工矿企业铁道车辆螺栓连接松动原因及防松方法浅析.pdf

莱钢 科技 第 6期 总第 1 0 8期 工矿企业铁道车辆螺栓连接松动 原 因及 防松 方法浅析 程 明永刘祖法 运输部 摘要 针对工矿企业铁道车辆各种常见的螺栓松动现象进行 了详细的阐述 系统全面的分析了产生松动 的各种 不 同的原 因 并针 对各种情况分 别提 出了切 实可行 的解决对策 关键词 铁道 车辆螺栓连接防松 Ab s t r a c t T h i s p a p e r d e t a i l l y d e s c r i b e s a n d d i s c u s s e s v a ri o u s c o mmo n p h e n o me n a o f b o l t r e l a x a t i o n o f t h e mi n i n g a nd i nd us t r i a l r a i l wa y v e hi c l e s y s t e ma t i c a l l y a n d c o mpr e he n s i v e l y a naly z e s t h e v a r i o us r e a s o n s c a us i n g r e l a x a t i o n an d p u t s f o r wa r d a p p r o p r i a t e f e a s i b l e a n d p r a c t i c a l r e s o l v i n g me asu r e s Ke y W o r d s r a i l wa y v e h i c l e b o l t c o n ne c t i o n r e l a x a t i o n p r e v e nt i o n 1 问题的提 出 铁 道 车 辆 上 许 多 部 件 采 用 了 螺 栓 可 拆 卸 连 接 如 车 钩 托 梁 螺 栓 钩 尾 框 托 板 螺 栓 钩 尾 扁 销 螺 栓 轴 箱 盖 滑 动 滚 动 螺 栓 上 下 心 盘 螺 栓 铁 水 车 马 鞍 座 螺 栓 制 动 梁 安 全 链 螺 栓 等 等 这 些 位 于 车 辆 不 同 部 位 不 同 形 式 防 松 方 法 不 同 的 螺 栓 连 接 在 运 用 过 程 中 不 同程 度 的 存 在 松 动 现 象 而 现 有 螺 栓 防 松 方 法 又 不 尽 合 理 这 些 松 动 的 螺 栓 连 接 对 车 辆 安 全 运 行 造 成 种 种 危 害 严 重 影 响 着 车 辆 运 行 安 全 给 安 全 行 车 造 成 诸 多 隐 患 2原 因分 析 众 所 周 知 螺 栓 连 接 根 据 其 作 用 原 理 的 不 同 可 分 为 许 多 形 式 按 螺 栓 受 力 的 不 同 可 分 为 受 拉 螺 栓 连 接 受 剪 螺 栓 连 接 等 不 同 部 位 不 同 形 式 的 螺 栓 连 接 其 松 动 原 因 自 然 不 同 分 别 阐述 如 下 2 1 车 辆 运 行 中 的 震 动 或 冲 击 是 造 成 各 种 形 式 的 螺 栓 连 接 松 动 的 普 遍 原 因 众 所 周 知 车 辆 在 运 行 过 程 中 不 可 避 免 的 存 在 着 震 动 和 冲 击 这 些 震 动 和 冲 击 改 变 了 螺 栓 的 预 紧 力 在 满 足 频 率 的 条 件 下 导 致 了 螺 母 与 螺 栓 或 螺 栓 与 被 连 接 件 的 松 动 2 2 被 连 接 件 主 体 平 面 接 触 不 良 如 马 5 8 鞍 座 连 接 螺 栓 心 盘 连 接 螺 栓 等 马 鞍 座 底 平 面 与 车 体 的 接 触 为 大 平 面 接 触 通 过 螺 栓 的 预 紧 力 使 两 结 合 面 贴 合 螺 栓 采 用 对 顶 螺 母 防 松 见 图 1 通 常 情 况 下 由 于 螺 栓 为 受拉 螺 栓 连接 螺 栓 与 螺 栓 孔 存 在 间 隙 螺 栓 的 作 用 仅 在 于 产 生 预 紧 力 使 两 接 触 面 尽 可 能 紧 密 贴 合 当 铁 水 罐 产 生 相 对 于 车 体 纵 横 移 动 趋 势 时 就 依 靠 两 接 触 面 的 摩 擦 力 来 抵 抗 这 种 移 