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

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(guò)對(duì)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(huì)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(huì)的發(fā)展，有效推動(dòng)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(duì)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(guò)螺紋進(jìn)行聯(lián)接，并依靠螺紋副的擰緊來(lái)達(dá)到緊固、聯(lián)接的目的。在實(shí)際生產(chǎn)階段，一般會(huì)選擇合適的工具來(lái)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

1.1扭矩?cái)Q緊法

該方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(lái)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(lái)決定，即

T=T1+T2=KF0d（Nomm）

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

其中，螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)、擰緊速度、潤(rùn)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。

在裝配帶力矩螺栓緊固過(guò)程中，扭矩?cái)Q緊法是比較常用的控制方法，該方法可通過(guò)使用力矩扳手來(lái)對(duì)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(guò)程。扭矩?cái)Q緊法具有操作簡(jiǎn)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。

1.2屈服點(diǎn)擰緊法

該方法是將螺栓按照一定要求擰緊至螺紋材料屈服極限點(diǎn)，將其與轉(zhuǎn)角控制法結(jié)合在一起，來(lái)計(jì)算扭矩-轉(zhuǎn)角曲線斜率，進(jìn)而達(dá)到判斷屈服點(diǎn)的目的。在屈服點(diǎn)擰緊過(guò)程中，一般需要將螺栓擰緊到設(shè)計(jì)的起始力矩，并由此開始來(lái)對(duì)擰緊曲線斜率值的變化進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)斜率下降超過(guò)設(shè)定值時(shí)，則反映螺栓拉伸至屈服點(diǎn)，由此就可以停止施力。

在裝配帶力矩螺栓緊固階段，屈服點(diǎn)擰緊法能夠有效克服轉(zhuǎn)角起始點(diǎn)和摩擦系數(shù)對(duì)擰緊質(zhì)量的影響，進(jìn)而使螺紋件咬合強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，提高裝配精度。該方法既能夠優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且要求螺栓具備良好性能。

1.3轉(zhuǎn)角擰緊法

在螺栓擰緊時(shí)，該方法的旋轉(zhuǎn)角度與軸向伸長(zhǎng)量和預(yù)緊力呈現(xiàn)比例關(guān)系，通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制來(lái)達(dá)到預(yù)定擰緊力。轉(zhuǎn)角擰緊法需要先將螺栓按照設(shè)計(jì)要求擰緊至力矩值的25%，以此來(lái)作為起始扭矩，以確保螺栓軸向伸長(zhǎng)，并壓縮連接件，通過(guò)轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一定的軸向夾緊力。轉(zhuǎn)角擰緊法不僅具有性能穩(wěn)定、擰緊精度高、受螺紋件摩擦系數(shù)影響小等優(yōu)勢(shì)，而且還可以使螺栓的承載能力得到充分發(fā)揮，進(jìn)而獲取較大的軸向夾緊力。

2.力矩施加工具及校準(zhǔn)儀器

在地鐵裝配車間，一般會(huì)選擇扭矩螺絲刀和力矩扳手來(lái)來(lái)對(duì)螺母、螺栓是否能夠正確扭矩加以緊固來(lái)進(jìn)行測(cè)定。在扭矩?cái)Q緊法使用之前，需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)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(duì)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(guò)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(lái)確定力矩值大小。通常情況下，在每日裝配開工前，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)。

結(jié)合力矩校準(zhǔn)儀和力矩扳手的自身誤差來(lái)對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)策

對(duì)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(cè)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(guò)程作業(yè)指導(dǎo)書以及力矩過(guò)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(shí)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(huì)予以授權(quán)、資質(zhì)認(rèn)證。

4.結(jié)束語(yǔ)

總之，在軌道車輛裝配過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)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(lái)確保地鐵車輛的安全、高效運(yùn)行。

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