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标准与技术

接触网螺纹紧固件连接的防松研究

发布时间:2018-08-02   来源:智能紧固件及紧固工具  

  1 引言

  近几年给机车运行提供动力的接触网系统在多条客运专线连续发生弓网事故,给铁路运营安全带来隐患,根据铁道部运输局供电部组织召开事故分析会一致认为:螺母松动系导致弓网事故的重要原因,因此接触网螺纹紧固件的防松研究对于铁路运营安全很有必要。

  2 螺纹紧固件产生松动原因分析

  螺纹紧固件在接触网零部件连接中被广泛运用,由于螺纹紧固件连接具有易装拆、可反复使用的特点,在工作状态下可能会产生松动,特别是在振动、冲击、变载荷以及温差过大的情况下,更易产生松动,甚至螺母脱落。

  经分析,在经受动载荷时,在振动和冲击的作用下,螺纹紧固件在螺纹和支承面上产生了微观的滑移,这种相对的微观运动使摩擦系数由相对高的静态值变为很低的动态值,螺纹连接在各个方向上处于自由摩擦状态。此时,作用在螺纹上的轴向力在圆周方向上形成一个导致螺母松转的内松出力矩,使螺母开始松转,这种松转称为螺纹连接的自松。千万次的振动循环耗尽了螺纹连接的防松摩擦阻力,使其从细微的松转直到完全的松脱。

  螺纹件在螺纹面和支承面上的微观滑移是怎样产生的呢?对于承受轴向动载荷的螺纹件,轴向外力使螺母在靠近支承面的部位产生径向弹性膨胀,引起螺纹面和支承面上的微观滑移;对于承受横向动载荷的螺纹件,横向外力使螺栓在螺母内摇摆而产生微观滑移,或者说螺母在螺栓上摇摆而产生微观滑移。试验证明,横向外力比轴向外力能引起更大的微观滑移。因此,横向外力是更危险的因素,而且垂直于螺纹轴线的纯横向外力比起与螺纹轴线成各种角度的横向外力,对螺纹连接的松动能产生最苛刻的条件。实际的使用经验也说明,横向冲击、振动更易引起螺纹连接的松动。

  3 接触网上不同部位振动概述

  (1)由于接触网设施与线路中心的距离一般都在5米范围之内,机车经过时产生的振动对接触网腕臂底座、支持装置、定位装置、下锚装置及终端锚固线夹、中心锚结、整体吊弦及吊弦线夹、软横跨、电连接线夹等的螺纹紧固件影响较大。

  (2)环境影响。接触网处于外部环境中,受各种气象条件的影响,其中风荷载引起的接触网零部件振动等。

  4 接触网螺纹紧固件防松情况分析

  一般螺纹紧固件连接的防松原理可分为如下三种类型:摩擦防松、机械防松、永久防松。

  4.1摩擦防松一般采用双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等;

  4.2机械防松主要采用止动垫圈、开槽螺母与开口销等;

  4.3永久防松则采用锚固胶等措施。

  上述十余种防松措施在铁路设备设施螺纹紧固件上也有运用。

  平垫圈、弹簧垫圈的使用

  已用于零件结构不适用止动垫圈的,如腕臂绝缘子与腕臂管连接处、防风拉线定位钩,拉线固定钩、套管单耳等。

  双螺母的使用

  已用于腕臂底座与支柱连接处、腕臂绝缘子与腕臂管连接处等。

  尼龙嵌件螺母的使用

  已用于定位支座、套管座、以及70型套管单耳等。

  近年来部分新型防松措施在地铁接触网检修维护上运用,据相关反馈意见知:相对传统的防松措施,新型防松措施防松效果明显。

  双叠锁紧防松垫片

  双叠锁紧防松垫片包括一对垫圈,垫圈的一面为凸缘表面,该凸缘表面的凸缘角“α”大于螺纹角“β”。此外,垫圈的另一面有径向锯齿,预先组合的垫圈都是凸缘表面对凸缘表面成对安装。其优点在于:(1)防止因振动或动态荷载造成的松动;(2)易于组装和拆卸;(3)锁紧功能不受润滑的影响; (4)可控制的预加压力;此种防松垫圈不得与其它未锁死的垫圈一同使用,被夹紧零件的硬度应低于垫圈的硬度。

  双叠锁紧防松垫片振动测试符合DIN65151标准,在振动测试中,螺栓被迫横向运动,夹紧力由负载传感器持续进行测量。测试结果如下:

  由测试结果知:普通紧固件进行振动测试过程中,其性能十分有限。而双叠锁紧防松垫片在测试中则显示处良好的效果。有德国TUV发布的第879-130-19号振动测试报告证实,经过两百万次的循环振动后,夹紧力仍然保持不变,实验表明双叠锁紧防松垫片可以安全使用。

  5 接触网紧固件防松建议

  接触网设备紧固件的松动原因比较的多,解决的方案也比较多样化。本文主要从振动的角度分析产生接触网紧固件松动原理及解决方案。针对既有接触网设施紧固件的检修和松动性预防,特提出以下建议。

  5.1重点检修接触网上振动幅度较大,振动频繁、载荷不均匀部位紧固件

  通过对接触网整体结构和受力情况分析知:定位器及限位定位支座、承力索底座、接触线、承力索中心锚结线夹、接触线、承力索吊弦线夹、锚支定位卡子、弹性吊索线夹等处螺纹紧固件松动可能性更大。针对此种情况,重点检修接触网上述部位紧固件。

  5.2双叠锁紧防松垫片的确是一种比较好的防松装置,进口价格相当昂贵,建议在定位支座、承力索底座、承力索中心锚结线夹等局部受力比较大、振动比较频繁处螺纹连接上使用。

  6 结论

  接触网紧固件防松对于电气化铁路安全运营至关重要。传统螺纹紧固件防松方式在接触网上被广泛应用,实际使用情况也证明很多传统防松方式简单适用且效果比较好,比如双螺母防松和尼龙嵌件螺母防松等;随着科技的发展,一些新的螺纹紧固件防松零部件被不断应用于机械行业各个角落,在铁路、地铁领域也有应用,比如双叠锁紧防松垫片等。防松方式在不断的更新,但防松原理几乎没有多大的变化,如何从根本上解决接触网紧固件的防松问题,或许还需要从接触网系统的结构创新上做出更深层次的探索和研究。

  参考文献

  [1]邱宣怀.机械设计[M].高等教育出版社出版,1996(4).

  [2]杨广雪.基于有限元的一种新型螺母的防松机理研究[M].北京交通大学轨道车辆结构可靠性与运用检测技术教育部工程研究中心.

  [3]范厚军.紧固件手册[M].中国机械工程学会.

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