挖掘機螺栓松動原因分析及預防措施---三明挖掘機螺栓

挖掘機工況惡劣,作業(yè)時振動很大·其工作裝置、銷軸、擋板、支重輪、車身附件等處的螺栓容易松動·因此·各主機廠的使用說明書中明確要求·每隔一定周期(如250h)應檢查、緊固某些關鍵部位螺栓。但這種方法無法杜絕螺栓松動·且很多關鍵部位螺栓在檢查緊固周期之前就已松動·存在較大安全隱患。引起螺栓松動的原因是多方面的·需要從各個方面同時加以控制。本文結合挖掘機螺栓松動的典型案例·從剛度、振動、螺紋防松結構預緊力、材料等方面探討螺栓松動原因，并提出預防措施。---三明挖掘機螺栓

1.剛度

本文所說的剛度，包括螺栓(緊固件)剛度和機架(被緊固件)剛度2個方面

0螺栓剛度

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

當被連接件剛度、螺栓剛度均不變時·通過增大預緊力來增大工作拉力·也可減小應力變化幅。

關團

適度增加螺栓長度·可減小螺栓剛度。如在回轉支承、配重、履帶護板、駕駛室防護網(wǎng)等處，可使用長螺栓，以減小螺栓剛度。

62機架剛度

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

機架剛度越小·振動從激振源(發(fā)動機)往周圍傳播的過程中，振動越容易被放大所產(chǎn)生的應力幅越大。相反，機架剛度越大·整機穩(wěn)定性則越好，相同條件下應力變化幅也越小。---三明挖掘機螺栓

某小型挖掘機整機由5.5t級升到7t級時，其發(fā)動機、駕駛室及機架都沿用了 5.5t級的·其隔振效果變差·整機振動加大·螺栓松動現(xiàn)象加重·通過單方面調整減振器，效果不明顯。后通過將機架加強·問題得到解決。

振動2.

挖掘機螺栓一般采用普涌螺紋，其螺紋升魚小于螺紋副的當量摩擦魚，以滿足螺紋副自鎖條件。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。但是當螺栓安裝在振動、沖擊等變載荷的機件上·螺紋副間的摩擦力可能減小或瞬間消失。振動、沖擊多次往復作用以后·就會造成螺栓松動·挖掘機振動部分包括發(fā)動機產(chǎn)生的振動和挖掘機作業(yè)產(chǎn)生的振動。

(1)發(fā)動機產(chǎn)生的振動

從發(fā)動機傳遞到整機的振動，與發(fā)動機懸掛系統(tǒng)的布置、減振器的類型有關·如某47t級挖掘機配置了康明斯QSM11型發(fā)動機。原設計發(fā)動機采用3點支撐·即風扇端設置1處支撐·飛輪端設置2處支撐。在2000h挖掘試驗中·該機螺栓松動嚴重·通過調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·造成風扇護罩多次被打掉。

為此·將發(fā)動機3點支撐改為4點支撐·即將風扇端設置了 1塊轉接板·其中間與發(fā)動機自帶支架連接·兩端再通過減振器與機架連接·改進后進行了測試·從測試數(shù)據(jù)來看4點支撐與3點支撐相比·風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)動機減振器橡膠硬度、機架板厚、擰緊力矩也會影響隔振率。一般可通過降低減振器的軸向剛度來降低自振頻率·以得到更好的隔振效果。但過多降低減振器軸向剛度·發(fā)動機受沖擊時·減振器與機架板之間會產(chǎn)生間隙·減振器會因摩擦而損壞，同時也會影響減振器的徑向剛度，引起發(fā)動機擺動0

(2)作業(yè)產(chǎn)生的振動

挖掘機作業(yè)產(chǎn)生的振動與液壓系統(tǒng)匹配、整機穩(wěn)定性有關·也受司機操作習慣的影響。液壓系統(tǒng)的影響主要分為2個方面:液壓系統(tǒng)啟閉時的瞬間振動·以及協(xié)調性不佳給整機造成的沖擊振動。---三明挖掘機螺栓

液壓系統(tǒng)啟閉時瞬間振動液壓系統(tǒng)啟閉瞬間可給整機造成振動·減輕該振動·可從高壓油路和先導油路2個方面進行控制·在動臂和斗桿高壓油路增設單向節(jié)流閥·以在斗桿內收和動臂下降的回油路上節(jié)流·通過增加回油背壓·提高泵的負載·降低泵的排量·達到降速的目的。此種方式·主要用在挖掘機加長臂等特殊工作裝置上。

