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    說一說軌道的那些螺栓(含淚填坑)

    發表時間:2020-5-5 9:31:55  作者:三圓  來源:三圓  瀏覽量:2360

    螺栓是軌道專業里不起眼的東西,但是又無處不在,因為碰到了問題,就想著一邊研究一邊寫一下,結果發現這東西內容太多了,經常被忽視,而且我發現我根本寫不清楚它,了解的越多越不了解,只能泛泛而談,今天先說一回,以后認識深了有機會再說下回。為了避免能力不足、了解不透的尷尬,我把它做了一個提綱,縮小它的范圍,也順道梳理一下:

    軌道系統里用到螺栓的地方很多,簡單來說就是扣件、接頭、道岔、護軌幾個地方,這個很明確就不多說了,重點不在這里,提到這個主要是想說明螺栓幾乎無處不在。常用的螺栓按照材質分類,大概可以分成碳鋼、不銹鋼、銅、鋁等等,其中銅螺栓經常和電連接有關,鋁螺栓很多用在汽車和機車上,軌道上用的比較少。按照螺紋類型分類相對復雜一點,根據螺紋位置分,可以分內螺紋和外螺紋,比如螺桿上的就是外螺紋(在外面),螺母上的就是內螺紋。

    按照螺紋方向分,分為左旋螺紋和右旋螺紋。這里要多說一句,大多數螺栓是右旋螺紋—順時針擰緊、逆時針擰松,這是符合人的習慣的,擰緊更順手一些;但是也有一些是反著來的,比如我們用的鋸軌機上的部分螺栓,是因為需要它在鋸片轉動的過程中是擰緊的,不然很容易松脫。下面是重點,按照牙型分,可以分成三角形螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、圓形螺紋。。。等等,其中三角形螺紋一般用來連接,就是擰緊,也是軌道里最常見的螺紋牙型,怎么判斷呢?凡是螺栓和金屬螺帽互相擰在一起的都是三角形螺紋。

    梯形螺紋在軌道中也用的很多,一般用在扣件的地腳螺栓位置,它會和尼龍預埋套筒配合使用。

    其他的螺紋類型軌道專業用的很少,我也不太了解,就不多說了,需要特別特別提一下的是矩形螺紋一般用于傳動,比如信號專業轉轍機里的滾珠絲杠就是矩形螺紋,按照強度等級分,可以分為3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、10.9、12.9等等,其中8.8及以上的等級的螺栓為高強螺栓,一般用低合金熱處理材料制作。以4.6級螺栓為例,講一下等級分類的含義:

    第一個數字4,代表材料抗拉強度達到400MPa等級
    第二個數字6,代表材料屈強比為0.6
    所以,螺栓的材料的屈服強度可以達到400*0.6=240MPa等級,反正數字越大越牛逼就是了,所以12.9級螺栓可以承受1200N·m的扭矩,就是因為它的材質好。

    下面說一說螺栓的特性。首先是它的優點,比螺栓可靠的連接方式多得是,為啥各行各業里都喜歡用螺栓呢?因為它安裝簡單、拆卸方便(無損、可重復)、效率高、成本低(錢其實是最重要的)。然后是螺栓的擰緊。大家要說我們不是每天都要干這個么,有啥說的?需要思考的一個問題是螺栓是通過何種過程實現擰緊的?是變形,具體點說是通過擰緊螺栓把螺栓拉長或者把被連接件壓縮,說白了它是一個彈性過程。

    如何確定擰緊了,或者說如何擰緊?最常用的是扭矩法,就是把螺栓擰到設計規定的扭矩,一般的操作流程是先用普通工具把螺栓擰緊(初擰),再用扭矩扳手加力到合適的扭矩(終擰)?;氐缴现苣莻€問題,我們對螺栓施加的是扭矩,但是我們想要的是軸力,那么擰緊之后軸力是多少呢?

    直接上結論吧,N=T/k·d,這個N就是軸力,T是我們施加的扭矩,d是螺栓的直徑,k是一個常數,叫做扭矩系數,它和很多因素有關,太復雜了,我把書上的內容截下來大家看看,它其實還是一個經驗值,因為摩擦系數很難精確確定。

    有些場合還會使用轉角法擰緊螺栓。具體的操作就是先用普通扳手擰到擰不動(初擰),然后再用加長扳手繼續擰過一定的角度(終擰),根據材質的不同和設計要求,一般是120°-240°,為了精確,有些螺栓還要求先擰一定的角度再反向擰60°。大家要注意,這個反向擰一定的角度不會導致松弛,因為可以把成套螺栓和被固定的物體合并看作一個彈性體。對于確定的螺栓和螺母,螺母固定的轉角對應著螺栓固定的拉長,也就是對應著固定的軸力,這種控制方法是相對準確的,但是前提是螺栓、螺母和被固定件的性質要穩定,據說飛機上很多螺栓是這樣控制的。

    除了扭矩控制和轉角控制,還有加熱法、張拉擠壓法、扭剪法等等,就不細說了。最后說一句,軌道專業目前幾乎所有螺栓的擰緊都是采用扭矩控制法,它最大的好處是方便。說完了擰緊,要再說一說對于擰緊的螺栓如何檢查,一般有兩種方式:

    一是擰松,通過擰松的時候需要的扭矩來判斷螺栓的緊固扭矩,進而計算軸力。
    二是通過把螺栓擰松60°,再擰回去,通過擰回去需要的扭矩來計算軸力。
    很好理解吧,不用多解釋吧。但是要說明的是,因為摩擦力的原因,無論何種測量方式都很難精確測量,因為你一旦擰松它,就不是原來的狀態了。

    螺栓擰緊之后,我們希望它永遠都不變,但是這個世界哪里有不變的東西呢?它遲早會陷入到不良狀態,主要有松弛、松動和破壞。松弛,一般來說是指螺栓的自我變化,螺栓在擰緊后自身會有一定的塑性變形(拉長了回不去了),會造成松弛,被固定件也會有變形,這兩個部分是松弛的主要原因,是不可避免的,所以很多螺栓需要復擰,松弛的螺栓實際上還是緊的。松動是螺栓失效的一種,它和松弛有關,要是持續松弛就會發展成松動。同時松動的其他主要原因是預緊力不足(一開始沒擰緊)和振動作用。松動是需要預防的,常見的防松辦法有幾種:摩擦防松,就是增加螺紋和螺母的摩擦力,比如鐵路常用的施必牢螺母就是一種。

    機械防松,就是想辦法不讓你松動、轉動,比如增加防松墊片。還有其他防松手段,比如點焊(焊上就不能轉了嘛)、涂膠水等等。值得一提的是,防松,防止的是松動、松脫,防止的是螺母和螺栓的相對運動,但是它不能防止松弛。螺栓的破壞,一般指的是螺栓斷了或者廢了,主要的原因有預緊力超標、疲勞破壞、剪切破壞和腐蝕破壞,都很好理解,放一個預緊力超標的圖片看一下。

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