電氣化鐵路接觸網(wǎng)緊固件防松措施及其檢測(cè)技術(shù)分析

殷俊

摘? 要：現(xiàn)階段螺紋連接是電氣化鐵路接觸緊固件的主要形式，依據(jù)放松原理，其可細(xì)分為摩擦防松、機(jī)械放松、破壞螺紋副關(guān)系防松三種形式。本文研究將以摩擦防松為例進(jìn)行具體說(shuō)明，并對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;接觸網(wǎng)緊固件;放松措施

引言

螺紋連接緊固件在其預(yù)緊、連接、緊固等功能引領(lǐng)下，得到各領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可與應(yīng)用，其最為顯著的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的批量生產(chǎn)，相較于其他緊固件，螺紋連接緊固件的生產(chǎn)成本較低，其具備互換特性，由此其在各行業(yè)中的地位也不斷提升。當(dāng)前列車(chē)行駛速度隨著高速鐵路發(fā)展速度提升而提升，這就使得其對(duì)接觸網(wǎng)緊固件的性能要求不斷提升，具備更強(qiáng)的防松性能的螺紋連接緊固件不斷涌現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用，且行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員還針對(duì)其實(shí)際應(yīng)用工況對(duì)性能檢測(cè)措施進(jìn)行革新。由此，對(duì)緊固件防松措施以及檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的重要研究?jī)?nèi)容。

1摩擦防松緊固件原理以及措施

從實(shí)際應(yīng)用角度分析，摩擦防松是當(dāng)前電氣化鐵路接觸網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的放松措施，其主要應(yīng)用原理為依托于螺紋副之間正壓力不隨外界條件變化而變化的特征，產(chǎn)生可以阻止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，最終達(dá)成防松目的。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)軸向或兩向壓緊螺紋副均可達(dá)成獲取正壓力的目的。依據(jù)摩擦防松措施進(jìn)行劃分，可將摩擦防松緊固件結(jié)構(gòu)細(xì)分為彈簧墊圈、雙螺母、尼龍嵌件鎖緊螺母、錐壓抱緊式自松防松螺母等幾種。

1.1彈簧墊圈

該結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要在螺栓以及螺母之間加設(shè)彈簧墊圈，并在螺母之上施壓預(yù)緊力，利用墊圈被壓平后產(chǎn)生的彈性反力提升旋合螺紋緊密性，通過(guò)提升二者之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)放松目標(biāo)，除此以外，墊圈斜口尖端部分在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要抵緊螺母以及線夾，其也具備一定防松功能。該結(jié)構(gòu)其主要優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)間接，應(yīng)用便捷性較強(qiáng)。

現(xiàn)階段，電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件中，彈簧墊圈的應(yīng)用較為廣泛，如錨支定位卡子、橫承力索線夾等。

1.2雙螺母

該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理為，通過(guò)擰緊頂螺母使后螺母受壓，進(jìn)而使得螺紋副縱向壓緊并提升摩擦力，最終實(shí)現(xiàn)避免螺紋副產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。該結(jié)構(gòu)其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、實(shí)際施工以及后續(xù)運(yùn)維工作簡(jiǎn)便。

該結(jié)構(gòu)適用于低速重載或載荷平穩(wěn)情況下，主要安裝于定位環(huán)支座、錨固U螺栓等承受靜荷載的零部件之上。

1.3尼龍嵌件緊鎖螺母

尼龍嵌件鎖定螺帽防松動(dòng)是將一條具有良好彈力的尼龍橡膠環(huán)與螺帽在一起產(chǎn)生穩(wěn)固的摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)安全鎖定和重復(fù)使用。尼龍嵌件式鎖定螺絲帽在接觸網(wǎng)片零件中的應(yīng)用比較少，此防松動(dòng)結(jié)構(gòu)的零件有：套筒、固定支架、定位夾具，定位環(huán)等。

1.4錐壓抱緊式自緊防松螺母

該結(jié)構(gòu)主要有主螺母以及鎖緊螺母兩部分共同組成，實(shí)際工作過(guò)程中，二者共同裝配于螺栓之上。

在將主螺帽緊固至預(yù)定緊固力矩，螺栓正常工作之后，將鎖定螺帽的尾端往前穿緊固螺帽，當(dāng)緊固螺帽的前部在緊固螺帽的中部外直徑細(xì)齒螺釘上旋緊時(shí)，所形成的牽張力會(huì)導(dǎo)致鎖定螺帽的后端內(nèi)部的內(nèi)錐表面擠壓主螺帽的外側(cè)錐表面，給螺栓施加徑向的壓力，使得主螺帽和螺栓互相緊固，以實(shí)現(xiàn)防撞。

