軌道車輛緊固件配套選用的探討

涂本榮，梅喬松，錢厚寬

（中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210031）

1 引言

緊固件廣泛運(yùn)用于軌道交通車輛，它具有施工簡單、受力性能好和可拆卸等優(yōu)點(diǎn)。目前，軌道車輛研制企業(yè)都在相關(guān)系統(tǒng)（如Teamcenter系統(tǒng)）中建立了緊固件庫供設(shè)計人員選用，緊固件庫是按照一定層級關(guān)系分類管理的緊固件集合，包括螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈、鉚釘和銷等，如圖1所示。

軌道車輛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所用緊固件數(shù)量和類別多。在軌道車輛三維設(shè)計時，通行的緊固件選用方法是從緊固件庫中依次查找和裝配螺栓、螺母、防松墊圈和平墊圈，即選定了螺栓之后，還需要按照查找螺栓的方式再查找螺母、墊圈，這種離散式的選配方法割斷了螺栓、螺母和墊圈之間的匹配關(guān)系，不僅耗時長，而且經(jīng)常產(chǎn)生錯誤和不合理選配發(fā)生，如高性能等級螺栓誤配低性能等級螺母和墊圈，碳鋼螺栓誤配不銹鋼螺母和墊圈，發(fā)黑螺栓誤配達(dá)克羅螺母等，這些誤配將影響緊固件連接的承載能力、可靠性和耐腐蝕性，尤其是誤配發(fā)生在車下吊掛件和轉(zhuǎn)向架上時，一旦發(fā)生螺栓松脫和斷裂，將嚴(yán)重影響行車安全。

目前各類文獻(xiàn)對于緊固件配套使用主要研究的是基于點(diǎn)、線、面等裝配特征識別的緊固件快速裝配，這些方法僅考慮了緊固件公稱直徑的匹配，即選定了螺栓后，能自動匹配出相同公稱直徑的螺母和墊圈，但未考慮性能等級和表面處理匹配性。這樣，基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輸出的設(shè)計明細(xì)表（BOM）會存在緊固件性能等級和表面狀態(tài)信息的缺失而無法指導(dǎo)工藝、采購和質(zhì)量檢驗(yàn)等問題。下文探討了以企業(yè)緊固件庫為基礎(chǔ)，以緊固件公稱直徑、性能等級和表面處理為匹配條件，采用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)以螺栓為基準(zhǔn)的配套的方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成套選配緊固件，同時確保了產(chǎn)品 BOM表中緊固件屬性的完整性。

圖1 緊固件庫

2 緊固件屬性標(biāo)準(zhǔn)化

緊固件屬性的標(biāo)準(zhǔn)化是自動配套的前提。緊固件屬性主要包括物料編碼、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、公稱直徑、表面處理和性能等級等。企業(yè)內(nèi)部應(yīng)對緊固件屬性填寫要求做嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，應(yīng)盡量設(shè)置下拉項，防止填寫的多樣化。如螺栓M

D

*

L

，

D

為公稱直徑、

L

為公稱長度，應(yīng)對

D

和

L

之間的符號做明確規(guī)定，一旦使用“*”，就不應(yīng)再使用“×”或“X”等符號；表面處理的表述應(yīng)統(tǒng)一，同一種表面處理不應(yīng)出現(xiàn)多種表述形式，如Geomet不應(yīng)再寫為焦美特或交美特；性能等級應(yīng)嚴(yán)格按照緊固件標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定填寫，如8.8級、A2-70級；墊圈等級應(yīng)統(tǒng)一采用維氏硬度，不采用洛氏硬度；不應(yīng)出現(xiàn)緊固件自身信息矛盾，如不銹鋼螺栓性能等級寫成8.8級。規(guī)范地填寫屬性將便于屬性的匹配，不規(guī)范地填寫將會導(dǎo)致屬性匹配失敗。

3 自動配套的實(shí)現(xiàn)

3.1 配套的依據(jù)

緊固件配套主要依據(jù)GB/T 3098.1—2010《緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱》、GB/T 3098.2—2015《緊固件機(jī)械性能 螺母》、GB/T 3098.6—2014《緊固件機(jī)械性能 不銹鋼螺栓、螺釘和螺柱》、GB/T 3098.15—2014《緊固件機(jī)械性能 不銹鋼螺母》、GB/T 3098.9—2010《緊固件機(jī)械性能 有效力矩型鋼鎖緊螺母》和GB/T 5286—2001《螺栓、螺釘和螺母用平墊圈 總方案》等緊固件標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T 3098.2—2015第5章“螺栓和螺母連接副的設(shè)計”和附錄A“螺母設(shè)計準(zhǔn)則”規(guī)定了螺栓性能等級與螺母性能等級的匹配要求，如螺栓選擇8.8級，螺母優(yōu)選8級；螺栓選擇10.9級，螺母優(yōu)選10級。GB/T 5286—2001附錄A“平墊圈與螺栓，螺釘或螺母配套使用指南”給出了墊圈硬度等級與螺栓螺母性能等級的匹配要求。緊固件 配套依據(jù)見表1。

表1 緊固件配套依據(jù)

注：由于鋼制彈簧墊圈硬度等級較大，適用于各類性能等級的螺栓和螺母，彈簧墊圈的硬度等級不作為匹配要素。

?

