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转向架轴端端盖螺栓的防松脱解决措施

发布时间:2020-07-09
陈经纬 王东星 曹舜 宋学毅 韩硕
(中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山,063035)
  摘 要:本文针对车辆在运用中发生转向架轴端端盖螺栓松脱问题,从防松脱的角度出发,设计了三种防松脱方案;通过对三种方案的对比分析,优选了其中的一种方案进行了推广验证。经过推广验证,考核效果良好,将该方案扩大装车考核范围,基本解决了现有车辆轴端端盖螺栓松脱的问题。
  关键词:轴端端盖;螺栓;松动;防松脱
  转向架在运用中发生轴端端盖紧固螺栓松脱问题需要引起高度重视。这是由于螺栓位于车辆走行部,脱落的螺栓掉落轨道或者击打设备等都会严重影响车辆运营安全。目前该型转向架执行的修程(M1修)为:每10万km,对空心车轴进行探伤。探伤时,需要将轴端端盖卸下,对车轴探伤完毕后,更换新螺栓重新安装轴端端盖。因此解决轴端端盖紧固螺栓松脱的目的,就是着眼于防止螺栓松脱,研究简单可靠,满足转向架M1修间隔(10万km),螺栓不发生松脱的解决措施。
  1 故障调查分析
  1.1故障描述
  截至2016年4月中旬,在线运营的转向架轴端端盖紧固螺栓发生松动、丢失故障合计28起,涉及53个螺栓,螺栓发生松脱的现象如图1所示。
  发生轴端端盖螺栓松脱的转向架的数量,占在线运营转向架总数约5%,发生的总的概率并不大,然而由于该处螺栓的脱落涉及到走行安全,必须对轴端端盖螺栓产生松脱的问题进行解决,确保车辆运营安全。
  1.2故障统计分析
  由于机械部件的失效大致符合正态分布,按照正态分布的统计学方法分析轴端端盖螺栓发生故障的车辆、以及螺栓和运营公里数的关系。相关关系如图2所示。
  发生螺栓松脱故障的车辆,M1修间隔平均走行里程为59908km,发生螺栓断裂时走行最短的公里数为19123km,最长为99688km(进行M1修程更换时发现),详见图2(a)。螺栓松脱的平均公里数为62842km,详见图2(b)。
  根据以上分析,发生松脱故障的螺栓,在动车组走行6万km时,脱落的概率最大,故障的螺栓的紧固能力,达不到M1修程间隔(10万km)的要求。
  1.3故障原因初步分析
  轴端端盖采用的是M8标准紧固螺栓,不需要单独进行强度分析。主要从螺栓防松脱角度分析解决问题[1]。轴端端盖螺栓主要是将端盖与轴箱连接,所受静载荷较小、工作温度范围(-25℃-40℃),与动车组运用环境一致。松脱的原因主要是车轮的多边形效应,在动车组高速运行时,产生高频振动以及车轮和轨道的冲击,振动和冲击传递到轴端端盖。端盖连接螺纹副间的摩擦力在振动工况下,可能发生减少或瞬间消失[2]。这种现象多次重复后,就会使连接松脱。
  为了防止轴端端盖螺栓松脱,保证连接安全可靠,必须采用有效的防松措施。防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对运动。防松的方法一般可以分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副运动关系防松。轴端端盖原有的连接结构中,主要是通过预紧力紧固和螺纹锁固胶等实现摩擦防松,这种方式简单,便于操作,但是暴露的问题,显示现有的防松措施未完全满足使用要求。
  2 螺栓防松方案
  根据成熟的防松措施,设计了三种防松方案。完成轴端盖M8螺栓三种改进技术方案的制定及实施。
  方案A:既有轴端盖增加止动垫片,螺栓紧固扭矩保持不变。
  方案B:既有轴端盖M8螺栓8.8级改为10.9级,将紧固扭矩提高至30N.m,不采用其他防松措施。
  方案C:既有端盖8.8级,M8螺栓安装扭矩由16N.m提高至23N.m,螺栓之间设置防松铁丝。
  以下对三种方案进行详细分析。
  2.1螺栓防松方案A
  普通端盖和接地端盖采用止动垫片机械防松结构:在既有轴端盖8.8级、M8螺栓安装基础上,每两个螺栓设置一个止动垫片,具体详见图3。
  2.2螺栓防松方案B
