架軸端端蓋螺栓松脫進行統計學分析,明確以解決軸端蓋螺栓松脫為目標。通過實施3種軸端蓋防松脫改造方案,三種方案均能夠滿足防松脫要求。對比分析優選了方案B。通過推廣驗證后,擴大裝車范圍,基本解決了現有動車組軸端端蓋螺栓松脫的問題。
  參考文獻:
 。1]喬紅彬.貨車滾動軸承軸端螺栓失效原因及對策[J].鐵道技術監督,2014,42(6):24-25,28.
 。2]鄭軼.貨車心盤螺栓松動、擠壓變形的原因分析及改進建議[J].華東交通大學學報,2004(5):84-87,91.
 。3]呂新東.CRH2A型動車組裝有LKJ檢測線的輪對軸端螺栓防松措施的弊端和建議措施[J].硅谷,2014,(6):156-157.
 。4]田原.防止轉向架部位緊固螺栓力矩超值方法[J].鐵道技術監督,2012,40(7):30-31.
來源:《鐵道運營技術》2018年第3期

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