挖掘機(jī)螺栓松動(dòng)原因分析及預(yù)防措施---三明挖掘機(jī)螺栓

挖掘機(jī)工況惡劣,作業(yè)時(shí)振動(dòng)很大·其工作裝置、銷(xiāo)軸、擋板、支重輪、車(chē)身附件等處的螺栓容易松動(dòng)·因此·各主機(jī)廠的使用說(shuō)明書(shū)中明確要求·每隔一定周期(如250h)應(yīng)檢查、緊固某些關(guān)鍵部位螺栓。但這種方法無(wú)法杜絕螺栓松動(dòng)·且很多關(guān)鍵部位螺栓在檢查緊固周期之前就已松動(dòng)·存在較大安全隱患。引起螺栓松動(dòng)的原因是多方面的·需要從各個(gè)方面同時(shí)加以控制。本文結(jié)合挖掘機(jī)螺栓松動(dòng)的典型案例·從剛度、振動(dòng)、螺紋防松結(jié)構(gòu)預(yù)緊力、材料等方面探討螺栓松動(dòng)原因，并提出預(yù)防措施。---三明挖掘機(jī)螺栓

1.剛度

本文所說(shuō)的剛度，包括螺栓(緊固件)剛度和機(jī)架(被緊固件)剛度2個(gè)方面

0螺栓剛度

螺栓在承受軸向變載荷時(shí)·在緊固力不變的條件下·應(yīng)力變化幅越小·螺栓發(fā)生疲勞斷裂的可能性越小，連接的可靠性越高。當(dāng)工作拉力不變時(shí)，通過(guò)減小螺栓剛度，可減小應(yīng)力變化幅:

當(dāng)被連接件剛度、螺栓剛度均不變時(shí)·通過(guò)增大預(yù)緊力來(lái)增大工作拉力·也可減小應(yīng)力變化幅。

關(guān)團(tuán)

適度增加螺栓長(zhǎng)度·可減小螺栓剛度。如在回轉(zhuǎn)支承、配重、履帶護(hù)板、駕駛室防護(hù)網(wǎng)等處，可使用長(zhǎng)螺栓，以減小螺栓剛度。

62機(jī)架剛度

通過(guò)取消墊片、使用剛度較大的墊片等方法可提高機(jī)架( 被緊固件)剛度·如行走先導(dǎo)閥采用過(guò)渡塊與行走踏板組件連接·過(guò)渡塊可直接用螺栓擰緊0

機(jī)架剛度越小·振動(dòng)從激振源(發(fā)動(dòng)機(jī))往周?chē)鷤鞑サ倪^(guò)程中，振動(dòng)越容易被放大所產(chǎn)生的應(yīng)力幅越大。相反，機(jī)架剛度越大·整機(jī)穩(wěn)定性則越好，相同條件下應(yīng)力變化幅也越小。---三明挖掘機(jī)螺栓

某小型挖掘機(jī)整機(jī)由5.5t級(jí)升到7t級(jí)時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室及機(jī)架都沿用了 5.5t級(jí)的·其隔振效果變差·整機(jī)振動(dòng)加大·螺栓松動(dòng)現(xiàn)象加重·通過(guò)單方面調(diào)整減振器，效果不明顯。后通過(guò)將機(jī)架加強(qiáng)·問(wèn)題得到解決。

振動(dòng)2.