动 趋 势 由 于 两 接 触 面 为 大 平 面 接 触 且平 面 度并 不 高 检 修 后 通 过 螺 栓 的 预 紧 两 接 触 面 不 可 能 完 全 吻 合 一 旦 投 入 运 用 在 重 达 6 0吨 以 3 5吨 铁 水 车 为 例 的 重 压 下 加 上 运 行 时 的 惯 性 冲 击 震 动 同 时 更 由 于 吊 罐 时 对 马 鞍 座 的 撞 击 使 本 不 吻 合 的 接 触 面 必 将 进 一 步 磨 合 接 触 导 致 出 现 螺 栓 预 紧 力 不 足 而 松 动 多 数 情 况 下 螺 母 相 对 螺 栓 并 没 有 松 动 这 种 松 动 一 旦 出 现 螺 栓 预 紧 力 将 急 剧 减 小 导 致 两 接 触 面 的 摩 擦 力 将 急 剧 减 小 不 足 以 抵 抗 各 方 向 的 移 动 趋 势 使 两 接 触 面 出 现 相 对 滑 动 这 种 滑 动 的 出 现 将 造 成 螺 栓 的 继 续 松 动 最 终 靠 螺 栓 的 受 剪 抵 抗 两 接 触 面 的 进 一 步 滑 移 从 而 造 成 螺 栓 与 孔 壁 的 撞 击 磨 损 见 图 2 造 成 螺 栓 孔 变 成 双 端 喇 叭 口形 状 螺 栓 逐 渐 磨 损 变 细 心 盘 螺 栓 同 样 如 此 维普资讯 维普资讯 程明永 等 工矿企 业铁 道车辆螺栓连接松 动原 因及 防松 方法浅析 第 6期 总第 1 0 8期 也会急剧 减小 从 而 出现 滑 移 进 一 步导 致 松 动 现 象 以 3 5吨铁水 车为例计 算螺栓实 际预紧力 由 F Q t g 入 I 得 M F r O Q r 0 t g l M F实 L 其 中 入 a r c t g P 2 t r r 0为螺纹升程角 I A a r c t g 0 2 c o s 为螺纹 当量摩擦角 Q为螺栓预 紧力 为螺纹 半顶角 I o为螺栓平均直 径 M2 2螺栓为 2 1 3 5 ram F 窑为人 的实际作用力 5 0 k g L为扳手手柄 长度 8 0 0 ra m 5 00 8 0 0 F实 r 0 r 0 1 87 3 5N a r c t g 3 5 27 r 21 3 5 1 490 I A a r c t g O 2 c o s 3 00 1 30 Q 1 8 7 3 5 t g 1 3 1 4 9 7 3吨 大于螺 栓保 证载荷 5 4 5吨 实 际计算 表 明 螺 栓实 际预 紧力 已超过 保证 载 荷 运行 中受到 冲击极有 可能发生塑性拉 长变形 2 6某些 连 接结 构 不 合 理 如 铁 水 车 马 鞍 座 与车体 心 盘 与 车体 两接 触 面 的大 平 面 接 触结 构中 侧向冲击力由两接触面摩擦力克服 若两接触 面的大平 面接触结 构改为互相 咬合的结 构 这样 螺 栓仅起 紧固作 用 而 不承受纵横方 向的冲击载荷 螺 栓不受剪力 仅受拉力 冲击载荷 由接触面 凸凹台 自 己承受 决不会 出现 相对 滑移 现象 只要 确保 螺母 与螺栓 的防松 即可达到安全可靠 的 目的 3 应采取的对策 针对 以上 原 因分析应 分别 采取 相应 对策 而 不 是单纯采取某种 方法 通常认 为的螺栓连接 的松 动 是指螺母与螺栓螺 纹副相对松 动 实际上螺栓连接 的松动不仅是螺母 与螺 栓 的相 对松 动 也 包括 螺栓 与被连接件 的相对 松动以及多个被连接件 之间 的相 对松动 因此 仅采 取措 施保 证螺 母 与螺 栓不 相对 转 动是远远不够 的 防松 也应从螺 栓连接系统 的受 力机 理人手 从合理确 定 和设 计螺 栓连 接 的种类 和 螺栓 连接结构 防止螺 母 与螺 栓 的相对 松 动和 螺栓 与被连 接件的相对松 动以及多个被连接件之 间 的相 对松动这 三方 面人手 分 别采取相应 的对策 3 1 提高接触 面平 面 度或 减小 实 际接 触面 积 马鞍座连接螺栓 心 盘连接 螺栓 等 在大 平 面接 触结构中 增大接触面的平面度 提高其吻合程度是 6 0 减少 螺栓 松动 的办法之 一 同时 可 以减 少两平面 的 实 际接触 面积 也可 以提 高两接 触 面 的吻合 程 度而 不会 降低 摩擦力 F u N 3 2改变接 触 面 结 构 和螺 栓 受 力方 式 马鞍 座连 接 