  既有轴端盖M8螺栓由8.8级改为10.9级,并将紧固扭矩提高至30Nm,不采用其他防松措施。
  2.3螺栓防松方案C
  将既有的接地端盖8.8级,M8螺栓安装扭矩由16Nm提高至23Nm,螺栓之间设置防松铁丝起到机械防松作用,具体详见图4。
  3 改造方案对比验证及优选和推广
  3.1试验验证
  2016年3月,在某16辆编组车辆上,实施了轴端防松脱更改方案:
  1)1~16车上行左侧普通端盖按照防松方案A实施,1~16车上行右侧普通端盖按照防松方案B实施;
  2)1~8车上行左侧接地端盖按照防松方案A实施,1~8车上行右侧接地端盖按照防松方案B实施;
  3)9~16车上行左侧接地端盖按照防松方案B实施,9~16车上行右侧接地端盖按照防松方案C实施。
  2016年5月10日,改造后运行了95424km进行M1修,未发生过螺栓松脱、断裂故障;M1修后仍按照改造方案执行,至2016年7月8日,运行99522km,再次进行M1修,期间未发生过螺栓松脱、断裂故障。经过连续两个M1修验证,三种防松方案均能满足:车辆M1修间隔(10万km)内,转向架轴端盖螺栓不发生松脱的改造要求。
  3.2防松方案对比分析
  方案A和方案C均采用了机械防松,分别需要增加止动垫片和缠绕铁丝。由于车辆间隔10万km,需要进行进行一次M1修。根据目前车辆年运行公里数量估算,一年拆装轴端端盖,达8~10次,增加止动垫片和拆绕钢丝的防松效果可靠,但是增加较多工时,而且方案A和方案B均增加机械零件,增加了物料成本。方案A,止动垫片的拆除需要敲击轴端盖,易造成损伤[3];方案C需要在螺栓头上开孔穿铁丝,还需要对螺母进行改造,也会带来成本增加。综合以上分析,从操作简单和节省工时角度,优选方案B,但需要注意施加扭矩的控制[4]。
  下面对方案B进行经济性分析(见表1)。
  根据表1数据进行计算,轴端端盖螺栓原方案采用的螺栓全列成本为1817.52元,方案B的全列成本为1362.24元,较原方案降低成本25%。
  3.3推广验证分析
  进一步验证,将轴端端盖螺栓防松方案B进一步推广到更多的车型上。2016年5月11日,在一组8辆编组转向架上实施了轴端端盖螺栓防松脱更改B方案。至2016年6月25日,改造后的第一个M1修程,安全走行97166km,未发生螺栓松脱、断裂故障;至2016年8月13日,走行共计98831km,达到M1修,未发生螺栓松脱、断裂故障。
  2016年5月13日,在第二组8辆编组转向架上实施了轴端端盖螺栓防松脱更改B方案。至2016年7月16日,改造后的第一个M1修程,安全走行112293km,未发生螺栓松脱、断裂故障;至2016年9月13日,走行共计99005km,达到M1修,未发生螺栓松脱、断裂故障。
  2016年6月16日,在第三组8辆编组转向架上实施了轴端端盖螺栓防松脱更改B方案。至2016年7月13日,安全走行94194km,未发生螺栓松脱、断裂故障。至2016年8月31日,累计安全走行99438km,未发生螺栓松脱、断裂故障。
  选择的三组车辆,在方案B的考核期间,运行效果良好,将轴端端盖螺栓防松脱更改B方案扩大装车范围。
  4 结束语
  通过对转向架轴端端盖螺栓松脱进行统计学分析,明确以解决轴端盖螺栓松脱为目标。通过实施3种轴端盖防松脱改造方案,三种方案均能够满足防松脱要求。对比分析优选了方案B。通过推广验证后,扩大装车范围,基本解决了现有动车组轴端端盖螺栓松脱的问题。
  参考文献:
  [1]乔红彬.货车滚动轴承轴端螺栓失效原因及对策[J].铁道技术监督,2014,42(6):24-25,28.
  [2]郑轶.货车心盘螺栓松动、挤压变形的原因分析及改进建议[J].华东交通大学学报,2004(5):84-87,91.
  [3]吕新东.CRH2A型动车组装有LKJ检测线的轮对轴端螺栓防松措施的弊端和建议措施[J].硅谷,2014,(6):156-157.
  [4]田原.防止转向架部位紧固螺栓力矩超值方法[J].铁道技术监督,2012,40(7):30-31.
来源:《铁道运营技术》2018年第3期
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