陈志平
中车株洲电力机车有限公司 湖南 株洲 412001
摘要 针对高压安全垫开裂，通过对高压安全垫的理化检测、型式试验及力学计算。分析了高压安全垫的开裂原因，同时针对开裂原因，优化组装工艺，消除了开裂的现象。
关键词：高压安全垫 开裂 计算 改进
Analysis of Cracking Causes of High Pressure Safety Mats and Research on Improvement Measures
Abstract For the cracking of the high-pressure safety mat, the physical and chemical testing, type test and mechanical calculation of the high-pressure safety mat are passed. The reasons for the cracking of the high-pressure safety mat were analyzed, and the assembly process was optimized for the reasons for the cracking, and the phenomenon of cracking was eliminated.
Key words: High pressure safety mat Cracking Calculate Improved
1 问题发现
检查发现高压安全垫开裂，如图1所示。
.png)
2 高压安全垫安装简介
该结构采用M30的螺栓与螺母固定配件，高压安全垫主要起防松作用，具体组装结构示意图如图2。
.png)
2 高压安全垫检测
2.1 理化检测
对开裂的高压安全垫进行测试分析，结果显示：
.png)
2.2 型式试验
为确认高压安全垫是否满足标准要求，按照DIN 267-26标准对高压安全垫重新抽样进行型式试验。
① 永久性应变试验
高压安全垫在300KN的载荷下保压2分钟，释放载荷后的自由高度均满足标准中大于8mm的要求。
② 弹力测试
在高压安全垫上施加300KN的载荷下保压2分钟，松弛20μm后的残余弹力满足标准不小于196KN的要求。
③ 永久性负载试验
将10个高压安全垫交互安装在螺栓上，用平垫片分开（大于500HV），在300KN、+100℃条件下试验48小时后，应无断裂、裂纹，且高度不超过标准值8mm的2%。在试验后对高压安全垫探伤未发现裂纹。
3 原因分析
3.1 力学计算分析
根据计算得出为保证螺栓的紧固效果，需要的预紧力F≥217kN。安装螺栓拧紧力矩为1370Nm±10%，螺纹使用乐泰胶243。一般机械中常假设螺纹摩擦系数和螺母与被连接件支承面间的摩擦系数相同（此条件近似符合工程实际）。
根据《机械设计手册》拧紧力矩的计算公式为：T=KF'd。标准六角螺栓Ｋ=１.２５μ＇，本处螺栓采用的细牙螺栓，K值相对会更小。
其中：T—拧紧力矩、d—螺纹公称直径、F'—预紧力、K—拧紧力矩系数、μ—螺纹摩擦系数和螺母与被连接件支承面间的摩擦系数。
F’= T/（d*K）=T/（d*１．２５μ＇）
从而计算得不同摩擦系数下的预紧力见表1。
.png)
由表1可知，当摩擦系数小于0.17时，螺栓拧紧力大于需要的预紧力F（217kN）。
3.2、开裂原因
根据高压安全垫的载荷-位移图，预紧力在170kN--210kN之间时，高压安全垫的弹性斜率较小，预紧力在此范围时垫片容易出现疲劳开裂，目前出现的垫片开裂现象很可能与拧紧力较小有关，而拧紧力的大小受摩擦系数和拧紧力矩影响。
通常螺纹副的清洁度、安装面的清洁度及润滑状况都会影响摩擦系数；此外，拧紧力矩也会直接影响预紧力。
综合分析，预紧力不足，是高压安全垫开裂的主要原因。
4 改善措施
为了解决高压安全垫开裂问题，从以下方面进行改进：
① 装配前对螺栓、螺母及配合面进行清洁，保证配合面光洁；
② 装配过程中严格按照螺栓紧固的工艺要求执行，严格保证螺栓达到规定的扭矩值；
③ 为降低人为因素对螺纹副摩擦系数的影响，采用润滑脂润滑配合面，取消乐泰胶。
5 改善效果
通过改进，后续未发生高压安全垫开裂的现象发生。
参考文献
[1]、《机械手册》第2卷《机械零部件设计》，闻邦椿 主编，机械工业出版社出版，2010.1；
[2]、《螺纹紧固件联接工程》 酒井智次 著，柴之龙 译 机械工业出版社出版，2018.1；
陈志平（1981—） 男，高级工程师，本科