电气化铁路接触网紧固件防松措施及其检测技术分析

殷俊

摘  要：现阶段螺纹连接是电气化铁路接触紧固件的主要形式，依据放松原理，其可细分为摩擦防松、机械放松、破坏螺纹副关系防松三种形式。本文研究将以摩擦防松为例进行具体说明，并对检测技术进行分析。

关键词：电气化铁路;接触网紧固件;放松措施

引言

螺纹连接紧固件在其预紧、连接、紧固等功能引领下，得到各领域的广泛认可与应用，其最为显著的优势在于可以实现标准化的批量生产，相较于其他紧固件，螺纹连接紧固件的生产成本较低，其具备互换特性，由此其在各行业中的地位也不断提升。当前列车行驶速度随着高速铁路发展速度提升而提升，这就使得其对接触网紧固件的性能要求不断提升，具备更强的防松性能的螺纹连接紧固件不断涌现并得到广泛应用，且行业内技术人员还针对其实际应用工况对性能检测措施进行革新。由此，对紧固件防松措施以及检测技术进行研究成为当前行业内的重要研究内容。

1摩擦防松紧固件原理以及措施

从实际应用角度分析，摩擦防松是当前电气化铁路接触网中应用最为广泛的放松措施，其主要应用原理为依托于螺纹副之间正压力不随外界条件变化而变化的特征，产生可以阻止螺紋副相对转动的摩擦力，最终达成防松目的。实际应用过程中，通过轴向或两向压紧螺纹副均可达成获取正压力的目的。依据摩擦防松措施进行划分，可将摩擦防松紧固件结构细分为弹簧垫圈、双螺母、尼龙嵌件锁紧螺母、锥压抱紧式自松防松螺母等几种。

1.1弹簧垫圈

该结构在实际应用过程中需要在螺栓以及螺母之间加设弹簧垫圈，并在螺母之上施压预紧力，利用垫圈被压平后产生的弹性反力提升旋合螺纹紧密性，通过提升二者之间的摩擦力实现放松目标，除此以外，垫圈斜口尖端部分在实际应用过程中需要抵紧螺母以及线夹，其也具备一定防松功能。该结构其主要优势在于结构间接，应用便捷性较强。

现阶段，电气化铁路接触网零部件中，弹簧垫圈的应用较为广泛，如锚支定位卡子、横承力索线夹等。

1.2双螺母

该结构的应用原理为，通过拧紧顶螺母使后螺母受压，进而使得螺纹副纵向压紧并提升摩擦力，最终实现避免螺纹副产生相对转动的情况。该结构其优势在于结构简洁、实际施工以及后续运维工作简便。

该结构适用于低速重载或载荷平稳情况下，主要安装于定位环支座、锚固U螺栓等承受静荷载的零部件之上。

1.3尼龙嵌件紧锁螺母

尼龙嵌件锁定螺帽防松动是将一条具有良好弹力的尼龙橡胶环与螺帽在一起产生稳固的摩擦力，从而实现安全锁定和重复使用。尼龙嵌件式锁定螺丝帽在接触网片零件中的应用比较少，此防松动结构的零件有：套筒、固定支架、定位夹具，定位环等。

1.4锥压抱紧式自紧防松螺母

该结构主要有主螺母以及锁紧螺母两部分共同组成，实际工作过程中，二者共同装配于螺栓之上。

在将主螺帽紧固至预定紧固力矩，螺栓正常工作之后，将锁定螺帽的尾端往前穿紧固螺帽，当紧固螺帽的前部在紧固螺帽的中部外直径细齿螺钉上旋紧时，所形成的牵张力会导致锁定螺帽的后端内部的内锥表面挤压主螺帽的外侧锥表面，给螺栓施加径向的压力，使得主螺帽和螺栓互相紧固，以实现防撞。

在接触网零件中，锥形夹紧自锁止松紧螺丝已逐步被广泛采用，例如用于防风拉丝的定位圈;锚结线夹，电连接线夹，套管双耳等。

2接触网紧固件防松性能检测

依据相关研究材料可知，紧固件的预紧力或轴向力、扭矩、摩擦系数等参数直接对螺栓紧固件使用性能造成影响。

依据我国现行的《ISQ 16047》中的定义，螺栓紧固件预应力即为禁锢过程中，作用于螺栓杆部的轴向拉力或连接零件之间的的压力，被称之为轴向力F或轴向预紧力，检测过程中可通过力传感器对其进行检测;螺栓扭矩T即为作用于螺母或螺栓头部分的扭矩，主要包含螺纹扭矩Tth以及支承面摩擦扭矩Tb两种，可通过扭矩传感器进行检测。

螺钉的转动阻力是由螺钉的摩擦力和螺钉的正向压比决定的。在进行预压时，将转矩转化为两个部分：轴向预紧力和摩擦力，其中，摩擦力是最重要的特征。通过对试验结果的分析，发现螺钉的摩擦因数μ_tot和螺帽、螺杆的支承表面的摩阻因子μth、μb是影响其性能的重要因素。

摩擦因数属于无量纲数据，在测量时要根据其物性进行计算，其值主要取决于接头的形式和几何尺寸。在进行实际的摩擦因数测定时，要求使用1台传感器和2台具有各种转矩的传感器，并要求获得相关管道连接的螺纹中径、螺距等精确的资料。然后，在保证了摩擦状态相同的前提下，通过扭转矩-预紧力来确定该螺钉的摩擦因数。依据克莱曼以及克林的紧固扭矩T计算式：

其中，d2、P、Do、dV分别表示螺纹中径、螺距、支承面外径以及螺栓通过垫圈或支承零件的孔径。

通过紧固扭矩以及预紧力比值可实现计算总摩擦系数的目标，其简化后的公式为：

其中，Db表示支承面摩擦的有效直径，其计算式4持续增长 为。

总摩擦系数仅用于不同摩擦条件下螺栓连接副性能的对比，螺纹以及支承面摩擦系数一致这一假定是简化公式计算的重要前提。

螺纹间摩擦系数μth可通过螺纹扭矩以及预紧力比值进行计算，其公式如下：

在无特殊规定的情况下，预紧力应控制在试验零件或被试验零件保证荷载的75%左右，并选取二者中数值较低的一项。

针对支承面摩擦系数μb的计算可通过支承面摩擦扭矩以及预紧力比值进行计算，其公式为：

在螺栓等紧固件拧紧过程中，首先通过力传感器、扭矩传感器等测试螺栓的轴向力以及不同部位的扭矩，然后根据相应的计算式计算出螺栓不同位置的摩擦系数。

3总结

综上所述，摩擦防松是当前电器铁路接触网应用较为广泛的措施，其在实际发展过程中产生多种结构形式，并具备独特地优势，可以满足不同条件下的防松要求。行业技术人员在后续工作过程中应注意继续加强对相关问题的研究力度，切实保障电气化铁路运行安全性。

参考文献：

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[2]白宇君，唐小军，回天力，等.紧固件防松性能检测方法及标准研究[J].中国设备工程，2021（21）：4.FEC39E38-F587-49F0-886D-9F66307BAD88