提升检修制动盘螺栓联接可靠性研究

提升检修制动盘螺栓联接可靠性研究

李传鑫 ,易培芳 ,熊文华

中车株洲电力机车有限公司  湖南株洲  412001

摘要：为保证螺栓联接的安全性和可靠性，解决检修制动盘螺栓在运行过程中断裂的难题，亟需制定更加可靠的制动盘螺栓装配工艺保证螺栓联接质量，这对于机车行车安全十分关键。

关键词：螺栓轴力；摩擦系数；螺栓联接质量；

0 引言

机车常采用轮盘制动方式，其是保证轨道车辆安全稳定运行的重要模块，一般由车轮和制动盘组成。轮盘联接螺栓工作状况十分复杂，需要承受自重、温度载荷以及高速旋转带来的动载冲击，一旦螺栓失效将会导致机车制动异常，影响机车运行安全。如图1所示为螺栓断口照片，断口的方向等显示出螺栓在运用工况中存在着复杂的载荷交变作用，其往往是呈现疲劳断裂现象。

图1 断裂螺栓形态

1 检修制动盘组装工艺

本文研究对象为检修制动盘其是采用18颗紧固件搭配安装在车轮辐板上，采用滑块定心进行定位。制动盘螺栓安装时以交叉拧紧方式，按规定力矩的一半紧固制动盘螺栓，然后再用规定力矩依次紧固螺栓。螺栓主要起到制动盘的联接紧固作用，将制动盘轴向固定，传递轴向力，但不会传递制动力。制动盘摩擦面的反面有键槽，定位销穿过轮幅板孔，二端插入键槽，将制动时的摩擦力矩传递到车轮，产生制动力矩。

检修制动盘组装工艺过程概括如下，其涉及清洁、探伤、测量盘体磨耗尺寸等关键工序，以保证制动盘在检修作业过程中是合格状态符合检修规定。

检修制动盘组装前检查步骤如下：

（1）机车制动盘拆解、清洗、除锈、探伤；（2）检查制动盘并测量外观缺陷及磨损情况，对制动盘安装面、车轮制动盘安装面进行清洁，安装孔内平面要求平整、见金属光泽。

2 影响螺栓紧固质量的因素研究

本文研究检修制动盘螺栓断裂基于以下几个可能性原因导致紧固件失效原因开展试验研究，①检修制动盘安装方式不合格；②检修制动盘表面状态（清洁程度及变形量）不合格；③紧固件摩擦系数不统一导致轴力失效，力求得到更加可靠的检修制动盘组装工艺。

3 制动盘螺栓轴力测试试验研究

针对制动盘安装螺栓发生断裂问题，使用如图2超声波螺栓轴力测试仪对不同情况下安装的制动盘螺栓进行安装轴力以及轴力衰减测试，分析不同组装方式更换螺栓轴力分布情况，以及新旧制动盘安装轴力差异。

图2 超声波螺栓轴力测试仪

（一）检修制动盘不退轮组装螺栓轴力测试试验

针对更换制动盘螺栓作业时，常采用不退轮进行制动盘安装的安装工艺进行研究。在每个螺栓安装完成后，分别测试其轴力大小，所有螺栓更换完后再测试一遍螺栓轴力。随后，在不同时间和状态下继续跟踪测试螺栓轴力变化情况。安装完成一段时间后，对部分螺栓按规定力矩复拧，重新测试轴力大小；然后，将部分螺栓拆卸后重装，以及更换新螺栓后重装，分别测试轴力大小。进行如下试验步骤：

（1）设置测试程序：设置参数（螺栓总长度）；（2）锁定螺栓初始波（未受力时）；（3）采用拆一换一的“先预紧再过扭”对称组装工艺进行螺栓安装；（4）针对不同时间对螺栓进行轴力测试记录数据，进行残余扭矩测试。

对本次试验进行整理数据得出表1，可分析得到以下结论：

（1）不同位置螺栓安装轴力存在一定差异，平均轴力为48.72KN，标准差为6.22KN，最大值57.00KN，最小值36.21KN，最大差值达20.79kN；

（2）安装一段时间后，螺栓轴力平均衰减4.80KN，最大衰减5.93KN，最小衰减3.48KN，平均衰减率9.84%，衰减比例相对一致；

（3）对部分轴力较小螺栓复拧后，螺栓轴力变化不大；拆卸后重新安装，轴力变化也不大，更换新螺栓安装后，轴力提升明显。推测螺栓轴力偏小可能是由于螺栓本身差异导致，即螺栓的摩擦系数对轴力的影响很大。

表1 检修制动盘不退轮组装试验

（二）检修制动盘-新轮正常组装作业螺栓轴力测试试验

按照正常的检修制动盘组装工艺，使用新轮旧制动盘进行安装，安装完成后在不同时间段对螺栓进行轴力跟踪测试，详细记录试验数分析得出以下试验结论：

（1）不同位置螺栓轴力差异较大，最大差值达19.17kN；

（2）贴片螺栓轴力测试平均轴力为44.01KN，标准差为5.20；

（3）旧制动盘横向对比试验，组装工艺不退轮组装制动盘与退轮组装轴力差异不大；

（三）新制动盘-新轮螺栓轴力测试试验

在组装工位进行正常的全新制动盘组装，安装正常组装工艺进行试验，安装完成后在不同时间段对螺栓进行轴力跟踪测试，详细记录试验数据整理后如表2所示，分析得出以下试验结论：

（1）不同位置螺栓轴力差异较大，最大差值达15.67kN；

（2）贴片螺栓轴力测试平均轴力为45.82KN，标准差为3.56；

（3）针对第2组和第3组实验的两种方式组装中，新轮新制动盘轴力一致性稍好于新轮旧制动盘安装，即说明检修制动盘安装面新旧程度对螺栓紧固质量影响大。

表2 新制动盘螺栓轴力测试试验

4 结语

经过以上试验分析得出以下结论：，结合现有检修制动盘的组装工艺进行改善，提升检修制动盘紧固件联接可靠性。

（1）需要注意对紧固件外观、材质、机械性能检查，避免螺栓材质不合格，在组装前对螺栓表面进行清洗，使用润滑剂将紧固件摩擦系数保持统一有助于保持整个盘体紧固件轴力一致性好。（2）检修制动盘应做好清洁工作，尤其是螺栓安装面，避免油渍、灰尘等影响接触面摩擦系数；制动盘安装面、安装孔内平面有杂物或不平整，则螺栓在安装时势必造成轴向预紧力与安装孔中心线偏离，造成预紧力不够。制动盘安装变形量对轴力也有一定影响，一般要求小于0.6。（3）检修制动盘螺栓安装后，应立即实行100%复扭工艺，有利于保证成组螺栓轴力统一，提升螺栓联接质量及避免漏拧事故。

4 参考文献

[1] 杨川,孟繁辉等.高速动车组制动盘螺栓断裂分析及优化方案[J],大连交通大学学报，2018,39(4),102-108.

[2] 赵晟杰,高铁轮盘螺栓连接预紧力及拧紧工艺研究[D],哈尔滨工业大学,2018.