挖掘機(jī)螺栓一般采用普涌螺紋，其螺紋升魚(yú)小于螺紋副的當(dāng)量摩擦魚(yú)，以滿(mǎn)足螺紋副自鎖條件。螺栓擰緊后·螺栓頭部和螺母支撐面的摩擦力也有防松作用。但是當(dāng)螺栓安裝在振動(dòng)、沖擊等變載荷的機(jī)件上·螺紋副間的摩擦力可能減小或瞬間消失。振動(dòng)、沖擊多次往復(fù)作用以后·就會(huì)造成螺栓松動(dòng)·挖掘機(jī)振動(dòng)部分包括發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和挖掘機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)。

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)

從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到整機(jī)的振動(dòng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛系統(tǒng)的布置、減振器的類(lèi)型有關(guān)·如某47t級(jí)挖掘機(jī)配置了康明斯QSM11型發(fā)動(dòng)機(jī)。原設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)采用3點(diǎn)支撐·即風(fēng)扇端設(shè)置1處支撐·飛輪端設(shè)置2處支撐。在2000h挖掘試驗(yàn)中·該機(jī)螺栓松動(dòng)嚴(yán)重·通過(guò)調(diào)整減振器的軸向剛度后·改善了軸向加速度和振幅，但是出現(xiàn)橫向沖擊擺動(dòng)·造成風(fēng)扇護(hù)罩多次被打掉。

為此·將發(fā)動(dòng)機(jī)3點(diǎn)支撐改為4點(diǎn)支撐·即將風(fēng)扇端設(shè)置了 1塊轉(zhuǎn)接板·其中間與發(fā)動(dòng)機(jī)自帶支架連接·兩端再通過(guò)減振器與機(jī)架連接·改進(jìn)后進(jìn)行了測(cè)試·從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看4點(diǎn)支撐與3點(diǎn)支撐相比·風(fēng)扇端的隔振率提高了近1倍·飛輪端的隔振率也有小幅提高

發(fā)動(dòng)機(jī)減振器橡膠硬度、機(jī)架板厚、擰緊力矩也會(huì)影響隔振率。一般可通過(guò)降低減振器的軸向剛度來(lái)降低自振頻率·以得到更好的隔振效果。但過(guò)多降低減振器軸向剛度·發(fā)動(dòng)機(jī)受沖擊時(shí)·減振器與機(jī)架板之間會(huì)產(chǎn)生間隙·減振器會(huì)因摩擦而損壞，同時(shí)也會(huì)影響減振器的徑向剛度，引起發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)0

(2)作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)

挖掘機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)與液壓系統(tǒng)匹配、整機(jī)穩(wěn)定性有關(guān)·也受司機(jī)操作習(xí)慣的影響。液壓系統(tǒng)的影響主要分為2個(gè)方面:液壓系統(tǒng)啟閉時(shí)的瞬間振動(dòng)·以及協(xié)調(diào)性不佳給整機(jī)造成的沖擊振動(dòng)。---三明挖掘機(jī)螺栓

液壓系統(tǒng)啟閉時(shí)瞬間振動(dòng)液壓系統(tǒng)啟閉瞬間可給整機(jī)造成振動(dòng)·減輕該振動(dòng)·可從高壓油路和先導(dǎo)油路2個(gè)方面進(jìn)行控制·在動(dòng)臂和斗桿高壓油路增設(shè)單向節(jié)流閥·以在斗桿內(nèi)收和動(dòng)臂下降的回油路上節(jié)流·通過(guò)增加回油背壓·提高泵的負(fù)載·降低泵的排量·達(dá)到降速的目的。此種方式·主要用在挖掘機(jī)加長(zhǎng)臂等特殊工作裝置上。

在先導(dǎo)油路增設(shè)緩沖閥，可減輕司機(jī)進(jìn)行緊急停止時(shí)給挖掘機(jī)造成的振動(dòng)，而在正常操縱時(shí)不起緩沖作用。因此，增設(shè)緩沖閥可提高司機(jī)操作的舒活性，目不會(huì)降低工作效率。若兼顧成本,可考慮使用隔板式先導(dǎo)單向節(jié)流閥。但是·此種節(jié)流閥受液壓油黏度影響較大冬季液壓油黏度大時(shí)，使用效果較差。

