簡介張同玲 Author：Zhang Tong-ling
作者單位：中國中車大同電力機車有限公司技術(shù)中心,山西大同,
進入新世紀以來，我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長對交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展提出了很高的要求。縱觀世界各國的發(fā)展歷程，重載鐵路有著非常高的效率和效益。在這種形勢要求下，為快速提升我國機車車輛裝備技術(shù)水平，中國中車大同電力機車有限公司專門針對重載運輸需要，研制生產(chǎn)了最高試驗速度132km/h、最高運行速度120km/h、總功率為10MW的HXD2型大功率交流傳動貨運電力機車。隨著HXD2 型電力機車的技術(shù)引進，消化吸收再創(chuàng)新工作的深入開展，零部件的研制工作也越來越重要。防松螺母結(jié)構(gòu)作為機械連接和電氣連接中的常用連接形式，在機車運行過程中承受著復雜的動態(tài)載荷，因此必須有足夠的強度和剛度，才能保證機車運行的安全性、平穩(wěn)性、使用壽命；另外也需要有效地改善導電性，避免緊固力矩過大。
1 機車車輛用防松螺母研制過程
1.1 防松螺母的試制試裝
第一階段，分析NF E25 411帶槽全金屬六角自鎖螺母、E-1-4六角自鎖螺母（鋼）、E-1-5六角自鎖螺母（不銹鋼）及ISO 2320有效力矩型鋼制六角螺母-機械和力學性能標準和Q/CR 343.1—2014機車車輛用防松螺母及墊圈第1部分：直槽防松螺母，初步試制、試裝。防松螺母結(jié)構(gòu)型式[1]見圖1、圖2。 
分別在公司生產(chǎn)的90號、116～124號機車轉(zhuǎn)向架上進行防松螺母的試裝工作。在90號、116號、117號、118號、119號、120號、121號、122號、123號共9臺機車的轉(zhuǎn)向架上組裝第一批次的防松螺母，在組裝過程中發(fā)現(xiàn)總計有165個軸箱拉桿上安裝的M20螺母發(fā)生了擼扣現(xiàn)象，不合格率達到14.3%。在124號機車的493號、494號、495號轉(zhuǎn)向架上組裝第二批次的防松螺母，在組裝過程中發(fā)現(xiàn)總計有43個軸箱拉桿上安裝的M20螺母發(fā)生了擼扣現(xiàn)象，不合格率達到了44.8%。496號轉(zhuǎn)向架組裝上拉桿上安裝的8個螺母是第二批次的防松螺母，其中5個防松螺母發(fā)生了失效現(xiàn)象。由于第二批次的防松螺母組裝問題較多，因此496號轉(zhuǎn)向架的另外24條M20螺母又組裝了第一批次的防松螺母，其中有2個螺母發(fā)生了擼扣現(xiàn)象。
1.2 整改及試驗
1.2.1 制定整改措施
1）第一批次的螺母硬度值偏低，組裝過程中發(fā)現(xiàn)有螺母擼扣、變形現(xiàn)象，需要在制作后期改進螺母的熱處理工藝，加大抽檢頻率。第二批次的螺母硬度值偏高（盡管符合相關(guān)標準），致使螺栓出現(xiàn)了擼扣現(xiàn)象。鑒于相關(guān)標準給定的螺栓及螺母的硬度范圍較寬，切槽螺母在國內(nèi)沒有使用經(jīng)驗，螺栓、螺母的硬度匹配還在摸索中，因此應在試制、組裝過程中總結(jié)、改進，給出螺栓、防松螺母匹配的硬度范圍。
2）安裝螺母時不能使用潤滑油或潤滑脂。使用扭力扳手時不得超過30r/min，避免扣死。擰緊時，應保證最小擰入到螺母頭端3個扣，最大擰入到螺母頭端6個扣。
3）為解決螺紋熱處理過程中的脫碳問題，采取先熱處理再加工螺紋的方法。
1.2.2 整改后樣件試驗
