作者：李忠齐，郝新娟，杨光
O 引言
随着我国高速铁路客运专线的陆续开通，高速铁路运营安全已成为铁路运营的第一要务。近段时间以来，客运专线由于防松问题多次发生接触网弓网事故，给高铁运营安全带来诸多隐患，结合目前已经开通客运专线接触网零部件使用紧固件现状，开展接触网紧固件的防松深入研究已经迫在眉睫。
目前防松结构多样，众多型式防松措施的效果没有一个系统的评价，也没有产品针对性，只是通过标准和项目技术规格广义地规定防松要求，所以有必要针对目前紧固件防松诸多方案进行分析、比对、验证，对接触网紧固件防松措施提出分析、建议，从而为确定合理、安全、可靠的防松方案提供依据，以满足高速电气化铁道接触网线索的大张力、高运行速度和低安全隐患的要求。
我们搜集了常见防松结构12种，包括螺母 弹垫 平垫圈、螺母 弹垫 止动垫圈、双螺母、施必牢螺母、尼龙嵌件螺母、螺纹锁固胶等已经用于接触网零件的产品，还将ERM自锁螺母、双斜开槽螺母、弹簧嵌件螺母、锥压抱紧螺母、偏心双螺母、双锯齿形防松垫圈6种新防松方式纳入测试，前6种防松原理已经熟悉，这里不再赘述，后6种防松形式防松原理见表1。
1防松试验效果比较
为了有效评价这12种螺母的防松效果，制定了以下试验方案：
(1)静态试验以普通螺母 弹垫 平垫方式按标准紧固力矩测量轴向夹紧力，其他形式按测量的轴向夹紧力进行紧固力矩、松卸力矩的对比分析；按普通螺母 弹垫 平垫方式标准规定紧固力矩，进行轴向夹紧力、松卸力矩的对比分析。
(2)动态试验取以普通螺母 弹垫 平垫方式按标准紧固力矩测量轴向夹紧力，对各种形式的防松方式按国标进行横向振动试验，经过1 200次横向振动试验后，残余轴向夹紧力对比分析。
值得提示的是：本项目涉及的试验目的是在同一试验条件下，相同的轴力下，比较各种螺纹连接副的防松效果，由于为相同轴力对不同紧固方式施加的紧固力矩不同，再者采用的试验设备为自制设备，所以不能做是否合格的依据。
静态试验分析：经过测试，M10螺母 弹垫 平垫在32 N·m紧固力矩下轴向夹紧力为15．6 kN，其他防松类型按此夹紧力紧固，其紧固力矩和松卸力矩对应关系见图1，当紧固力矩一定时，轴向夹紧力和松卸力矩的对比关系见图2。
基于螺纹副连接的基本原理，主要是对被连接件施加轴向夹紧力，通过以上图表，对静态试验结果进行分析，可以得出以下结论：
(1)目前标准规定以规格形式不管什么防松类型施加相同的紧固力矩，其轴向夹紧力相差是很大的，是不科学的，应当根据防松类型、规格规定紧固力矩，才能得到适合的轴向夹紧力，满足产品功能要求。
(2)基本上防松措施紧固力矩大于松卸力矩(双螺母结构测试的是备母)，对双螺母结构的，松开力矩应测试的是锁紧螺母的力矩，因为测试主螺母的松开力矩理论上没有意义，定义主螺母紧固力矩大于松开力矩不符合现实中备母先松开主螺母才松开的现状。
(3)在施加同一轴向夹紧力，各种防松类型紧固力矩和松卸力矩的对比关系，以力矩下降值从低到高做一个简单的排序：施必牢螺母、ERM自锁螺母(法国)、偏心双螺母、弹簧嵌件螺母、尼龙嵌件螺母、普通螺母弹垫 平垫、普通双螺母(不锈钢)、锥压抱紧螺母、x．II双斜开槽螺母、锯齿双垫片防松垫圈。在同一紧固力矩下，轴向夹紧力从低到高：施必牢螺母、双斜开槽螺母、尼龙嵌件螺母、锥压抱紧螺母、偏心双螺母、螺母 平弹垫、弹簧嵌件螺母、双螺母、锯齿双垫片。
图l M12螺栓紧固力矩和松卸力矩对比图
图2 M12螺栓松卸力矩和轴向夹紧力对比图
动态试验依据所有的防松类型初始轴向夹紧力为恒定值，取值以普通螺母 弹垫 平垫的方式在规定紧固力矩下测试的轴向夹紧力结果，M10为15．3 kN，M12为16．3 kN，频率10 Hz，M10振幅±1．0mlTl，M12振幅±1．2turn，经过1 200次横向振动试验后，残余轴向夹紧力进行对比分析。试验中发现，采用止动垫片防松时，螺栓头设防转槽或设置止动垫片，防松效果明显高于仅在螺母处，X．II双斜开槽螺母在试验过程中，出现咬死情况较多，建议此结构接触网不能使用，对于应用广泛、标准化程度高的产品，如弹簧嵌件螺母、ERM螺母、尼龙嵌件螺母、偏心双螺母，试验值很稳定，而锥压抱紧螺母、双斜开槽螺母、锯齿形双垫片，试验结果稳定性差(图3)。
图3 M12螺栓横向振动性能对比图
动态试验结果分析如下：
(1)横向振动试验表明，紧固件的松卸力矩和紧固力矩的大小关系与防松效果没有必然联系，即使同一防松原理，也没有必然联系。
