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                          挖掘機螺栓松動原因及預防措施

                          信息來源:萊蕪魯中挖掘機培訓學校點擊:

                          挖掘機工況惡劣,作業時振動很大,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。

                          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。

                          (1)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。

                          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、駕駛室防護網等處,可使用長螺栓,以減小螺栓剛度。

                          (2)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。

                          機架剛度越小,振動從激振源(發動機)往周圍傳播的過程中,振動越容易被放大,所產生的應力幅越大。相反,機架剛度越大,整機穩定性則越好,相同條件下應力變化幅也越小。

                          挖掘機螺栓松動原因及預防措施

                          某小型挖掘機整機由 5.5t 級升到 7t 級時,其發動機、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。

                          2. 振動

                          挖掘機螺栓一般采用普通螺紋,其螺紋升角小于螺紋副的當量摩擦角,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動機產生的振動和挖掘機作業產生的振動。

                          (1)發動機產生的振動

                          從發動機傳遞到整機的振動,與發動機懸掛系統的布置、減振器的類型有關。如某 47t 級挖掘機配置了康明斯 QSM11 型發動機。原設計發動機采用 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,但是出現橫向沖擊擺動,造成風扇護罩多次被打掉。

                          為此,將發動機 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,從測試數據來看,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,發動機受沖擊時,減振器與機架板之間會產生間隙,減振器會因摩擦而損壞;同時也會影響減振器的徑向剛度,引起發動機擺動。

                          (2)作業產生的振動

                          挖掘機作業產生的振動與液壓系統匹配、整機穩定性有關,也受司機操作習慣的影響。液壓系統的影響主要分為 2 個方面:液壓系統啟閉時的瞬間振動,以及協調性不佳給整機造成的沖擊振動。

                          液壓系統啟閉時瞬間振動 液壓系統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流閥,以在斗桿內收和動臂下降的回油路上節流。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適性,且不會降低工作效率。若兼顧成本,可考慮使用隔板式先導單向節流閥。但是,此種節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。

                          液壓系統的沖擊振動 若挖掘機液壓系統的協調性不好,會給挖掘機帶來沖擊振動。改進挖掘機協調性,主要從主閥芯規格、閥節流孔的通徑與數量、電磁閥等方面考慮。

                          挖掘機液壓系統產生的沖擊振動,還與整機結構的穩定性有關。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的沖擊振動有關。

                          挖掘機螺栓松動原因及預防措施

                          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)摩擦防松

                          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、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、M10、M12 的螺栓,均為彈簧墊加平墊防松結構,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生彎曲應力。

                          自鎖螺母防松比較可靠,經多次拆裝后,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。

                          (2)機械防松

                          機械防松一般用于發動機減振器螺栓。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)破壞螺紋副防松

                          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、發動機支座、發動機減振器、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。當使用扭矩扳手時,理論上擰緊力矩 T 與預緊力 F 有如下關系:

                          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)緊固后的處置

                          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。一旦螺栓松動后,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。

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                          5. 材料

                          (1)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、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。如行走先導閥上的過渡塊、發動機支架、壓縮機支架為鑄鐵制作,其緊固螺栓的防松效果較好。

                          (2)螺紋座

                          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 Q345B,普通位置的螺紋座鋼材一般選用Q235B。

                          (3)自制加大墊片

                          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,熱處理方式為淬火加中溫回火。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,需經過 6h 低溫(200℃)干燥處理,以防氫脆,然后進行爐中緩冷。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濟效益。


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