维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第４期 ２ ０ ０ ７年８月 文章编号：１００８—７８４２（２００ｒ７）０４—００５７—０２ 铁道机车车辆 ＲＡⅡ ＡＹ ＩＤＣ０ＭＯＩｎ，Ｅ＆ＣＡＲ Ｖ０１．２７ Ｎｏ．４ Ａｕｇ． ２Ｏ０７ 浅谈柴油机连杆螺栓３种预紧方法在机务现场的应用 陈树福 ，王刚 ，徐秀良 （１ 北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京１０００４４； ２北京铁路局 丰台机务段中图分类号：ＴＫ４２３．３ ２ 文献标志码：Ａ 天津北检修车间，天津３００２４１） 柴油机连杆螺栓的作用是连接连杆体和连杆盖， 保证它们工作中完全密贴。否则，连杆螺栓一旦松脱， 轻者燃轴粘瓦，重者损坏气缸套、活塞，甚至损坏机 体和曲轴。 目前，在机务检修部门一般采用３种方法对连杆 螺栓进行预紧，即扭力板手预紧法、转角综合控制法 和控制螺栓伸长量法。连杆螺栓的预紧力必须适当。 如果预紧力过大，可能会超过材料的屈服点使预紧力 下降；若预紧力不足，则不能保证连杆体和连杆盖的 密贴以及连杆瓦在连杆大端孔内的过盈装配。这两种 情况都会引起柴油机工作时连杆螺栓折断。 １扭力板手预紧法 用扭力板手拧紧连杆螺栓后，测量连杆大端体孔尺寸 （如表１）。 表１连杆大端体孔尺寸测量记录表 位置１０ｔａｎ １ ２ ３ ４ ６ ７ ８ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ ｏ—ｏ＋９＋１２＋５ ＋９＋１０＋４＋９＋１０＋１１＋１０＋５＋４＋９＋９ ｂ—ｂ＋３ ＋２＋３ ＋２＋３ ＋３ ＋１ ＋３ ＋３ ＋２＋２＋３ ＋１ ＋３ ｃ—ｃ＋２ ＋３ ＋２＋２＋１ ＋４＋２＋２＋３ ＋２＋３ ＋１ ＋２＋１ 垦 ！ ！！ ！ ！ ！ ！ ！ 修程：中修１次，测量日期：２ＯＯ５年１月２４日。 第５、９连杆经探伤发现裂纹报废，从表１可以看 出，剩余１４副连杆按扭力板手法紧固后，只有３、７、 １３、１４缸４副连杆的大端体孔尺寸合格，其他１Ｏ副连 杆的大端体孔尺寸均超过《段修规程》的要求（段规 要求连杆大端体孔圆度为０．０５ ｍｍ）。实际经验表明， 中修１次的机车不可能整台份的连杆全部报废。 这说明用扭力板手预紧连杆螺栓，连杆螺栓的最 终预紧力确实存在较大误差，预紧精度很低。 （３）扭力板手法紧固连杆螺栓的缺点 采用扭力板手预紧连杆螺栓时，不能对连杆螺栓 本身的疲劳状态进行检测，对连杆螺栓的塑性变形缺 乏测控，检修者只能凭经验进行外观检查。如果把已 产生塑性变形的连杆螺栓重复装车使用，很容易发生 因连杆螺栓折断，造成大部件破损的严重后果。可见， 采用扭力板手预紧法不但预紧精度很低，而且对连杆 （１）力矩 与预紧力Ｐ 的关系 用扭力板手所施加的力矩 与预紧力Ｐ 有如下 关系： ：ＰＴ［譬ｔａｎ（ ＋ ）＋鲁（ ｊ Ｉ一”ｍ ）］（１） 式中ｄ 为螺纹直径； 为螺纹导角； 为螺纹摩擦 角；／１为螺母与支承面间的摩擦系数，一般可取为 ０．２；Ｄｌ为螺母接触面的外径；ｄ 为连杆大头的螺栓 孔直径。 由式（１）可知，在理想状态下（可认为在连杆体 和连杆螺栓均为新品的情况下），因摩擦系数／１为定 值，可以用控制力矩 的方法得到所需要的预紧力 Ｐ 。由于螺栓材料的特性、润滑条件、拧紧速度、螺 纹状态、螺母与支承面状态等因素均会影响摩擦系数 ／１，特别是对机车中修阶段来讲，中修机车所用的连 杆螺栓多为旧品。此时，螺纹状态、螺母、支承面状 螺栓的疲劳状态又缺乏测控，这种方法很不可靠。 ２转角综合控制法 转角综合控制法的理论依据是基于一定的角位移， 使螺栓产生一定的轴向伸长，连接件被压缩而产生一 定的预紧力。把螺栓拧到结合面上，并克服开始时的 态与新品相比有很大的差别，对摩擦系数／１的影响很 大，而且难以估算，所以预紧扭矩很难准确求出，其 误差范围可达±２０ ４０％，加上拧紧力矩的误差，可 导致连杆螺栓的预紧力大小相差２倍。 不均匀因素，然后再转一个转角 ，以获得所需要的 预紧力 。 （１）转角与预紧力的关系 螺母转角０与预紧力Ｐ 的关系式如下： ｐ一 １ １ （２）用扭力板手法预紧的实测数据分析 对天津北检修车间中修机车ＤＦ４６１６０拆下的连杆， ０＝３６０。 （ ＋ ） （２） 陈树福（１９６６一）男，河北泊头人，高级工程师，硕士生（收稿日期：２Ｏ０７—０１—２５） 维普资讯 http://www.cqvip.com ５８ 铁道机车车辆 第２７卷 式中ｓ为螺栓螺距；ＣＩ．为螺栓刚度；ＣＦ为被连接件 刚度。 （２）转角综合控制法的检修要求 （ＯＦ８ 型内燃机车检修手册》要求柴油机连杆螺栓 的预紧如下： 连杆螺栓必须做紧固校核，新连杆采用转角法， 先以５０Ｎ・ｍ的扭矩将４根连杆螺栓全部带紧（以此做 为转角的０。），然后按对角顺序均匀使力，长螺栓转 角为１２８。～１３０。，短螺栓转角为１０５。～１０７ ０ ９并消除 以前标记，重新做好刻线标记。 装好连杆瓦，用木锤轻轻敲击，调整连杆瓦、连 杆体、连杆盖三者的相对位置，其不平度应小于 ０．３ ｍｌＴｌ。 按对角顺序均匀使力拧紧连杆螺栓。用扭力扳手 校核，拧至刻线对齐位置时，扭矩为７５０Ｎ・ｍ左右， 如扭矩与刻线相差较大，应查找原因。 （３）转角综合控制法紧固连杆螺栓的缺点 通过转角与预紧力的关系式及《ＤＦ８Ｂ型内燃机车 检修手册》的检修要求可以看出：当连杆、连杆盖、 连杆螺栓均为新品时，用转角综合控制法预紧连杆螺 栓能够得到要求的预紧力，但当连杆体、连杆盖、连 杆螺栓为旧品时，就会使连杆螺栓的预紧力产生较大 的误差。 一是确定０。转角时产生误差。同样用５０Ｎ・ｍ的力 矩，因旧品连杆螺栓与新品连杆螺栓的摩檫系数差别 较大，且旧品连杆螺栓相互之间摩檫系数差别也较大， 就会导致０。转角确定时产生误差，０。转角的误差直接 影响最终预紧力的数值，并使同一连杆４条螺栓的最 终预紧力不均匀。 二是用７５０ Ｎ・ｍ的扭矩校核螺栓刻线位置的操作 方法不规范。如前所述，对于旧品连杆螺栓，扭矩预 紧法本身就存在很大误差，能否用扭矩做为校核刻线 位置的依据，仍需探讨。 三是对连杆螺栓是否产生塑性变形缺乏测控。同 扭力板手预紧法一样，采用转角综合控制法预紧连杆 螺栓时，也不能对连杆螺栓本身的疲劳状态以及是否 已经产生塑性变形进行检测。 ３控制螺栓伸长量法 （１）连杆螺栓伸长量△ 与预紧力Ｐ 有如下关 系： ＡＬ＝糕 Ｔ。，Ｔ （３） 式中 为螺栓的长度；Ｆ 为螺栓的横截面积（螺纹 部分按螺纹的根径计算）；Ｅ 为螺栓材料的弹性模数。 由式（３）可以看出螺栓伸长量与预紧力为正比关 系，除预紧力外，影响螺栓伸长量的各项参数均为常 数。因此，用控制螺栓伸长量法预紧连杆螺栓能得到 可靠的预紧力，大大提高连杆螺栓的预紧精度。 （２）用控制螺栓伸长量法预紧实测数据分析 对上述中修机车ＤＦ４６１６０机车１４副连杆的连杆螺 栓重新用伸长量法预紧，在预紧过程中，有３副连杆 螺栓因产生塑性变形而报废，更换连杆螺栓，重新预 紧，测量连杆大端体孔尺寸（表２）。 表２连杆大端体孔尺寸测量记录 １０ ｔｎｎ 位置１ ２ ３ ４ ６ ７ ８ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ ｎ—ｎ＋５＋５＋５＋４＋４＋４＋５＋５＋５＋４＋４＋４＋５＋５ ｂ—ｂ＋３＋２＋３＋２＋３＋３＋ｌ＋３＋３＋１＋２＋３＋１＋２ ｃ—ｃ＋２＋３＋３＋１ ＋ｌ ＋４＋２＋２＋４＋２＋２＋２＋３＋３ 壁± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 修程：中修１次，测量日期：２００５年１月２６日。 经过测量，ｌ４副连杆的大端体孔尺寸均在《段修 规程》范围之内，测量结果符合实际的生产情况。 可见，用控制螺栓伸长量法预紧连杆螺栓，消除 了摩檫系数对预紧力的影响，既能保证连杆螺栓的预 紧精度，又能在测定伸长量的过程中对连杆螺栓是否 产生塑性变形进行随时测控，非常适合机务段的检修 作业。 ４结论 通过以上分析笔者认为，对机务段内燃机车柴油 机连杆组检修作业来讲，因为所用连杆、连杆螺栓多 为旧品，采用扭力板手预紧法不仅预紧精度低，又不 能对连杆螺栓是否产生塑性变形进行测控，存在隐患 较多；采用转角综合控制法预紧精度也较低，也不能 对连杆螺栓是否产生塑性变形进行测控。采用控制螺 栓伸长量法既能保证连杆螺栓的预紧精度，又能对连 杆螺栓是否产生塑性变形随时进行测控，应作为内燃 机车中修作业优先采用的方法。其他预紧方法应禁用 或慎用。 参考文献 ［１］谈荣望．内燃机结构设计［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， １９９０． ［２］张风英．螺栓紧固分析及转矩转角法的应用［Ｊ］．内燃机 技术，１９９６（３）：１５—１６． ［３］蒋彤．柴油机重要螺栓连接的失效分析［Ｊ］．山东交通 学院学报，２００４（６）：２０—２１． ［４］东风８Ｂ内燃机车检修手册［Ｍ］．常州：中国南车集团戚墅 堰机车车辆厂，２００１． ［５］东 内燃机车段修规程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， 】９９３．