液壓系統(tǒng)的沖擊振動(dòng)若挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性不好·會(huì)給挖掘機(jī)帶來(lái)沖擊振動(dòng)·改進(jìn)挖掘機(jī)協(xié)調(diào)性，主要從主閥芯規(guī)格、優(yōu)先閥節(jié)流孔的通徑與數(shù)量、電磁閥等方面考慮挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)·還與整機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)·需要校核挖掘機(jī)配重的質(zhì)量、重心位置等·此外工作裝置銷(xiāo)軸和擋板螺栓、工作裝置液壓系統(tǒng)管夾螺栓、支重輪螺栓、回轉(zhuǎn)支承螺栓松動(dòng)等問(wèn)題均與液壓系統(tǒng)的沖擊振動(dòng)有關(guān)

3.螺紋防松結(jié)構(gòu)

螺紋連接常用的防松方法有:摩擦防松、機(jī)械防松、破壞螺旋副防松·一般而言·摩擦防松簡(jiǎn)單、方便，但不夠可靠·重要部位的螺紋連接·尤其是挖掘機(jī)內(nèi)部不易檢查的螺紋連接·應(yīng)采用機(jī)械防松方法

(1)座擦防松

摩擦防松包括雙螺母并緊、彈墊、自鎖螺母等方法·雙螺母并緊防松方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用于平穩(wěn)、低速、重載等固定連接場(chǎng)合。可用于挖掘機(jī)工作裝置銷(xiāo)軸的固定、U型螺栓的固定等·由于彈簧墊的彈力不均衡·螺栓容易產(chǎn)生彎曲·彎曲的螺栓在沖擊、振動(dòng)的作用下容易松脫·某型號(hào)挖掘機(jī)早期采用M8，MIO，M12的螺栓·均為彈管墊加平墊防松結(jié)構(gòu)·其防松效果較差，整機(jī)工作不到500h就有很多螺栓松動(dòng)。后改為自制加大墊片·取得較好防松效果·加大墊片表面應(yīng)光滑·不存在有害裂紋、劃傷、毛邊及彎曲·以避免裝配時(shí)螺栓產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。

自鎖螺母防松比較可靠，經(jīng)多次拆裝后，不會(huì)降低防松性能。該防松方法可用于座椅滑軌的U型手柄、收音機(jī)天線、照明燈等較小尺寸的螺紋副。---三明挖掘機(jī)螺栓

(2)機(jī)械防松

機(jī)械防松一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)減振器螺栓。將螺母焊接在一塊折彎的支架上，通過(guò)支架折彎邊的限位來(lái)達(dá)到防松目的。

3在螺紋副旋合之前·在螺紋上涂抹螺紋緊固膠·屬于破壞螺紋副防松·在螺紋上涂抹螺紋緊固膠并將螺紋副擰緊后·螺紋膠硬化、凝固·便可防止螺紋副松動(dòng)·螺紋緊固膠用于重要部位的螺栓·如支重輪、鏈輪、發(fā)動(dòng)機(jī)支座、發(fā)動(dòng)機(jī)減振器、駕駛室底板架、駕駛室減振器、配重、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走馬達(dá)、回轉(zhuǎn)支承的螺栓

4.預(yù)緊力

(1)結(jié)合面應(yīng)符合要求

螺紋孔的精度一般為6H級(jí)·其預(yù)緊力的大小及緊固效果受緊固件和被緊固件結(jié)合面摩擦系數(shù)的影響。損傷或銹蝕的螺紋·緊固前應(yīng)先用絲錐或板牙修整(俗稱(chēng)“回絲”)·再用清洗劑將螺孔內(nèi)部、螺栓表面以及結(jié)合面殘留的油漆及污漬清洗干凈。

(2)預(yù)緊力應(yīng)適當(dāng)

