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说一说轨道的那些螺栓(含泪填坑)

发表时间:2020-5-5 9:31:55  作者:三圆  来源:三圆  浏览量:2360

螺栓是轨道专业里不起眼的东西,但是又无处不在,因为碰到了问题,就想着一边研究一边写一下,结果发现这东西内容太多了,经常被忽视,而且我发现我根本写不清楚它,了解的越多越不了解,只能泛泛而谈,今天先说一回,以后认识深了有机会再说下回。为了避免能力不足、了解不透的尴尬,我把它做了一个提纲,缩小它的范围,也顺道梳理一下:

轨道系统里用到螺栓的地方很多,简单来说就是扣件、接头、道岔、护轨几个地方,这个很明确就不多说了,重点不在这里,提到这个主要是想说明螺栓几乎无处不在。常用的螺栓按照材质分类,大概可以分成碳钢、不锈钢、铜、铝等等,其中铜螺栓经常和电连接有关,铝螺栓很多用在汽车和机车上,轨道上用的比较少。按照螺纹类型分类相对复杂一点,根据螺纹位置分,可以分内螺纹和外螺纹,比如螺杆上的就是外螺纹(在外面),螺母上的就是内螺纹。

按照螺纹方向分,分为左旋螺纹和右旋螺纹。这里要多说一句,大多数螺栓是右旋螺纹—顺时针拧紧、逆时针拧松,这是符合人的习惯的,拧紧更顺手一些;但是也有一些是反着来的,比如我们用的锯轨机上的部分螺栓,是因为需要它在锯片转动的过程中是拧紧的,不然很容易松脱。下面是重点,按照牙型分,可以分成三角形螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、圆形螺纹。。。等等,其中三角形螺纹一般用来连接,就是拧紧,也是轨道里最常见的螺纹牙型,怎么判断呢?凡是螺栓和金属螺帽互相拧在一起的都是三角形螺纹。

梯形螺纹在轨道中也用的很多,一般用在扣件的地脚螺栓位置,它会和尼龙预埋套筒配合使用。

其他的螺纹类型轨道专业用的很少,我也不太了解,就不多说了,需要特别特别提一下的是矩形螺纹一般用于传动,比如信号专业转辙机里的滚珠丝杠就是矩形螺纹,按照强度等级分,可以分为3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、10.9、12.9等等,其中8.8及以上的等级的螺栓为高强螺栓,一般用低合金热处理材料制作。以4.6级螺栓为例,讲一下等级分类的含义:

第一个数字4,代表材料抗拉强度达到400MPa等级
第二个数字6,代表材料屈强比为0.6
所以,螺栓的材料的屈服强度可以达到400*0.6=240MPa等级,反正数字越大越牛逼就是了,所以12.9级螺栓可以承受1200N·m的扭矩,就是因为它的材质好。

下面说一说螺栓的特性。首先是它的优点,比螺栓可靠的连接方式多得是,为啥各行各业里都喜欢用螺栓呢?因为它安装简单、拆卸方便(无损、可重复)、效率高、成本低(钱其实是最重要的)。然后是螺栓的拧紧。大家要说我们不是每天都要干这个么,有啥说的?需要思考的一个问题是螺栓是通过何种过程实现拧紧的?是变形,具体点说是通过拧紧螺栓把螺栓拉长或者把被连接件压缩,说白了它是一个弹性过程。

如何确定拧紧了,或者说如何拧紧?最常用的是扭矩法,就是把螺栓拧到设计规定的扭矩,一般的操作流程是先用普通工具把螺栓拧紧(初拧),再用扭矩扳手加力到合适的扭矩(终拧)。回到上周那个问题,我们对螺栓施加的是扭矩,但是我们想要的是轴力,那么拧紧之后轴力是多少呢?

直接上结论吧,N=T/k·d,这个N就是轴力,T是我们施加的扭矩,d是螺栓的直径,k是一个常数,叫做扭矩系数,它和很多因素有关,太复杂了,我把书上的内容截下来大家看看,它其实还是一个经验值,因为摩擦系数很难精确确定。

有些场合还会使用转角法拧紧螺栓。具体的操作就是先用普通扳手拧到拧不动(初拧),然后再用加长扳手继续拧过一定的角度(终拧),根据材质的不同和设计要求,一般是120°-240°,为了精确,有些螺栓还要求先拧一定的角度再反向拧60°。大家要注意,这个反向拧一定的角度不会导致松弛,因为可以把成套螺栓和被固定的物体合并看作一个弹性体。对于确定的螺栓和螺母,螺母固定的转角对应着螺栓固定的拉长,也就是对应着固定的轴力,这种控制方法是相对准确的,但是前提是螺栓、螺母和被固定件的性质要稳定,据说飞机上很多螺栓是这样控制的。

除了扭矩控制和转角控制,还有加热法、张拉挤压法、扭剪法等等,就不细说了。最后说一句,轨道专业目前几乎所有螺栓的拧紧都是采用扭矩控制法,它最大的好处是方便。说完了拧紧,要再说一说对于拧紧的螺栓如何检查,一般有两种方式:

一是拧松,通过拧松的时候需要的扭矩来判断螺栓的紧固扭矩,进而计算轴力。
二是通过把螺栓拧松60°,再拧回去,通过拧回去需要的扭矩来计算轴力。
很好理解吧,不用多解释吧。但是要说明的是,因为摩擦力的原因,无论何种测量方式都很难精确测量,因为你一旦拧松它,就不是原来的状态了。

螺栓拧紧之后,我们希望它永远都不变,但是这个世界哪里有不变的东西呢?它迟早会陷入到不良状态,主要有松弛、松动和破坏。松弛,一般来说是指螺栓的自我变化,螺栓在拧紧后自身会有一定的塑性变形(拉长了回不去了),会造成松弛,被固定件也会有变形,这两个部分是松弛的主要原因,是不可避免的,所以很多螺栓需要复拧,松弛的螺栓实际上还是紧的。松动是螺栓失效的一种,它和松弛有关,要是持续松弛就会发展成松动。同时松动的其他主要原因是预紧力不足(一开始没拧紧)和振动作用。松动是需要预防的,常见的防松办法有几种:摩擦防松,就是增加螺纹和螺母的摩擦力,比如铁路常用的施必牢螺母就是一种。

机械防松,就是想办法不让你松动、转动,比如增加防松垫片。还有其他防松手段,比如点焊(焊上就不能转了嘛)、涂胶水等等。值得一提的是,防松,防止的是松动、松脱,防止的是螺母和螺栓的相对运动,但是它不能防止松弛。螺栓的破坏,一般指的是螺栓断了或者废了,主要的原因有预紧力超标、疲劳破坏、剪切破坏和腐蚀破坏,都很好理解,放一个预紧力超标的图片看一下。

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