铁路客车轴端防松片失效分析及改进探究

要想确保铁路运行安全， 作为铁路客车运行关键性部件的转向架， 在生产的过程中， 应高度重视各种零部件的组装工序是否规范， 这对车辆正式运行时的安全具有非常重要的作用。 对于转向架而言， 轮对轴承组装是其生产中的主要工序， 组装时的工艺技术以及所有零部件的质量都与车辆运行时的安全、 舒适性息息相关。 对防松片来说， 它是车辆轮对滚动轴承定位的主要部件， 一旦防松片的质量出现问题无法起到防松作用， 造成轴端螺栓松动， 会使滚动轴承无法实现定位， 严重的情况下会导致切轴事故。 由此可见， 防松片对整个轮对轴箱的质量至关重要， 防松效果直接影响车辆的运行安全。

1 现用防松片失效分析

目前， 客车轴端防松片生产使用均采用铁道部TB 1480—1983 《车辆滚动轴承用防松片》标准， 技术要术规定防松片要由A2、 B1、 B2钢制造。 现阶段对客车使用的防松片根据铁道部的相关技术要求， 对其表面需要实施磷化处理，磷化后必须对轴端防松片涂防锈油脂， 磷化层厚度5um～15um。

依据以往因防松片质量问题造成的行车安全事故， 对轴端滚动轴箱装置加以分析， 导致行车安全问题的因素关键是轴端防松片失效， 出现失效的形式分析如下： 具体使用时保证所有的压脚翘起， 处于放松位置， 并且防松片只能一次性使用。 在实际使用过程中需要将每一个止耳都要翘起， 为了起到有效的防松作用必须将止耳紧密贴在轴端螺栓头上。 而轴端螺栓头的一个止耳可以翘起， 而其中的一个止耳必须密贴于角部内侧，其他的轴端螺栓用防松铁丝和弹簧垫圈防松。 防松铁丝先将轴端螺栓紧固， 再将弹簧垫圈压紧，然后把三个螺栓用拧紧防松铁丝连接， 并以串联的形式连接起来， 铁丝的标准长度为1.6mm 至2mm 之间， 以避免轴端螺栓位移。 车轴端防松片每个角部内侧各有两个止耳， 实际上只有一个止耳在起作用。

防松片的使用虽然起到了防松作用， 但在使用中逐渐显出弊端， 其中最明显的问题是防松片止耳结构的不合理。

我们知道车辆滚动轴承防松装置的防松作用， 是依托在轴端螺栓预紧力的基础上， 再加以防松片来实现的， 轴端螺栓的预紧力对滚动轴承防松装置的防松效果起着至关重要的作用， 当螺栓松动预紧力发生变化时对止耳防松有一定的影响。 螺栓松动预紧力的特点是当快速提高预压力时， 螺栓松动的预紧力反而以相同的速度下降，也就是说预压力的快速上升将造成螺栓松动预紧力发生改变， 通过预紧的压力使螺栓的螺纹之间相互摩擦， 依托螺纹间产生的摩擦力来防止螺栓松动， 从而有效促使轴端螺栓预紧力的防松作用充分发挥， 达到其预紧螺栓的理想防松效果。

防松片的止耳结构不合理对防松片的防松效果也会产生举足轻重的影响， 如果止耳的结构存在问题， 就会使防松片失效， 这个问题在现场作业中也经常发生。 如果当螺栓头部六方面松动而两片止耳恰又在松动的半面上时， 则两片止耳就无法起到防松的作用。 另一种状况是一片止耳在螺栓六方棱上， 而另一片紧贴于螺栓头部六方面松动的半面， 止耳根本不起作用。 所以， 无论是双片止耳结构还是单片止耳结构的防松片， 只要止耳贴于螺栓头部六面松动的半面上， 止耳都不会起到防松作用。

防松片整体刚度欠缺也会影响防松片的防松效果， 尤其是当刚度不足时边框很容易发生变形。 目前轴端防松装置上采用的防松片是用在滚动轴承轮对上（无轴箱圆锥形滚动轴承）， 极大地限制了结构空间。 因为当其用于滚动轴承轮对上时， 为了获取防松片j 角部松动的参数， 需要读取防松片标志板的内容， 但这样也会造成防松片j 角部之间边框变形打卷。 造成这种现象的主要原因是： 轴端压盖防松片与螺栓的六个角没有形成彻底的密贴， 在车辆行驶的过程中， 一条螺栓松动而窜出， 轴承的承向窜动量快速增大， 迫使其他两条螺栓随之松动， 从而使轴箱的前盖与轴承的压盖之间直接接触。 轴承承向窜动量增大造成其产生摩擦， 进而使轴温升高。 若防松片整体强度达不到设计标准要求， 当紧固轴端螺栓的时候就会出现上面所述的问题， 但有时候止耳角部也会在两个边框处出现打卷现象， 造成止耳的位置向角部转动， 导致止耳难以翘起， 这个问题在日常作业的过程中常可以看到。

防松片的刚度对防松效果的发挥起着至关重要的作用， 防松片整体刚度欠缺， 严重的状况下会造成轴端防松片失效。 由于防松片止耳结构的制约， 双止耳位置对螺栓紧固位置也会产生限制， 这个时候在现场操作的过程中会出现两种状况， 一种是轴端防松片的螺栓拧紧力矩满足螺栓紧牢的设计要求时， 若恰在此时轴端螺栓头部六方面处于止耳翘起不方便的位置， 要想达到方便止耳顺利翘起的目地， 则会反复对轴端螺栓实施紧固， 无论紧固力过大还是过小， 对防松片的防松效果都将产生不利的影响； 再就是当轴端螺栓拧紧力矩还没有达到紧固的设计标准， 但是已经接近紧固的要求时， 若轴端螺栓头部六方面恰好处于方便止耳翘起的位置， 此时再给螺栓施以紧固力， 错过一点方便翘起的位置， 将会阻碍止耳的翘起。 因此， 为了止耳翘起便利， 不会再紧固轴端螺栓。

