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  根据国务院在2月印发的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》,2011年至2020年,我国城市轨道交通新增营业里程将达到6560公里,预计到2020年,我国城市轨道交通累计营业里程将达到7395公里。


  可见,未来城规地铁车辆紧固件的需求将是十分巨大的!


  螺纹连接在城轨地铁车辆中应用十分广泛。本文简述了城轨地铁车辆紧固件的使用和技术研发的现状,分析了车辆紧固件的使用钢种等级的分类。根据紧固件断裂失效而影响车辆安全运行的问题,对紧固件性能提出了更高的要求,展望了紧固件用钢发展的研究前景。


  1.紧固件的使用现状和技术研发


  目前,城轨地铁车辆用紧固件(螺栓、螺钉和螺柱)普遍为8.8级及以上高强度紧固件。据统计,行走、转向系统以碳素结构钢、合金结构钢连接螺栓为例,8.8级及以上的螺栓用量约为25%,其中10.9级及以上约为7%,极少量为12.9级螺栓连接。底盘车厢上部采用的基本是奥氏体不锈钢六角头螺栓、自攻螺钉、沉头螺钉占70%~80%。


  近年来,对影响城轨地铁车辆安全运营的紧固件断裂失效案例分析,涵盖了高强度螺栓的疲劳断裂、塑性断裂、脆性断裂三大类型。从人、机、料、法和环五大因素分析,造成螺栓断裂失效的因素主要有以下几种原因。


  1.栓材质不良,钢材非金属夹杂物严重,成为疲劳裂纹源;


  2.螺栓制造工艺不合理,造成螺栓机械性能不符合标准要求或螺栓制品具有原始裂纹,使用时扩展断裂;


  3.设计选择的螺栓满足国标要求,但疲劳强度难以满足实际工况需求。螺栓连接设计不科学,无法达到紧固扭矩。


  1.2紧固件的技术研发


  城轨地铁车辆每列车厢使用大量的紧固件,数量不少于15000个。当今技术研发的重点是高强度化和提高品质;紧固件的高强度化可减轻紧固件重量和相应部件的重量,这将是今后紧固件长期的研发课题,在提高品质方面最需要解决的问题是防止廉价高强度钢材紧固件的延迟断裂。


  1.2.1紧固件高强度化


  提高紧固件的强度,可以使紧固件减少使用数量,缩小直径、减轻重量,但需要解决抗拉强度达到1100Mpa、屈强比大于90%的螺栓发生延迟断裂和疲劳断裂的问题。因此,高强度螺栓用钢的开发非常重要,高强度螺栓制造技术也要同时进行。


  1.2.2紧固件的小型轻量化


  在不损失紧固性能的前提下,对小型轻量化的紧固件进行开发。为此,对紧固件用新材料和紧固件形状进行研究,同时也对难加工材料的加工方法进行开发。


  1.2.3紧固和防松弛技术


  为使紧固件牢固地紧固在部件上,防止因松弛发生事故,对紧固技术和防松弛技术进行研究。由于不认真安装紧固件导致紧固性能下降引发大事故的情况时有发生,所以不能掉以轻心。紧固件的容易安装和安全使用是两个完全不同的概念,发挥紧固件紧固作用的关键在于正确的安装作业,因此必须不断对紧固设计优化和强化紧固作业的施工方法开发。


  1.2.4新材料利用


  对重要连接部位如悬挂部位、齿轮传动箱与牵引电机连接高强度螺栓,采用微合金化Cr-Mo-V、Cr-Mo-V-Nb高强度冷镦钢等新材料,在大气环境下使用的紧固件采用耐热、耐腐蚀的奥氏体不锈钢或奥氏体-铁素体双相不锈钢。

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