螺栓扭力与连接的特殊过程分析

螺栓扭力与连接的特殊过程分析

王宇鑫

长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司

引言：

指导文件的目的是根据定义设计的原则，对于车辆的生产、装配及运营现场的所有螺栓的连接给出安装指导和验证程序。不论在什么地方，这些原则都将适应外部供应商的说明。这份文件的目的是确保高水平的可行性及螺栓连接在装配过程当中得到充分的质量保证和得到很好的应用与实践。

1总体概述

在轨道车辆结构里，机械和电子应用中的螺纹元件必须使用DINISO261中规定的普通米制螺纹。只有客户同意的情况下，在从使用英制系统的国家进口设备或者是在需要出口到采用英制体系国家的车辆上使用英制螺纹。根据VDI2862的类推,应用于轨道车辆的螺纹连接被分成3个风险等级。

1.1H风险等级

1.2若螺纹连接失效，生命和身体将会受到直接的或间接的伤害，和/或轨道车辆的操作存在风险。H风险等级包括：

1）一般的重载螺纹连接,

2）设计风险是低应力螺纹连接,

3）安装在永久带电、无保险装置的电线及电缆上的所有的螺纹连接，以及保护性接地系统上的所有的螺纹连接。

对于机械应用中的所有H风险等级的螺纹连接来说，螺纹连接公称螺纹直径的最小值以及获得初始预紧力所必需的拧紧力矩必须计算确定，相关的降级拧紧力矩可根据附件4.1中的表格确定。

作为惯例，需减小的扭紧力矩或根据制造厂商的规定及要求减少的扭紧力矩必须在生产文件中表明，而且在安装过程中也必须被遵守并且得到保证。H风险级的螺纹连接应只根据力矩控制工序进行操作。这些措施包括定期检测的力矩扳手，电子扳手和属于B级装置的带动态转矩测量功能的高精度螺纹改锥。不得使用普通型丝刀或撞击式螺丝刀。安装完毕后，所有H风险等级的螺纹连接必须使用统一颜色的油性信号笔进行标记：一笔划过螺栓头和螺母，如果需要，垫片和螺纹部分也要划到。

1.3M风险等级

螺纹连接的失效或断裂直接或间接地引起轨道车辆的故障，在严重的情况下，会扰乱车辆的正常运营。

M风险等级包括：

1）特殊情况下的高应力螺纹连接

2）一般的低应力螺纹连接和安装在永久带电，装有保险装置的电气线路上的螺纹连接。

当机械应用中的高应力螺纹连接被认定为M风险等级，相关的降级拧紧力矩可根据附件4.1中的表格确定。

作为惯例，需减小的扭紧力矩或根据制造厂商的规定及要求减少的扭紧力矩必须在生产文件中表明，而且在安装过程中也必须被遵守并且得到保证。H风险级的螺纹连接应只根据力矩控制工序进行操作。这些措施包括定期检测的力矩扳手，电子扳手和属于B级装置的带动态转矩测量功能的高精度螺纹改锥。不得使用普通型丝刀或撞击式螺丝刀。

1.4G风险等级

由于螺纹连接失效或断裂导致的故障可在车辆下一次进入车间时进行维修，G风险等级包括：

1)特殊情况下的低应力螺纹连接

2)总的来说，用于特殊的螺纹接头

对于低风险螺纹连接精确计算以及所需拧紧力矩的测定可省去，同样，也不需在工艺文件中说明。因此，螺纹连接可以在没有力矩定义和任何文件的情况下，使用常用的开口爪扳手，梅花双头扳手，套筒扳手进行安装。G风险等级螺纹连接的实例：

