转向架轴端端盖螺栓的防松脱解决措施

陈经纬，王东星，曹 舜，宋学毅，韩 硕

（中车唐山机车车辆有限公司，1、高级工程师，2、工程师，河北 唐山 063035）

转向架在运用中发生轴端端盖紧固螺栓松脱问题需要引起高度重视。这是由于螺栓位于车辆走行部，脱落的螺栓掉落轨道或者击打设备等都会严重影响车辆运营安全。目前该型转向架执行的修程（M1修）为：每10万km，对空心车轴进行探伤。探伤时，需要将轴端端盖卸下，对车轴探伤完毕后，更换新螺栓重新安装轴端端盖。因此解决轴端端盖紧固螺栓松脱的目的，就是着眼于防止螺栓松脱，研究简单可靠，满足转向架M1修间隔（10万km），螺栓不发生松脱的解决措施。

1 故障调查分析

1.1 故障描述截至2016年4月中旬，在线运营的转向架轴端端盖紧固螺栓发生松动、丢失故障合计28起，涉及53个螺栓，螺栓发生松脱的现象如图1所示。

图1 轴端端盖发生螺栓松脱的示意图

发生轴端端盖螺栓松脱的转向架的数量，占在线运营转向架总数约5%，发生的总的概率并不大，然而由于该处螺栓的脱落涉及到走行安全，必须对轴端端盖螺栓产生松脱的问题进行解决，确保车辆运营安全。

1.2 故障统计分析由于机械部件的失效大致符合正态分布，按照正态分布的统计学方法分析轴端端盖螺栓发生故障的车辆、以及螺栓和运营公里数的关系。相关关系如图2所示。

图2螺栓松脱和运营里程的关系

发生螺栓松脱故障的车辆，M1修间隔平均走行里程为59908km，发生螺栓断裂时走行最短的公里数为19123km，最长为99688km（进行M1修程更换时发现），详见图2（a）。螺栓松脱的平均公里数为62842km，详见图2（b）。

根据以上分析，发生松脱故障的螺栓，在动车组走行6万km时，脱落的概率最大，故障的螺栓的紧固能力，达不到M1修程间隔（10万km）的要求。

1.3 故障原因初步分析轴端端盖采用的是M8标准紧固螺栓，不需要单独进行强度分析。主要从螺栓防松脱角度分析解决问题［1］。轴端端盖螺栓主要是将端盖与轴箱连接，所受静载荷较小、工作温度范围（-25℃-40℃），与动车组运用环境一致。松脱的原因主要是车轮的多边形效应，在动车组高速运行时，产生高频振动以及车轮和轨道的冲击，振动和冲击传递到轴端端盖。端盖连接螺纹副间的摩擦力在振动工况下，可能发生减少或瞬间消失［2］。这种现象多次重复后，就会使连接松脱。

为了防止轴端端盖螺栓松脱，保证连接安全可靠，必须采用有效的防松措施。防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对运动。防松的方法一般可以分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副运动关系防松。轴端端盖原有的连接结构中，主要是通过预紧力紧固和螺纹锁固胶等实现摩擦防松，这种方式简单，便于操作，但是暴露的问题，显示现有的防松措施未完全满足使用要求。