3.2 建立配套規(guī)則

按照表1的配套依據(jù)建立兩種緊固件配套規(guī)則，見表2，一種是全集配套規(guī)則，即將能與某螺栓標(biāo)準(zhǔn)匹配的所有螺母、防松墊圈和平墊圈標(biāo)準(zhǔn)列入一條規(guī)則；另一種是常用配套組合規(guī)則，常用配套規(guī)則是全集配套規(guī)則的子規(guī)則，一項螺栓標(biāo)準(zhǔn)可以有多條常用配套規(guī)則，設(shè)置常用規(guī)則的目的是指導(dǎo)設(shè)計人員優(yōu)先選用，常用配套的緊固件往往庫存足，能避免選用生僻的緊固件造成沒有庫存而耽誤生產(chǎn)。

表2 全套配套規(guī)則和常用配套規(guī)則構(gòu)成

注：類別為緊固件標(biāo)準(zhǔn)代號，如GB/T 6170的螺母為一類螺母。

?

無論全集還是常用規(guī)則，都應(yīng)建在緊固件庫的螺栓標(biāo)準(zhǔn)層級上，如圖2所示，不宜太高，太高雖然可以避免對每項螺栓標(biāo)準(zhǔn)建規(guī)則，但不易規(guī)避標(biāo)準(zhǔn)之間不適用的問題，比如細(xì)牙螺母標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)配標(biāo)準(zhǔn)螺紋螺栓標(biāo)準(zhǔn)，ISO或者國外的螺母標(biāo)準(zhǔn)不宜列入國標(biāo)螺栓標(biāo)準(zhǔn)的全集組合中。規(guī)則也不應(yīng)在螺栓標(biāo)準(zhǔn)下的具體物料上建立，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)下物料過多。在標(biāo)準(zhǔn)層級上只需要對每項螺栓標(biāo)準(zhǔn)建立一條全集規(guī)則和幾條常用規(guī)則即可，且全集規(guī)則可根據(jù)企業(yè)緊固件的選用習(xí)慣自由選擇哪些螺母和墊圈標(biāo)準(zhǔn)列入規(guī)則。

由于公稱直徑、性能等級和表面處理均不唯一，配套規(guī)則中不適合給定具體的值，而應(yīng)通過設(shè)置參數(shù)來代表值的集合,其中公稱直徑為

D

，性能等級為

G

，表面處理為

F

，然后將值分別賦給

D

、

G

、

F

，如圖3所示，通過將這三個參數(shù)寫入規(guī)則來自動實(shí)現(xiàn)緊固件配套。根據(jù)圖1，緊固件名稱中包括公稱直徑和表面處理信息，性能等級單列，所以配套規(guī)則中緊固件名稱設(shè)置為

$D$*$F$

,性能等級為

$G$

，如圖2所示，其中

$

為通配符。

圖3 賦值后的參數(shù)

3.3 自動配套的實(shí)現(xiàn)

設(shè)置配套規(guī)則后，通過規(guī)則運(yùn)行，只要檢索到規(guī)則中任何標(biāo)準(zhǔn)的螺母、防松墊圈和平墊圈屬性信息中包含的

D、G、F

值與螺栓相同時，就將推送到螺栓物料的全集、常用配套結(jié)果中，確保相關(guān)人員選定螺栓物料后（因?yàn)榫o固件一般先確定螺栓），能通過螺栓下的全集、常用配套列表迅速找到符合配套規(guī)則的螺母、彈簧墊圈和平墊圈供設(shè)計人員自由組合選用。螺栓物料的全集配套和常用配套結(jié)果存放區(qū)和結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 螺栓物料的全集組合和常用組合

圖5 全集組合結(jié)果

4 結(jié)束語

緊固件是成套使用的零件組合，軌道車輛上選用的緊固件數(shù)量和品種多，按照配套規(guī)則成套選配緊固件的方法將螺栓、螺母、防松墊圈和平墊圈有效地構(gòu)成了關(guān)聯(lián)，將緊固件離散選配優(yōu)化成了以螺栓為基準(zhǔn)的組合選配，實(shí)現(xiàn)了配套使用，不僅可以縮短選配時間，而且提高選配準(zhǔn)確性，從而使設(shè)計人員集中更多時間專注于產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)的研究，對于軌道交通車輛研制企業(yè)來說具有重大意義。