在接觸網(wǎng)零件中，錐形夾緊自鎖止松緊螺絲已逐步被廣泛采用，例如用于防風(fēng)拉絲的定位圈;錨結(jié)線夾，電連接線夾，套管雙耳等。

2接觸網(wǎng)緊固件防松性能檢測(cè)

依據(jù)相關(guān)研究材料可知，緊固件的預(yù)緊力或軸向力、扭矩、摩擦系數(shù)等參數(shù)直接對(duì)螺栓緊固件使用性能造成影響。

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《ISQ 16047》中的定義，螺栓緊固件預(yù)應(yīng)力即為禁錮過(guò)程中，作用于螺栓桿部的軸向拉力或連接零件之間的的壓力，被稱之為軸向力F或軸向預(yù)緊力，檢測(cè)過(guò)程中可通過(guò)力傳感器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè);螺栓扭矩T即為作用于螺母或螺栓頭部分的扭矩，主要包含螺紋扭矩Tth以及支承面摩擦扭矩Tb兩種，可通過(guò)扭矩傳感器進(jìn)行檢測(cè)。

螺釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)阻力是由螺釘?shù)哪Σ亮吐葆數(shù)恼驂罕葲Q定的。在進(jìn)行預(yù)壓時(shí)，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為兩個(gè)部分：軸向預(yù)緊力和摩擦力，其中，摩擦力是最重要的特征。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)螺釘?shù)哪Σ烈驍?shù)μ_tot和螺帽、螺桿的支承表面的摩阻因子μth、μb是影響其性能的重要因素。

摩擦因數(shù)屬于無(wú)量綱數(shù)據(jù)，在測(cè)量時(shí)要根據(jù)其物性進(jìn)行計(jì)算，其值主要取決于接頭的形式和幾何尺寸。在進(jìn)行實(shí)際的摩擦因數(shù)測(cè)定時(shí)，要求使用1臺(tái)傳感器和2臺(tái)具有各種轉(zhuǎn)矩的傳感器，并要求獲得相關(guān)管道連接的螺紋中徑、螺距等精確的資料。然后，在保證了摩擦狀態(tài)相同的前提下，通過(guò)扭轉(zhuǎn)矩-預(yù)緊力來(lái)確定該螺釘?shù)哪Σ烈驍?shù)。依據(jù)克萊曼以及克林的緊固扭矩T計(jì)算式：

其中，d2、P、Do、dV分別表示螺紋中徑、螺距、支承面外徑以及螺栓通過(guò)墊圈或支承零件的孔徑。

通過(guò)緊固扭矩以及預(yù)緊力比值可實(shí)現(xiàn)計(jì)算總摩擦系數(shù)的目標(biāo)，其簡(jiǎn)化后的公式為：

其中，Db表示支承面摩擦的有效直徑，其計(jì)算式4持續(xù)增長(zhǎng) 為。

總摩擦系數(shù)僅用于不同摩擦條件下螺栓連接副性能的對(duì)比，螺紋以及支承面摩擦系數(shù)一致這一假定是簡(jiǎn)化公式計(jì)算的重要前提。

螺紋間摩擦系數(shù)μth可通過(guò)螺紋扭矩以及預(yù)緊力比值進(jìn)行計(jì)算，其公式如下：

在無(wú)特殊規(guī)定的情況下，預(yù)緊力應(yīng)控制在試驗(yàn)零件或被試驗(yàn)零件保證荷載的75%左右，并選取二者中數(shù)值較低的一項(xiàng)。

針對(duì)支承面摩擦系數(shù)μb的計(jì)算可通過(guò)支承面摩擦扭矩以及預(yù)緊力比值進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

在螺栓等緊固件擰緊過(guò)程中，首先通過(guò)力傳感器、扭矩傳感器等測(cè)試螺栓的軸向力以及不同部位的扭矩，然后根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算式計(jì)算出螺栓不同位置的摩擦系數(shù)。

3總結(jié)

綜上所述，摩擦防松是當(dāng)前電器鐵路接觸網(wǎng)應(yīng)用較為廣泛的措施，其在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生多種結(jié)構(gòu)形式，并具備獨(dú)特地優(yōu)勢(shì)，可以滿足不同條件下的防松要求。行業(yè)技術(shù)人員在后續(xù)工作過(guò)程中應(yīng)注意繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究力度，切實(shí)保障電氣化鐵路運(yùn)行安全性。

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