2 防松片改进措施

防松片的结构不合理， 达不到预期的防松效果， 保证不了轴端滚动轴承的定位， 防松能力欠缺， 会对铁路客车安全运行造成严重威肋。 因此， 要对轴端防松片进行改进。 对防松片的改造工作必须在保证基本尺寸不变的状况下实施， 可以采用双重防松的方式， 使轴端防松片起到防松的作用。 采用在防松片上增加弹簧的方式也能够有效达到防松作用， 这种方式实际上是对轴端螺栓采取的双重防松， 它是采用弹簧垫圈与防松片同步实施防松以达到防松的目地。 另外， 可以采用调整防松片的材料以达到防松作用， 通过增加防松片的强度， 增加所有止耳的翘起高度、 边框宽度， 都能解决轴端滚动轴承防松片的松动问题。 具体技术方法是三个角部内侧设置宽度为30mm 的单片止耳， 将止耳的翘起高度在原有高度的基础上增加至20mm 左右， 防松片边框宽度在原有宽度的基础上增加至10mm 左右， 方便止耳更加有效地密切贴腹于轴端螺栓的头顶部， 确保防松片在运行过程中不会出现松动的现象。 还可以采用将整体防松片进行改型， 把整体更改为三个独立的防松片， 对止耳的结构和形状不断实施优化， 并对止耳翘起的位置进行优化，这样才能保证螺栓头部的六角面和全部的止耳正位紧贴。 实际运用时， 如果出现不能够正位的情况， 则需要沿螺栓头六方面根部翘起止耳， 需要注意的是斜向翘起止耳， 这样无论螺栓头部六方面所处的位置在哪一个面上都能够得到与止耳紧贴的保障， 真正起到防松的作用。 现场作业时，采用单止耳在角部内侧翘起更有利于作业。

3 转向架螺栓防松技术应用

对螺栓采取有效的防松措施， 也能够增强防松片的防松效果， 当螺栓头部的接触压强达到一定时， 被连接件表面在螺栓头部压紧作用下出现变形， 这个时候仍然使用， 紧固长度内螺栓的拉伸力逐渐变弱， 造成联接的预紧力降低。 转向架作为客车至关重要的组成部件， 客车转向架在高速持续行驶时， 受环境温度的变化影响， 螺纹副无法满足自锁条件反复多次后产生松动， 而对于螺母摩擦系数发生变化后甚至会瞬间消失， 螺纹副的滑动造成螺母回转继续使用将出现松动。 采取控制预紧力的方法提高螺栓的疲劳强度。 在转向架部件组成时， 为了更好的避免螺纹紧固件松动采用控制安装预紧力， 这是最为行之有效的途径， 通过确保合适的预紧力， 即可实现防止螺栓联接松动的目标。 转向架的组装作业中， 采用控制预紧力的办法， 注意的是管卡座组装作业不适合这种办法。 在确定了相应的扭矩值后， 然后具体对扭矩实施确认以此控制预紧力。 为了达到控制预紧力通常采用定期计量的方法， 所应用的计量器具属于精密仪器， 数显式扭力扳手内部结构比较复杂， 这种具高精度、 高质量为一体的计量器具， 它的内部结构在长时间不使用的状况下， 也会出现卡滞、 老化、 锈蚀质量上的问题， 长期放置会使扭矩显示产生偏差。 通常以半年时间为基准， 按期对扭力扳手实施计量检定， 防止力矩产生误差。

螺栓拧紧的过程中， 必须在规定的位置做好紧固防松标记， 进行最终的力矩紧固后， 还需要涂打防松记号， 在开始与最终紧固的中间环节必须做防松标记， 其目地是为了保证不出现随意变动现象， 这也是检查螺栓联接松动与否的关键方法。 为了改善螺栓承载状态， 需要对螺栓螺纹部位涂抹润滑油脂。

在螺栓防松方面可以采用摩擦防松法、 机械防松法、 不可拆卸防松方法等方式进行。 对于双螺母防松， 由于双螺母的安装、 拆卸要复杂一些， 在客车转向架上应用较少。 对于自锁螺母施加扭力紧固螺母， 当紧固后对螺母施以反向力矩， 利用斜形金属的轴向反作用力， 实现对轴端螺栓的防松。 对于机械防松， 转向架上主要应用止转垫片， 具有良好的防松效果。 采用串联钢丝与弹簧垫圈联手的形式对转向架螺栓实施防松，能有效保证螺栓安装后延长使用周期， 在长期运行中的稳定性和可靠性也都能得到保障， 它是将各螺栓串联， 通过各螺栓之间的互相制动实现防松作用， 这种方法防松结构简单， 是现阶段客车转向架螺栓防松主要采用的一种方式。 对于不可拆卸防松方法， 运用这种方法的转向架螺栓， 虽然防松性能好， 却受人为因素的影响很大， 操作繁琐， 在有些客车转向架上也得到应用。

4 结语

随着客车的提速， 将客车运行中可能出现的不安全隐患提前设想， 针对可能出现的各种隐患提出防范解决的策略， 以精益求精的工作态度，不断完善现场工艺的更新、 改进， 通过确保行车安全来保护人们的财产和人身安全， 将可能出现的威胁消除在摇篮里。

中华人民共和国工业和信息化部公告2019 年第48 号 （节选机械行业计量技术规范部分）