简介张同玲 Author：Zhang Tong-ling
作者单位：中国中车大同电力机车有限公司技术中心,山西大同,
进入新世纪以来，我国国民经济持续快速增长对交通运输基础设施建设的发展提出了很高的要求。纵观世界各国的发展历程，重载铁路有着非常高的效率和效益。在这种形势要求下，为快速提升我国机车车辆装备技术水平，中国中车大同电力机车有限公司专门针对重载运输需要，研制生产了最高试验速度132km/h、最高运行速度120km/h、总功率为10MW的HXD2型大功率交流传动货运电力机车。随着HXD2 型电力机车的技术引进，消化吸收再创新工作的深入开展，零部件的研制工作也越来越重要。防松螺母结构作为机械连接和电气连接中的常用连接形式，在机车运行过程中承受着复杂的动态载荷，因此必须有足够的强度和刚度，才能保证机车运行的安全性、平稳性、使用寿命；另外也需要有效地改善导电性，避免紧固力矩过大。
1 机车车辆用防松螺母研制过程
1.1 防松螺母的试制试装
第一阶段，分析NF E25 411带槽全金属六角自锁螺母、E-1-4六角自锁螺母（钢）、E-1-5六角自锁螺母（不锈钢）及ISO 2320有效力矩型钢制六角螺母-机械和力学性能标准和Q/CR 343.1—2014机车车辆用防松螺母及垫圈第1部分：直槽防松螺母，初步试制、试装。防松螺母结构型式[1]见图1、图2。 
分别在公司生产的90号、116～124号机车转向架上进行防松螺母的试装工作。在90号、116号、117号、118号、119号、120号、121号、122号、123号共9台机车的转向架上组装第一批次的防松螺母，在组装过程中发现总计有165个轴箱拉杆上安装的M20螺母发生了撸扣现象，不合格率达到14.3%。在124号机车的493号、494号、495号转向架上组装第二批次的防松螺母，在组装过程中发现总计有43个轴箱拉杆上安装的M20螺母发生了撸扣现象，不合格率达到了44.8%。496号转向架组装上拉杆上安装的8个螺母是第二批次的防松螺母，其中5个防松螺母发生了失效现象。由于第二批次的防松螺母组装问题较多，因此496号转向架的另外24条M20螺母又组装了第一批次的防松螺母，其中有2个螺母发生了撸扣现象。
1.2 整改及试验
1.2.1 制定整改措施
1）第一批次的螺母硬度值偏低，组装过程中发现有螺母撸扣、变形现象，需要在制作后期改进螺母的热处理工艺，加大抽检频率。第二批次的螺母硬度值偏高（尽管符合相关标准），致使螺栓出现了撸扣现象。鉴于相关标准给定的螺栓及螺母的硬度范围较宽，切槽螺母在国内没有使用经验，螺栓、螺母的硬度匹配还在摸索中，因此应在试制、组装过程中总结、改进，给出螺栓、防松螺母匹配的硬度范围。
2）安装螺母时不能使用润滑油或润滑脂。使用扭力扳手时不得超过30r/min，避免扣死。拧紧时，应保证最小拧入到螺母头端3个扣，最大拧入到螺母头端6个扣。
3）为解决螺纹热处理过程中的脱碳问题，采取先热处理再加工螺纹的方法。
1.2.2 整改后样件试验
1）按照要求，一个月内将整改后的样件送机械工业通用零部件产品质量监督检测中心，按照标准要求依次做拧入拧出试验、保证载荷试验、夹紧力试验、盐雾试验、金相组织分析试验、硬度试验、螺纹脱碳试验，其中后3项试验由笔者所在公司试验室按照GB/T 3098.9紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母的要求来做[2]。
2）样件试验未发现螺纹脱碳；产品探伤合格。
3）所有防松螺母的第一次拧入力矩都远低于标准规定值，笔者认为其原因是制作样件时为了方便安装、尽可能减小工作量，夹紧扭矩取的是标准给定范围的中间值而不是最大值。第一次拧入力矩和夹紧力达到标准规定值时的扭矩完全符合标准要求。第一次拧出力矩从检测数据来看，每种规格（2个样件）中都有1个样件不符合标准规定。考虑到测试仪器的精度，仪器表盘显示数据没有小数位，只有M20（8级） 的其中一个样件不符合标准。重新制作样件，再次试验，试验结果合格，符合标准要求。
4）保证载荷试验，施加标准规定的载荷15s，被试样件均未出现螺纹脱扣现象。
5）增加横向振动试验项目，试验按照TB/T3019—2001变牙型防松螺母中5.1技术要求规定“振动1000次，不加弹簧垫圈，紧固扭矩值按附录B，首次测试残余轴力不得小于50%；连续10次松紧后，测试残余轴力不得小于45%”的要求，做横向振动试验，3个样件残余轴力与初始轴力的比值都大于86%，完全符合标准规定，可以满足使用要求[3]。
6）金相组织分析与硬度试验，在试验室按照标准要求对样件进行分析，试验结果如下：金相组织为回火索氏体，硬度在280 HV左右，符合标准规定的硬度范围250～353 HV，可以满足使用要求。
1.3 针对试验问题再整改并装车验证
1）螺母的公差等级按照标准NF E25 411带槽全金属六角自锁螺母中的规定6H级。
2）继续改进防松螺母，尤其是M20规格的性能，使其拧出试验符合标准要求。