2 螺栓防松方案

根据成熟的防松措施，设计了三种防松方案。完成轴端盖M8螺栓三种改进技术方案的制定及实施。

方案A：既有轴端盖增加止动垫片，螺栓紧固扭矩保持不变。

方案B：既有轴端盖M8螺栓8.8级改为10.9级，将紧固扭矩提高至30N.m，不采用其他防松措施。

方案C：既有端盖8.8级，M8螺栓安装扭矩由16N.m提高至23N.m，螺栓之间设置防松铁丝。

以下对三种方案进行详细分析。

2.1 螺栓防松方案A普通端盖和接地端盖采用止动垫片机械防松结构：在既有轴端盖8.8级、M8螺栓安装基础上，每两个螺栓设置一个止动垫片，具体详见图3。

图3 螺栓防松方案A的示意图

2.2 螺栓防松方案B既有轴端盖M8螺栓由8.8级改为10.9级，并将紧固扭矩提高至30Nm，不采用其他防松措施。

2.3 螺栓防松方案C将既有的接地端盖8.8级，M8螺栓安装扭矩由16Nm提高至23Nm，螺栓之间设置防松铁丝起到机械防松作用，具体详见图4。

图4 螺栓防松方案C的示意图

3 改造方案对比验证及优选和推广

3.1 试验验证2016年3月，在某16辆编组车辆上，实施了轴端防松脱更改方案：

1）1～16车上行左侧普通端盖按照防松方案A实施，1～16车上行右侧普通端盖按照防松方案B实施；

2）1～8车上行左侧接地端盖按照防松方案A实施，1～8车上行右侧接地端盖按照防松方案B实施；

（3）9～16车上行左侧接地端盖按照防松方案B实施，9～16车上行右侧接地端盖按照防松方案C实施。

2016年5月10日，改造后运行了95424km进行M1修，未发生过螺栓松脱、断裂故障；M1修后仍按照改造方案执行，至2016年7月8日，运行99 522km，再次进行M1修，期间未发生过螺栓松脱、断裂故障。经过连续两个M1修验证，三种防松方案均能满足：车辆M1修间隔（10万km）内，转向架轴端盖螺栓不发生松脱的改造要求。

3.2 防松方案对比分析方案A和方案C均采用了机械防松，分别需要增加止动垫片和缠绕铁丝。由于车辆间隔10万km，需要进行进行一次M1修。根据目前车辆年运行公里数量估算，一年拆装轴端端盖，达8～10次，增加止动垫片和拆绕钢丝的防松效果可靠，但是增加较多工时，而且方案A和方案B均增加机械零件，增加了物料成本。方案A，止动垫片的拆除需要敲击轴端盖，易造成损伤［3］；方案C需要在螺栓头上开孔穿铁丝，还需要对螺母进行改造，也会带来成本增加。综合以上分析，从操作简单和节省工时角度，优选方案B，但需要注意施加扭矩的控制［4］。

下面对方案B进行经济性分析（见表1）。

表1 轴端端盖螺栓防松方案B的物料数目和价格

根据表1数据进行计算，轴端端盖螺栓原方案采用的螺栓全列成本为1817.52元，方案B的全列成本为1362.24元，较原方案降低成本25%。

3.3 推广验证分析进一步验证，将轴端端盖螺栓防松方案B进一步推广到更多的车型上。

2016年5月11日，在一组8辆编组转向架上实施了轴端端盖螺栓防松脱更改B方案。至2016年6月25日，改造后的第一个M1修程，安全走行97 166km，未发生螺栓松脱、断裂故障；至2016年8月13日，走行共计98831km，达到M1修，未发生螺栓松脱、断裂故障。

2016年5月13日，在第二组8辆编组转向架上实施了轴端端盖螺栓防松脱更改B方案。至2016年7月16日，改造后的第一个M1修程，安全走行112293km，未发生螺栓松脱、断裂故障；至2016年9月13日，走行共计99005km，达到M1修，未发生螺栓松脱、断裂故障。

2016年6月16日，在第三组8辆编组转向架上实施了轴端端盖螺栓防松脱更改B方案。至2016年7月13日，安全走行94194km，未发生螺栓松脱、断裂故障。至2016年8月31日，累计安全走行99438km，未发生螺栓松脱、断裂故障。

选择的三组车辆，在方案B的考核期间，运行效果良好，将轴端端盖螺栓防松脱更改B方案扩大装车范围。

4 结束语

通过对转向架轴端端盖螺栓松脱进行统计学分析，明确以解决轴端盖螺栓松脱为目标。通过实施3种轴端盖防松脱改造方案，三种方案均能够满足防松脱要求。对比分析优选了方案B。通过推广验证后，扩大装车范围，基本解决了现有动车组轴端端盖螺栓松脱的问题。