1）按照要求，一個月內(nèi)將整改后的樣件送機械工業(yè)通用零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，按照標準要求依次做擰入擰出試驗、保證載荷試驗、夾緊力試驗、鹽霧試驗、金相組織分析試驗、硬度試驗、螺紋脫碳試驗，其中后3項試驗由筆者所在公司試驗室按照GB/T 3098.9緊固件機械性能有效力矩型鋼鎖緊螺母的要求來做[2]。
2）樣件試驗未發(fā)現(xiàn)螺紋脫碳；產(chǎn)品探傷合格。
3）所有防松螺母的第一次擰入力矩都遠低于標準規(guī)定值，筆者認為其原因是制作樣件時為了方便安裝、盡可能減小工作量，夾緊扭矩取的是標準給定范圍的中間值而不是最大值。第一次擰入力矩和夾緊力達到標準規(guī)定值時的扭矩完全符合標準要求。第一次擰出力矩從檢測數(shù)據(jù)來看，每種規(guī)格（2個樣件）中都有1個樣件不符合標準規(guī)定。考慮到測試儀器的精度，儀器表盤顯示數(shù)據(jù)沒有小數(shù)位，只有M20（8級） 的其中一個樣件不符合標準。重新制作樣件，再次試驗，試驗結(jié)果合格，符合標準要求。
4）保證載荷試驗，施加標準規(guī)定的載荷15s，被試樣件均未出現(xiàn)螺紋脫扣現(xiàn)象。
5）增加橫向振動試驗項目，試驗按照TB/T3019—2001變牙型防松螺母中5.1技術(shù)要求規(guī)定“振動1000次，不加彈簧墊圈，緊固扭矩值按附錄B，首次測試殘余軸力不得小于50%；連續(xù)10次松緊后，測試殘余軸力不得小于45%”的要求，做橫向振動試驗，3個樣件殘余軸力與初始軸力的比值都大于86%，完全符合標準規(guī)定，可以滿足使用要求[3]。
6）金相組織分析與硬度試驗，在試驗室按照標準要求對樣件進行分析，試驗結(jié)果如下：金相組織為回火索氏體，硬度在280 HV左右，符合標準規(guī)定的硬度范圍250～353 HV，可以滿足使用要求。
1.3 針對試驗問題再整改并裝車驗證
1）螺母的公差等級按照標準NF E25 411帶槽全金屬六角自鎖螺母中的規(guī)定6H級。
2）繼續(xù)改進防松螺母，尤其是M20規(guī)格的性能，使其擰出試驗符合標準要求。
3）單直槽防松螺母切槽應從螺母六方面開始切，切槽后剩余兩部分厚度尺寸基本一致。雙直槽防松螺母仍按原規(guī)定制作。
4）協(xié)議正式生效后，在供貨前三年內(nèi)每年提供一份合格的試驗報告，以后可視情況逐步減少抽檢批次，交付的每批產(chǎn)品都應附上產(chǎn)品的探傷記錄或探傷報告。
5）建議入廠檢驗應按熱處理批次進行，每規(guī)格抽檢一個，分別試驗其維氏硬度、金相組織及螺紋是否脫碳。
6）由公司供方質(zhì)量管理部門對其熱處理及涂鍍的外包商的相關(guān)資質(zhì)進行審核，防松螺母的鍍層厚度按照8μm制作。
7）為確保防松螺母在裝車運行過程中的安全可靠，在批量采購前須驗證防松螺母的性能質(zhì)量。裝車驗證的要求、參數(shù)、內(nèi)容及執(zhí)行標準如下：一是僅在公司內(nèi)驗證；二是裝車數(shù)量為每臺車60個M16，16個M20，4個M24；三是按照Q/DJ.J.51.002—2000抽樣檢驗實施方案進行抽樣檢查；四是擰緊力矩按照Q/DJ.J.13.539—2009緊固件連接用擰緊力矩擰緊螺母；五是裝車驗證內(nèi)容為：按照第四步中規(guī)定的扭矩擰緊，觀察螺栓、螺母的螺紋是否破壞（致使螺母無法正常擰緊）；六是驗證標準為Q/DJ.J.51.002—2000抽樣檢驗實施方案；七是裝車驗證的組織與確認形式執(zhí)行Q/DJ.G05.2813—2009首件檢驗管理程序。
2 機車車輛用防松螺母研制的結(jié)論