增大預(yù)緊力可減小應(yīng)力變化幅。但預(yù)緊力不宜過(guò)大·必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)·這是因?yàn)轭A(yù)緊力過(guò)大將造成螺栓強(qiáng)度達(dá)到屈服點(diǎn)·使用扭矩扳手緊固螺栓時(shí)·螺栓承受的應(yīng)力(預(yù)緊力)一般為螺栓屈服強(qiáng)度的75%·如10.9級(jí)的螺栓·抗拉強(qiáng)度為1000MPa,屈服強(qiáng)度為900MPa,則預(yù)緊力為675MPa,當(dāng)使用扭矩報(bào)于時(shí)，理論上擰緊力矩T與預(yù)緊力F有如下 關(guān)系---三明挖掘機(jī)螺栓

T~0.2Fd

式中:d為螺紋公稱(chēng)直徑

此外，擰緊力矩還與緊固工具的精度有關(guān)

當(dāng)使用套筒扳手、普通扳手時(shí)·擰緊力矩應(yīng)比使用扭矩扳手時(shí)略小。

(3)緊固后的處署

當(dāng)螺栓按要求緊固后，需在螺栓頭部(或螺母)和被緊固件表面涂抹顏色標(biāo)記。一日螺栓松動(dòng)后，可向緊固方向逐漸擰緊·直至螺栓頭部(或螺母)與被緊固件表面的標(biāo)記再次重合。

5.材料

被緊固件

螺栓擰入被緊固件時(shí)·被緊固件材料不同·緊固螺栓擰入深度也不同·按照被緊固件為鋼材、鑄鐵、輕合金排列順序·螺栓擰入深度應(yīng)逐漸增大·其中螺栓擰入鋼材的深度應(yīng)略大于螺紋公稱(chēng)直徑，但是當(dāng)螺栓公稱(chēng)直徑小于12mm,且擰入場(chǎng)合為電瓶接線柱、管夾、線夾、散熱器防塵網(wǎng)、底封板時(shí)·其擰入深度可等于公稱(chēng)直徑·鑄鐵鑄造后在基體內(nèi)形成的石墨有膨脹作用，可減少鑄件體積的收縮·降低內(nèi)應(yīng)力·對(duì)振動(dòng)的傳遞也能起削弱作用·有很好的抗振和吸振性能。如行走先導(dǎo)閥上的對(duì)渡塊、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、壓縮機(jī)支架為鑄鐵制作，其緊固螺栓的防松效果較好0

螺紋座2

螺紋座的材料選用尤為重要·當(dāng)螺紋座的屈服強(qiáng)度過(guò)小時(shí)，有可能造成螺栓擰入后變形·引起早期疲勞失效·螺栓也容易松動(dòng)。部分材料的屈服強(qiáng)度與板厚有關(guān)·如Q235鋼材其板厚越厚，屈服強(qiáng)度越小，選材時(shí)應(yīng)注意。若螺紋座的抗拉強(qiáng)度過(guò)小，當(dāng)使用扭矩扳手旋緊時(shí)·會(huì)直接損傷螺紋·因此·關(guān)鍵位置的螺紋座鋼材一般選用0345B,普通位置的螺紋座鋼材一般選用Q235B·

3自制加大勢(shì)片

旋緊螺栓時(shí)所用加大墊片不是標(biāo)準(zhǔn)件·且有嚴(yán)格的技術(shù)要求·因此只能自制。自制加大墊片材質(zhì)一般為45號(hào)鋼·硬度為HRC39左右·熱處理方式為率火加中溫回火。若自制加大墊片熱處理后硬度不夠·可能會(huì)導(dǎo)致變形·當(dāng)自制加大墊片硬度達(dá)到HRC38以上時(shí)若要進(jìn)行電化學(xué)鍍鋅，需經(jīng)過(guò)6h低溫(200°C )干燥處理，以防氫脆·然后進(jìn)行中緩冷。將上述各項(xiàng)防松措施綜合運(yùn)用在整機(jī)設(shè)計(jì)及裝配過(guò)程后·用戶(hù)反映·整機(jī)螺栓松動(dòng)問(wèn)題明顯減少，取得了良好的效果及經(jīng)濟(jì)效益。---三明挖掘機(jī)螺栓