(2)对于应用广泛、标准化程度高的产品，如弹簧嵌件螺母、ERM螺母、尼龙嵌件螺母、偏心双螺母，尽管防松效果各有差异，单一产品试验值很稳定，而锥压抱紧螺母、双斜开槽螺母、锯齿形双垫片，试验结果稳定性差。
(3)根据动态分析试验数据，以残余轴向夹紧力与初始轴向夹紧力的百分比，对各种防松结构形式的综合防松性能作出一个小结，以防松性能优劣做一个排序：螺纹锁固胶、偏心双螺母、锥压抱紧式螺母、止动垫圈 弹垫、施必牢螺母、弹簧嵌件螺母、尼龙嵌件螺母、ERM自锁螺母、普通双
螺母(不锈钢)、X．II双斜开槽螺母、锯齿双垫片防松垫圈。
2使用场合分析
由于接触网零件包含支柱绝缘子以内及以外2部分，在加上所使用的场合不同，其受力和振动的状况大相径庭，科学的处理方式是根据零件安装位置和受力、振动情况选用相适应的防松措施，而不是全部采用一种防松措施，尤其是与接触线连接的线夹，更应注意螺纹连接时满足导线沟槽倾斜300不低于导线底部避免打弓，我们将定位线夹使用锥压抱紧螺母(目前最薄的零件)做了放样图(图4)，明显看出不满足导线沟槽倾斜300不低于导线底部的要求，所以应按照产品使用对防松的要求采用适配防松方案，基于以上的情况，根据标准要求和近年来运营过程中出现的问题对接触网零部件根据防松等级进行了分类，分类原则如下：
(1)与接触线连接的零件，定位线夹、锚支定位卡子、整体吊弦、中心锚结线夹、电连接线夹、承力索座，此类产品一是承受来自线索的振动，二是失效后直接会造成弓网事故。
(2)定位装置连接零件，主要是定位支座、定位管支撑，定位管斜拉线，定位环，一旦产品失效，造成定位管低头打弓。
(3)腕臂支撑装置：承力索座、套管双耳、支撑管卡子
(4)腕臂底座及其他。
3解决方案建议
由于紧固件在接触网系统的大量使用，除紧固件的防松性能外，标准化程度即成熟性和批量生产条件、产品固有优势、成本必须考虑，再者必须结合接触网零部件不同结构和不同的安装场合综合考虑，基于接触网紧固件静动态试验分析、各种件防松结构的特点和使用条件和接触网零部件使用场合分析等综合因素，提出接触网零部件防松具体建议如下：
(1)对于绝缘子以外的产品(包括各种底座、支柱外产品)，由于承受的是静载荷，目前典型的防松措施是双螺母 平垫结构，基于目前的现场运营证明是有效的，建议仍沿用此种防松措施。
(2)对于腕臂支撑装置(包括承力索座、套管双耳、支撑管卡子)，采用现有的螺母 弹垫 止动垫圈结构也是行之有效的，鉴于止动垫圈防松的特点，螺栓头处必须设防转槽或使用止动垫圈。
(3)对于定位装置(包括定位环、定位支座、支撑管卡子、定位管拉线、定位线夹、锚支定位卡子)，其松脱会造成弓网故障，应根据使用条件采取相应的防松措施，定位环承受疲劳和振动双重载荷，一但松脱，不只是造成弓网故障，有可能造成局部塌网，属于最关键环节，建议使用偏心双螺母结构。定位支座承受疲劳和振动双重载荷，属于关键环节，一旦失效会造成打弓，应采用优于尼龙锁紧螺母 弹垫 平垫的结构。支撑管卡子和定位管斜拉线承受疲劳载荷，由于其失效会造成定位管低头，可能引起弓网故障，应采用偏心双螺母结构。定位线夹、锚支定位卡子与接触线连接，承受较高的疲劳和振动双重载荷，鉴于其特有的空间限制，建议采用双螺母(一个在本体上) 弹垫 止动垫圈结构，如果螺栓头处没有防转槽，也应设置止动垫圈。
(4)整体吊弦，此产品批量大，要综合考虑防松效果、经济型和使用场合的适宜性，建议采用螺母 弹垫 止动垫圈防松，如果螺栓头处没有防转槽，也应设置止动垫圈。
(5)电连接线夹和中心锚结线夹，基于和接触线、承力索相连接，承受的振动场合，承力索上使用建议采用双螺母(一个在本体上) 弹垫 止动垫圈结构，如果螺栓头处没有防转槽，也应设置止动垫圈。接触线上使用电连接线夹建议采用螺纹锁固胶。
4结语
综上所述，接触网零部件用紧固件防松不但需要紧固件防松结构特点、使用条件、标准化程度，还要结合接触网零部件不同结构和适用场合的安
装位置和受力、振动情况，充分考虑其可行性、可靠性和经济性，分门别类选用相适应的防松措施，广义地规定防松措施是不科学有风险且得不偿失的。
参考文献：
[1] 张挺，姜招喜，冯梅．紧固件抗振防松性能比较[J]．金属制品，2012，(2)．
[2]李维荣，朱家诚．螺纹紧固件防松技术探讨[J]．机电产品开发与创新，2003，(2)．
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