一是防松螺母樣件滿足GB/T 3098.9緊固件機械性能有效力矩型鋼鎖緊螺母的各項性能試驗；二是保證載荷試驗完全符合標準要求；三是扭矩-夾緊力試驗完全符合標準要求；四是橫向振動試驗完全符合標準要求；五是硬度試驗完全符合標準要求；六是螺紋脫碳檢驗完全符合標準要求（無脫碳）；七是金相組織檢驗結(jié)果與進口防松螺母基本一致；八是化學成分分析結(jié)果與進口防松螺母基本一致；九是擰入擰出試驗基本符合標準要求。綜上所述，根據(jù)以上試驗結(jié)果，國產(chǎn)防松螺母性能基本可以達到防松螺母性能標準要求，可以批量裝車。
3 防松性能及依據(jù)
3.1 防松性能理論分析
與普通防松螺母相比，適用溫度范圍為-50～+300 ℃，防松效果好，且可重復使用。依據(jù)防松螺母技術(shù)規(guī)范E-1-4六角自鎖螺母（鋼）、E-1-5六角自鎖螺母（不銹鋼）、TGLS409869000部件技術(shù)規(guī)范及標準NF E25 411帶槽全金屬自鎖六角螺母、GB/T 3098.9（idt ISO 2320）緊固件機械性能有效力矩型鋼鎖緊螺母的規(guī)定，筆者任取2 種常用規(guī)格的防松螺母做分析，分析所用數(shù)據(jù)均采用原標準中的數(shù)據(jù)。由于以上2種規(guī)格防松螺母具有普遍性，分析結(jié)果可推及此類防松螺母，見表1。
根據(jù)以上計算結(jié)果可得出如下結(jié)論：防松螺母的防松性能隨著重復使用次數(shù)的增加雖有所降低，但降低值很小。以M20（8級）螺母為例，每次重復使用所降低的百分數(shù)只有0.4%。同時，防松螺母的防松性能的降低并不代表螺母承載性能會降低，即螺母并不會松。因此從理論上說，防松螺母重復使用不存在安全隱患。
3.2 新舊防松螺母防松性能對比
使用未使用過的與HXD2兩年檢拆下的M20（10級）防松螺母、M20×120（10.9級）螺栓組合，進行擰入扭矩值與擰出扭矩值對比試驗，試驗結(jié)果見表2。 
3.3 試驗結(jié)論
1）由于沒有考慮夾緊力，扭力扳手是可調(diào)節(jié)的，不是帶示值的，沒有專門的試驗裝置在工件上操作，因此測試出的數(shù)值只能用于對比，不能作為標準數(shù)值。
2）使用過的螺栓與防松螺母組合由于長時間承載，螺母的擰入扭矩減小。
3）HXD2兩年檢拆的防松螺母擰出扭矩值與新防松螺母組合擰出扭矩值的比值如下：最小310/410 =75.6%，平均345/382 =90.3%，最360/330=109.1%。
4）使用拆下的螺栓與防松螺母組合，除螺紋損傷嚴重的螺紋之外，可以重復使用。
4 研制成果
1）解決了防松螺母試制、試驗、裝車驗證過程中出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)了防松螺母在機車轉(zhuǎn)向架和電氣上的成功應用。
2）編制了中國鐵路總公司企業(yè)標準Q/CR343.1—2014機車車輛用防松螺母及墊圈第1部分：直槽防松螺母。
參考文獻：
[1] 中國鐵路總公司鐵路建設(shè)項目工程試驗室Q/CR 343.1—2014機車車輛用防松螺母及墊圈第1部分：直槽防松螺母[S].北京:中國鐵道出版社,2014.
[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,國家標準化管理委員會GB/T 3098.9—2010緊固件機械性能有效力矩型鋼鎖緊螺母[S].北京:中國標準出版社,2011.
[3] 國家鐵道部.TB/T 3019—2001變牙型防松螺母[S].北京:中國鐵道出版社,2001.（來源自：科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力）
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