地铁车辆装配带力矩螺栓紧固的工艺分析与研究

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　　摘  要：螺纹联接是地铁车辆常用的设计结构，带力矩的螺栓紧固过程是车辆装配的重要组成部分，对螺栓紧固的装配力矩进行有效实施与控制不仅可以满足车辆装配质量及安全性能的要求，同时对于车辆的运行及维修保养提供了有力保证。文章介绍了轨道车辆力矩紧固的分类和螺栓紧固方法，着重研究了装配生产中常采用的扭矩拧紧法，对操作过程中力矩施加的工具及其校准仪器的精度和使用方法进行了分析，并提出了切实有效的带力矩螺栓紧固的工艺过程控制方法。
　　关键词：螺纹联接;力矩紧固;工艺过程控制
　　中图分类号：TH131.3 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）16-0107-02
　　Abstract： Thread connection is a common design structure of subway vehicles， and the bolt fastening process with torque is an important part of vehicle assembly. The effective implementation and control of the assembly torque of bolt fastening can not only meet the requirements of vehicle assembly quality and safety performance， but also provide a strong guarantee for the operation and maintenance of the vehicle. This paper introduces the classification of torque fastening of rail vehicles and the method of bolt fastening， with emphasis on the torque tightening method which is often used in assembly production， and analyzes the accuracy and application method of torque applied tools and their calibration instruments in the process of operation. An effective process control method for fastening of bolt with torque is put forward.
　　Keywords： thread connection; torque fastening; process control
　　引言
　　目前，随着城市轨道交通的快速发展，不仅对地铁车辆的功能性和安全性提出更高要求，同时也使地铁车辆的装配技术日趋精密化和复杂化。地铁车辆中绝大多数零件间采用螺纹联接设计装配而成的，紧固、联接都是依靠螺纹副的拧紧来实现，生产中一般通过合适的工具施加相应的扭矩值来实现力矩紧固过程，进而保证其紧固质量。为此本文结合力矩紧固的分类和常用拧紧方法，对带力矩的螺栓紧固在轨道车辆的实际生产装配中的工艺过程控制进行了分析及研究。
　　1 力矩紧固分类
　　在轨道车辆装配工艺中，螺纹连接分成3个风险等级：高风险-H级、中等风险-M级和小风险-G级。
　　高风险-H级螺栓连接，指对生命和身体将会受到直接或间接的伤害，或对轨道车辆的操作存在的失效风险。拧紧力矩要求在图纸中标注。如车钩或空调等系统部件的安装螺栓、车下箱体或制动设备与车体的螺栓连接等。对于H级螺栓连接在工艺过程控制中不仅要求安装时将达到的检验值进行记录，同时尺寸大于M8的螺栓连接应使用一支记号笔以对比色在螺母和螺栓头上以及被紧固件上做防松标记。
　　中等风险-M级的螺纹连接，指对轨道车辆直接或间接地引起故障，在严重的情况下，会扰乱车辆正常运营的失效风险。拧紧力矩也要求在图纸中标注。如脚蹬、辅助风缸以及其他重量较轻、起辅助功能的附件的安装。M级的螺纹连接在生产过程中不强制要求记录并形成文件。
