車輛懸掛設備緊固件失效原因分析及解決措施

丁寶英 劉和平

摘 要：城軌車輛運行時，由于輪軌間產(chǎn)生的沖擊、振動及溫度變化，會造成車下懸掛設備螺紋連接緊固件的裂紋、斷裂、松動或脫落，嚴重威脅到車輛的行車安全。因此車下懸掛設備安裝的可靠性對城軌車輛的安全運行至關重要。本文就現(xiàn)場案例分析了車下懸掛設備緊固件失效的原因，并提出糾正預防措施。

關鍵詞：車輛;懸掛設備;緊固件;糾正預防措施

一、引言

螺母的自鎖是通過螺母和螺栓之間的摩擦力實現(xiàn)的，在動載荷中這種自鎖的可靠性就會降低，需采取一些防松措施，保證螺母鎖緊的可靠性。其中雙螺母結構是一種簡單實用的防松措施。雙螺母防松的原理：使螺栓在旋合段內(nèi)受拉而螺母受壓，構成螺紋聯(lián)接副縱向壓緊，起到防松作用。由于結構簡單、便于裝卸，普遍用于低速重載的城軌車輛項目。

目前國內(nèi)常規(guī)的雙螺母防松工藝是：先用規(guī)定緊固扭矩的80%扭矩值，擰緊第一螺母（即靠近緊固接觸面的螺母），再用100%的扭矩值擰緊第二螺母。如果第一螺母與第二螺母安裝扭矩值相差過大，會造成第二螺母安裝過程中第一螺母發(fā)生移位導致螺栓滑絲而失效。

二、問題描述

某項目第3列TMC2車車下設備安裝過程中發(fā)現(xiàn)4個M20設備吊掛螺栓在第2螺母緊固施加扭力過程中（第一螺母扭力336N·m、第二螺母扭力480N·m）發(fā)生滑絲現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 蓄電池箱安裝失效螺栓

4個失效螺栓（M20×80）集中發(fā)生在蓄電池箱（3個螺栓）和濾波電抗器（1個螺栓）。M20×80螺栓批次號為T16.1，材質均為SCM435;M20螺母批次號為KB0004，材質為35K鋼。

三、原因分析

（一）緊固件化學成分及性能

M20×80螺栓、M20螺母為標準件，材料分別執(zhí)行JISG4053、JISG3507，性能均執(zhí)行GB/T3098，按此標準進行入庫復驗，見表1。

表1： M20×80螺栓入庫情況

序號 物料名稱 數(shù)量 入庫日期 復驗報告編號

1 螺栓M20×80（達克羅） 208 2017.10.01 17L092817

2 96 2017.11.30 與2017年10月01日入庫的螺栓為同一批次，按17L092817執(zhí)行。

3 16 2017.12.18

4 128 2018.04.15

合計 448

1 螺母M20（達克羅） 320 2018.01.13 17L120210

2 400 2018.02.11 與2018年1月13日入庫的螺母為同一批次，按17L120210執(zhí)行。

3 400 2018.03.20

4 400 2018.04.21

合計 1520

化學成分、硬度、最小拉力載荷、磁粉探傷等復驗結論合格。螺栓復驗結果見表2。同樣復驗螺母M20結論合格。

表2：M20×80螺栓復驗結果統(tǒng)計表

復驗項目 標準值 螺栓1 螺栓2 結論

化學成分%

（2個螺栓） 碳 0.33-0.38 0.34 0.34 合格

硅 0.15-0.35 0.16 0.15 合格

錳 0.60-0.90 0.73 0.74 合格

磷 ≤0.025 0.010 0.011 合格

硫 ≤0.025 0.005 0.005 合格

鎳 ≤0.25 0.003 0.003 合格

鉻 0.90-1.20 1.02 1.05 合格

銅 ≤0.30 0.03 0.03 合格

鉬0.15-0.30 0.19 0.19 合格

硼 ≤0.003 <0.001 <0.001 合格

硬度（HRC）

（2個螺栓） 23-34 25.4 24.8 合格

25.0 24.8 合格

24.7 24.7 合格

最小拉力載荷（KN）

（1個螺栓） ≥203 214 合格

磁粉探傷

（1個螺栓） ---- 合格 合格

（二）設備安裝技術要求。1、查閱車下設備安裝制造技術條件，螺距為2.5的8.8級高強度鋼，M20螺栓扭矩要求為448N·m。對于車下設備采用雙螺母防松結構的，第一螺母為第二螺母扭矩的80%，即第一螺母扭矩值應為358 N·m，第2螺母扭矩值應為448 N·m。[1]2、查閱車下設備安裝作業(yè)指導書，M20×80螺栓第一螺母扭矩為336N·m（480 N·m×70%），第二螺母扭矩為480N·m，不符合設計要求。

經(jīng)查車下懸掛設備輔助電源箱、蓄電池箱、濾波電抗器安裝用M20×80螺栓緊固扭矩工藝規(guī)定與設計規(guī)定不符：最大扭矩值選定錯誤;且不符合第一螺母扭矩為第二螺母扭矩的80%比例原則。

（三）施工工藝

施工工藝流程：移動設備→各安裝眼孔對正→穿入對應緊固件→涂抹樂泰-243→緊固第一螺母并打扭矩（風動工具預緊）→緊固第二螺母（風動工具預緊）并打扭矩→涂打防松標記。[2]

經(jīng)查工藝流程、人員資質、扭力扳手均符合工藝文件要求。

（四）結論

由于M20第二螺母扭矩值大（480 N·m）;且第一螺母與第二螺母扭矩值差值過大（144 N·m），導致第二螺母安裝過程中造成第一螺母移位，從而發(fā)生螺栓滑絲失效。

四、糾正預防措施

（一）雙螺母防松技術文件應嚴格執(zhí)行第一螺母扭矩值為規(guī)定值的80%、第二螺母扭矩值為規(guī)定值100%且扭矩值之差不超過100 N·m的原則。

（二）工藝部門按照上述原則修訂工藝文件，質量部門修訂檢驗文件。

（三）排查在產(chǎn)和已出廠車輛，按照修訂后的工藝文件和檢驗文件進行整改。

（四）建立設計、工藝、質量部門工作協(xié)同機制，從源頭進行控制。

五、效果

采取以上糾正預防措施后，未發(fā)生車輛懸掛設備緊固件螺栓滑絲失效現(xiàn)象，保證了車下懸掛設備安裝的可靠性，保證了城軌車輛的運營安全。

參考文獻

[1] SFMM-400-00000JI《地鐵項目車下設備管線通用技術條件》.

[2] SFM5400-K-87-00028《車下電氣設備安裝作業(yè)指導書》.