在先導油路增設緩沖閥，可減輕司機進行緊急停止時給挖掘機造成的振動，而在正常操縱時不起緩沖作用。因此，增設緩沖閥可提高司機操作的舒活性，目不會降低工作效率。若兼顧成本,可考慮使用隔板式先導單向節(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，使用效果較差。

液壓系統(tǒng)的沖擊振動若挖掘機液壓系統(tǒng)的協(xié)調性不好·會給挖掘機帶來沖擊振動·改進挖掘機協(xié)調性，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液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊振動·還與整機結構的穩(wěn)定性有關·需要校核挖掘機配重的質量、重心位置等·此外工作裝置銷軸和擋板螺栓、工作裝置液壓系統(tǒng)管夾螺栓、支重輪螺栓、回轉支承螺栓松動等問題均與液壓系統(tǒng)的沖擊振動有關

3.螺紋防松結構

螺紋連接常用的防松方法有:摩擦防松、機械防松、破壞螺旋副防松·一般而言·摩擦防松簡單、方便，但不夠可靠·重要部位的螺紋連接·尤其是挖掘機內部不易檢查的螺紋連接·應采用機械防松方法

(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構簡單適用于平穩(wěn)、低速、重載等固定連接場合?？捎糜谕诰驒C工作裝置銷軸的固定、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、振動的作用下容易松脫·某型號挖掘機早期采用M8，MIO，M12的螺栓·均為彈管墊加平墊防松結構·其防松效果較差，整機工作不到500h就有很多螺栓松動。后改為自制加大墊片·取得較好防松效果·加大墊片表面應光滑·不存在有害裂紋、劃傷、毛邊及彎曲·以避免裝配時螺栓產(chǎn)生彎曲應力。

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

(2)機械防松

機械防松一般用于發(fā)動機減振器螺栓。將螺母焊接在一塊折彎的支架上，通過支架折彎邊的限位來達到防松目的。

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·螺紋緊固膠用于重要部位的螺栓·如支重輪、鏈輪、發(fā)動機支座、發(fā)動機減振器、駕駛室底板架、駕駛室減振器、配重、回轉馬達、行走馬達、回轉支承的螺栓

4.預緊力

(1)結合面應符合要求

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

(2)預緊力應適當

增大預緊力可減小應力變化幅。但預緊力不宜過大·必須控制在規(guī)定的范圍內·這是因為預緊力過大將造成螺栓強度達到屈服點·使用扭矩扳手緊固螺栓時·螺栓承受的應力(預緊力)一般為螺栓屈服強度的75%·如10.9級的螺栓·抗拉強度為1000MPa,屈服強度為900MPa,則預緊力為675MPa,當使用扭矩報于時，理論上擰緊力矩T與預緊力F有如下 關系---三明挖掘機螺栓

T~0.2Fd

式中:d為螺紋公稱直徑

此外，擰緊力矩還與緊固工具的精度有關

當使用套筒扳手、普通扳手時·擰緊力矩應比使用扭矩扳手時略小。

(3)緊固后的處署

當螺栓按要求緊固后，需在螺栓頭部(或螺母)和被緊固件表面涂抹顏色標記。一日螺栓松動后，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記再次重合。

5.材料

被緊固件

螺栓擰入被緊固件時·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·螺栓擰入深度應逐漸增大·其中螺栓擰入鋼材的深度應略大于螺紋公稱直徑，但是當螺栓公稱直徑小于12mm,且擰入場合為電瓶接線柱、管夾、線夾、散熱器防塵網(wǎng)、底封板時·其擰入深度可等于公稱直徑·鑄鐵鑄造后在基體內形成的石墨有膨脹作用，可減少鑄件體積的收縮·降低內應力·對振動的傳遞也能起削弱作用·有很好的抗振和吸振性能。如行走先導閥上的對渡塊、發(fā)動機支架、壓縮機支架為鑄鐵制作，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·當螺紋座的屈服強度過小時，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。部分材料的屈服強度與板厚有關·如Q235鋼材其板厚越厚，屈服強度越小，選材時應注意。若螺紋座的抗拉強度過小，當使用扭矩扳手旋緊時·會直接損傷螺紋·因此·關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自制加大勢片

旋緊螺栓時所用加大墊片不是標準件·且有嚴格的技術要求·因此只能自制。自制加大墊片材質一般為45號鋼·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·可能會導致變形·當自制加大墊片硬度達到HRC38以上時若要進行電化學鍍鋅，需經(jīng)過6h低溫(200°C )干燥處理，以防氫脆·然后進行中緩冷。將上述各項防松措施綜合運用在整機設計及裝配過程后·用戶反映·整機螺栓松動問題明顯減少，取得了良好的效果及經(jīng)濟效益。---三明挖掘機螺栓