　　小风险-G级的螺纹连接，指故障可在车辆下一次进入车间时进行维修的螺纹连接失效或断裂风险。如电缆线槽的安装，客室及司机室的内装墙板和顶板，及其内部配套部件的紧固。G级的螺纹连接可使用常用的插口扳手或棘轮扳手进行安装，不限定拧紧力矩。
　　2 螺栓紧固方法
　　2.1 扭矩拧紧法
　　扭矩拧紧法利用扭矩大小和轴向预紧力之间存在一定关系，通过将拧紧工具设置到某个扭矩值来控制被联接件的预紧力。
　　扭矩拧紧法是较为简单的控制法。若工艺过程和零件质量等因素被稳定控制，采用此拧紧方式可通过使用简易的检测工具如力矩扳手来检查拧紧质量，操作简便、效果直觀。目前地铁车辆装配车间多采用此种方法。
　　2.2 转角拧紧法
　　转角拧紧法是基于螺栓拧紧时的旋转角度与轴向预紧力和伸长量存在的比例关系，通过控制按规定旋转角度来达到预定拧紧力的控制方法。先将螺栓拧紧至力矩值约25%作为起始扭矩，使螺栓产生一定的轴向伸长并且连接件被压缩，然后由转角产生后续所需求的轴向夹紧力。
　　转角控制法不仅拧紧精度高、性能稳定、受螺纹件的摩擦系数影响小，而且它可以通过充分发挥螺栓的承载能力来获得较大的轴向夹紧力。然而由于这种方法的拧紧结果需要通过测量预紧扭矩及转角两个参数来获得，所以需要较为复杂的控制系统，不利于装配过程中的检查和追溯。
　　2.3 屈服点拧紧法 　　屈服点拧紧法是将螺栓拧紧至螺纹材料屈服极限点的控制方法。此方法结合转角控制法，通过对扭矩-转角曲线斜率的连续计算并判断屈服点。先将螺栓拧紧到某一个规定的起始力矩，以此点为起始，设备监控拧紧曲线的斜率值的变化，如果斜率下降到超过设定值时，此时表明螺栓拉伸到至屈服点，工具可停止施力。
　　屈服点拧紧法克服了摩擦系数和转角起始点对拧紧质量的影响，充分发挥螺纹件咬合强度，从而使装配精度获得提高。但是这种方法不仅要求螺栓具有良好性能和装配结构优化设计，同时易受干扰因素影响，需要较为精密的控制设备，从而加大了控制难度。
　　3 力矩施加工具及校准仪器
　　基于扭矩拧紧法，地铁装配车间采用力矩扳手和扭矩螺丝刀来测定螺栓、螺母是否以正确扭矩加以紧固。使用前应正确设定规定扭矩数值，使套筒或扳手的宽度与螺栓、螺母以及软管、配管接头等的对边宽度相匹配。应在力矩扳手上给出的有效力矩线的位置处施加力矩，同时力要求垂直于力矩扳手。紧固时确认已听到“咔嗒”声后，应停止操作。
　　4 工艺过程控制
　　在地铁车辆装配工艺过程的开发中，基于对于带力矩的螺栓紧固的过程控得以充分重视，从操作人员、使用工具、检测仪器和防错追溯等方面对整个过程的控制进行设计和实施。
　　操作人员方面，在实施力矩过程前，对操作人员进行力矩知识、工具使用方法以及检验标准等相关培训及考核，并为培训合格员工予以授权、资质认证。对于已经获得特殊过程操作资格的操作人员，须要进行继续教育以获得相应的能力保障。
　　工具及设备方面，为力矩控制过程提供相应的工具和检测仪器，并保证满足力矩控制过程所需的相关环境要求。同时定期对力矩扳手校准仪器进行检查和维护，及时对设备和工具进行检修和调整，保证工具和仪器的测量精度。
　　防錯追溯方面，力矩控制过程实施前编制力矩操作过程作业指导书、力矩扳手校准记录表以及力矩过程控制卡等文件下发操作者。操作者认真阅读作业指导书，并严格按照指导书的各项要求进行操作;在力矩扳手的校准过程中，如实将扳手编号、校准结果、操作者及校准时间等信息记录于“力矩扳手校准记录表”中;在操作过程中，通过填写“力矩过程控制卡”将每道工序中的目标力矩值与使用的力矩扳手编号一一对应记录;当某力矩扳手在校准中在力矩过程实施后，操作者需做防松标记。这样，可以由防松标记偏移或断开判断螺栓连接失效，根据过程控制卡可查询完成此力矩值对应使用的力矩扳手编号，然后可根据编号查询校准记录表核查此力矩扳手的校准状态，从而形成一个完整的放错追溯控制闭环。
　　5 结束语
　　在轨道车辆装配工艺中，对螺纹连接的质量有着高标准和严要求，所以正确选择和使用力矩工具至关重要，同时对螺栓扭矩的有效控制直接关系到产品的安全性和稳定性。本文详细介绍了基于扭矩拧紧法的带力矩的螺栓紧固的校验工具和工艺过程控制方法，有效地满足了地铁车辆的装配要求。
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