1)转向架上管道系统的安装

2)车体上：管路和电缆槽的紧固，客室，司机室和厕所内的内装板，以及内部配套部件的紧固。

二、附件

2.1机械应用中的M和G风险等级螺纹连接的拧紧力矩

2.1.1米制标准螺柱和螺栓，润滑

2.1.2采用达克罗涂层的米制标准螺柱，无润滑

2.1.3.螺栓连接计算，力和变形分析

2.2螺母

2.2.1.螺母的等级必须与所选的紧固等级相匹配

2.2.2焊接螺栓的标准与等级

焊接螺栓依据DINENISO21670标准

2.3垫片

对于需紧固结构的垫片材质强度需根据以下的螺栓等级

GradeA4-80≥160HVGrade8.8≥200HVGrade10.9≥300HVGrade12.9≥360HV

2.5定位销装置

定位销即是防松装置，比如定位的金属板或者支架，可能应用到安全等级和项目需求，它们应用到大型装配结构的组成，用于很高的安全需求。（电机，枕梁等）

2.6推杆，蝶形螺母

2.6.1推杆支架的倾角≥30度或者遵照图纸的规格，对裂痕进行挠度检查或在挠度处剪断，如有损坏，替换掉它。

2.6.2把多余的推杆长度弄平整以防止有尖利的地方产生危险。（断齿筛布等）截断面的处理以防止松掉的风险。

2.6.3推杆的改进和根据合适的要求，禁止将丝孔扩大。

2.6.4蝶形螺母一定要根据规定的力矩来紧固，然后进一步紧固下一个最高的开槽以允许推杆旋入进去。对于整排的槽沟深度来说，蝶形螺母的插槽不可以松弛。根据过力矩的需要，可通过装配计算来检测连接点的规格。

2.7力矩紧固

2.7.1所有力矩紧固的要求都要根据图纸，如果无法给出力矩，查找相关的技术规格书，对于特殊型号的螺栓，由于受到一些条件因素的影响，没有单一确切的力矩值。

2.7.2对于螺栓紧固的力矩要求，使用近期ISO6789.标准的经过校准的力矩扳手来紧固螺栓。

2.7.3建议紧固的转速大约为每秒30次，相当于一个稳定的拉力。

2.7.4在向内紧固螺纹逐渐旋进螺纹孔时，冲击力不允许过大，因为这有可能损坏螺纹。对于冲击力较高并且是中等危险等级的螺栓进行连接，预紧力要达到最终装配扭矩的60％。

2.7.5如果在达到所需的完成力矩值之前，螺栓开始变形：停止紧固，重新移动螺栓，丢弃或者代替。在紧固螺栓的过程当中，重复紧固几次失败，请进行如下操作：

o检查螺栓紧固等级，确保紧固等级正确。

o检查危险成分和紧固的阻塞部分

o形成技术分析和反馈失败的原因

2.8紧固顺序

2.8.1在以预载荷为结果的当中，螺栓的紧固顺序有一个重要的影响，多数个连接点组成的多于一个螺栓并且组合一起形成一个不完整的表面。

2.8.2力矩的紧固顺序依据图纸或者指导文件，如果没有明确的指导文件，将提供总体概述规程。

2.8.3线性螺栓的紧固顺序参照如下标准执行：

o步骤1：紧固螺栓最大限度的接近于中心到规定扭矩值的25％。

o步骤2：紧固每一个螺栓左侧向外和右侧间歇性旋转，达到25％扭力。

o步骤3：重复步骤2，用于60％并且最终达到规定扭矩值的100％。

2.8.4圆环式螺栓紧固顺序遵照以下方式执行：

步骤1：任何螺栓都要紧固到规定扭矩的25％，同样的方法直接紧固对面的螺栓

o步骤2：反向紧固下一对螺栓，形成一个十字图案，达到规定扭矩的25％。

o步骤3:对于所有反方向的一对螺栓，要重复步骤2，直到所有的紧固螺栓都达到紧固力矩的25％。

o步骤4：重复步骤2与步骤3，第一次要达到规定力矩的60%,最终达到规定力矩的100％。

结束语

通过以上对螺栓垫片的设计理念，螺栓垫片的强度等级，形变计算，力矩紧固方法等的分析，体现了螺栓连接特殊过程的重要性，从工艺要求和车辆装配的实际出发，对于规避车辆装配风险，提高生产效率，按章作业，适应车辆的装配制造水平，满足车辆的装配要求具有十分重要的意义。

参考文献:

[1]DIN05201-2铁路车辆及其组件的设计准则2006年4月

[2]特殊过程2005年4月

[3]ERRIS1071/RP1螺栓连接，概述和关于可靠性的建议

[4]VDA235-101具有螺纹的机械连接件的润滑