螺 栓 心 盘 连 接 螺 栓 轴 承 压 盖 连 接 螺 栓 等 3 2 1 改受 拉螺栓为受剪 螺栓 上述分析可 知 既然螺 栓 马鞍座 螺栓 松动后 最 终要靠螺栓 的抗 剪切 来 抵抗 两接 触 面 的滑移 那 么 在螺 栓总抗剪切 满足 的情况 下 实 际计 算表 明 螺栓剪切力 足够 直 接采 用受 剪螺栓 连接 就可 以 有效的解决由于螺栓与螺栓孔存在间隙 单纯依靠 摩 擦力抵抗 冲击 力 而 出 滑移 带来 螺栓 松 动 的 问题 见 图 4 图 4受 剪螺 栓示 意 图 3 2 2 改变接触 面结构 两接触 面的大平面接触结构 改为互相 咬合 的结 构 这样 螺栓仅起 紧固作 用 而不承受纵横方 向的冲 击载荷 螺栓不受 剪力 仅 受拉 力 冲击 载 荷 由接触 面 凸凹台 自己承受 决不 会 出现相 对 滑移现 象 只 要确保螺母 的防松 即可达 到安 全可靠 的 目的 见 图 5 若认为改变接触面结构太难 也可采用特殊过 度垫板 即四周带高棱的过度板 见图6 受冲击力 时 依靠 垫板 四周棱 承受 剪切力来平衡 达到 与改变 接 触面 同样 的 目的 图5 改变接触结构示意图 维普资讯 莱钢科技 2 0 0 3年 1 2月 一 图 6过度 垫板 示意 图 3 3 分 别采用科 学 合理 的防松 方法 并正 确操 作 螺栓 连接 的防松就工作原理 看 可 以利用 摩擦 直接锁住 和破 坏螺 纹 副关 系 各有利 弊 破坏 螺纹 副不便 于再拆卸 直接 锁住 较可 靠 但 较麻烦 利用 摩擦 防松简单 实用 但 必须 正 确运用 比如广 泛采 用 的对顶螺母法 多数 是内侧螺母厚 外侧螺母 薄 实 际上可 以是 内薄外厚 但 由于扳 手厚 度大 于 薄螺母 的缘故 故应 采取 标 准 螺母 为 宜 而 决 不 是 外 薄 内 厚 另 外 螺栓较 短时 也 相 当于对顶 螺母 较薄 也 不可取 因此 在 采用 对 顶 螺母 防松 时 插 式 钩托 梁 钩尾扁销 螺 栓 等 对顶 螺母 要 用 厚螺母 紧 固 方法要合适 在重要结 构上应 采用 直接 锁住 法 防 松垫片 开 口销 如 钩尾 框托 板 轴 端 螺 栓 等 还 可 以应用新产 品等 如利用楔形 螺纹摩擦 防松原理 设计 的 s T型防松螺母等 的应用 等 都不失为有效 的 办法 3 4 使 用标准工具 紧固螺栓时 尤其是均匀分 布的多个螺栓 时 一 律采用定力矩工具 并严格按 照规定 的顺序 规定 的 力矩 逐个进行紧固 使各个螺栓尽可能平均受力 不致 出现薄弱 环节 导致 上述现象 3 5增大连接接触 面磨 擦力 对于承受侧向冲击力 的受拉螺栓连接 由于冲 击力依靠两接 触面摩擦力平衡 因此 加大接 触面 的 摩擦系数 如对两接 触 面实施 粗糙 处理 或加 大摩 擦 力垫板等 同样也可以达到增大摩擦力而解决 问 题 的 目的 F u N 4结束语 螺栓连接作为工矿企业铁道车辆 其它设备 同 样如此 上一种普遍采用 的可拆卸连接方法 拆卸 方便 组 装简单 经济实用 但 螺栓连接 的防松 问题 一 直是要研究 和解 决 的问题 从 螺 栓连 接 防松 的实 践看来 实际应用中仍然存在着许多看似简单却值 得推敲 的问题 只有不断 的研 究车辆螺栓连接运 用 中出现的细微现象 才能提高其可靠性 参考 文献 1 郑 文伟 主编 机械 原 理 北 京 高等教 育 出 版 社 1 98 9 4 2蔡 国书编 冶金 厂 矿 车 辆 构 造 与 检 修 北 京 冶金 工 业 出版 社 1 9 8 7 7 3北京钢铁学院主编 机械零件 北京 人 民教 育 出版 社 1 9 8 6 9 4小栗富士雄 小栗达 男编 机械设 计禁忌手册 机械 工 业 出版 社 1 9 8 9 1 0 审稿 人 况作 尧 上接第 6 2页 广大科 技工 作者 和经 济 管理 人 员将 控 制 理论 及最新科技发展成 果应 用 于实践 创造 了很 多 有效 的控制方法 如传 统 的预算 控 制法 即通过 预算 把 计划 目标数字化 并把 计划 分 解成 与组 织机 构 相一 致的各个组成部分 从而把各部门的计划工作联系 起 来 实现 了不失去 控 制条件 下 的授 权 也 就是 把 计划缩 减为几个数字 促使 了一种条 理的形成 使主 管 人员可 以清