3）单直槽防松螺母切槽应从螺母六方面开始切，切槽后剩余两部分厚度尺寸基本一致。双直槽防松螺母仍按原规定制作。
4）协议正式生效后，在供货前三年内每年提供一份合格的试验报告，以后可视情况逐步减少抽检批次，交付的每批产品都应附上产品的探伤记录或探伤报告。
5）建议入厂检验应按热处理批次进行，每规格抽检一个，分别试验其维氏硬度、金相组织及螺纹是否脱碳。
6）由公司供方质量管理部门对其热处理及涂镀的外包商的相关资质进行审核，防松螺母的镀层厚度按照8μm制作。
7）为确保防松螺母在装车运行过程中的安全可靠，在批量采购前须验证防松螺母的性能质量。装车验证的要求、参数、内容及执行标准如下：一是仅在公司内验证；二是装车数量为每台车60个M16，16个M20，4个M24；三是按照Q/DJ.J.51.002—2000抽样检验实施方案进行抽样检查；四是拧紧力矩按照Q/DJ.J.13.539—2009紧固件连接用拧紧力矩拧紧螺母；五是装车验证内容为：按照第四步中规定的扭矩拧紧，观察螺栓、螺母的螺纹是否破坏（致使螺母无法正常拧紧）；六是验证标准为Q/DJ.J.51.002—2000抽样检验实施方案；七是装车验证的组织与确认形式执行Q/DJ.G05.2813—2009首件检验管理程序。
2 机车车辆用防松螺母研制的结论
一是防松螺母样件满足GB/T 3098.9紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母的各项性能试验；二是保证载荷试验完全符合标准要求；三是扭矩-夹紧力试验完全符合标准要求；四是横向振动试验完全符合标准要求；五是硬度试验完全符合标准要求；六是螺纹脱碳检验完全符合标准要求（无脱碳）；七是金相组织检验结果与进口防松螺母基本一致；八是化学成分分析结果与进口防松螺母基本一致；九是拧入拧出试验基本符合标准要求。综上所述，根据以上试验结果，国产防松螺母性能基本可以达到防松螺母性能标准要求，可以批量装车。
3 防松性能及依据
3.1 防松性能理论分析
与普通防松螺母相比，适用温度范围为-50～+300 ℃，防松效果好，且可重复使用。依据防松螺母技术规范E-1-4六角自锁螺母（钢）、E-1-5六角自锁螺母（不锈钢）、TGLS409869000部件技术规范及标准NF E25 411带槽全金属自锁六角螺母、GB/T 3098.9（idt ISO 2320）紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母的规定，笔者任取2 种常用规格的防松螺母做分析，分析所用数据均采用原标准中的数据。由于以上2种规格防松螺母具有普遍性，分析结果可推及此类防松螺母，见表1。
根据以上计算结果可得出如下结论：防松螺母的防松性能随着重复使用次数的增加虽有所降低，但降低值很小。以M20（8级）螺母为例，每次重复使用所降低的百分数只有0.4%。同时，防松螺母的防松性能的降低并不代表螺母承载性能会降低，即螺母并不会松。因此从理论上说，防松螺母重复使用不存在安全隐患。
3.2 新旧防松螺母防松性能对比
使用未使用过的与HXD2两年检拆下的M20（10级）防松螺母、M20×120（10.9级）螺栓组合，进行拧入扭矩值与拧出扭矩值对比试验，试验结果见表2。 
3.3 试验结论
1）由于没有考虑夹紧力，扭力扳手是可调节的，不是带示值的，没有专门的试验装置在工件上操作，因此测试出的数值只能用于对比，不能作为标准数值。
2）使用过的螺栓与防松螺母组合由于长时间承载，螺母的拧入扭矩减小。
3）HXD2两年检拆的防松螺母拧出扭矩值与新防松螺母组合拧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）使用拆下的螺栓与防松螺母组合，除螺纹损伤严重的螺纹之外，可以重复使用。
4 研制成果
1）解决了防松螺母试制、试验、装车验证过程中出现的问题，实现了防松螺母在机车转向架和电气上的成功应用。
2）编制了中国铁路总公司企业标准Q/CR343.1—2014机车车辆用防松螺母及垫圈第1部分：直槽防松螺母。
参考文献：
[1] 中国铁路总公司铁路建设项目工程试验室Q/CR 343.1—2014机车车辆用防松螺母及垫圈第1部分：直槽防松螺母[S].北京:中国铁道出版社,2014.
[2] 国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会GB/T 3098.9—2010紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母[S].北京:中国标准出版社,2011.
[3] 国家铁道部.TB/T 3019—2001变牙型防松螺母[S].北京:中国铁道出版社,2001.（来源自：科技创新与生产力）
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