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［摘要］以某款挖掘機(jī)上部平臺(tái)為例，對(duì)生產(chǎn)和市場(chǎng)上反饋的螺栓松脫故障進(jìn)行分析，制定改進(jìn)措施并進(jìn)行有效驗(yàn)證，有針對(duì)性的闡述幾種實(shí)用的防松工藝技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用，有效控制了工程機(jī)械因螺栓松脫引起的停工停產(chǎn)，避免了潛在的安全事故發(fā)生。

［關(guān)鍵詞］工程機(jī)械；螺栓松脫；預(yù)防措施

挖掘機(jī)作為工程機(jī)械之王，廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、道路、港口和國(guó)防等工程領(lǐng)域，使用工況惡劣。使用過程中因振動(dòng)、交變載荷沖擊等因素導(dǎo)致螺栓松脫的現(xiàn)象頻繁發(fā)生，直接影響設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，降低其可靠性。輕者影響設(shè)備開工率造成直接經(jīng)濟(jì)損失，重者將帶來嚴(yán)重的安全事故。鑒于此，本文通過分析挖掘機(jī)上部平臺(tái)連接部件在生產(chǎn)和市場(chǎng)反饋中出現(xiàn)的螺栓松脫案例，從設(shè)計(jì)、制造、裝配等方面提出幾種常見的預(yù)防螺栓松脫的措施。

1設(shè)計(jì)

1.1增加墊套。目前螺栓裝配過程中使用扭力扳手加力，在擰緊過程中，自身受軸向拉力作用，材料形變主要在彈性區(qū)，見圖1。在工況惡劣的情況下，螺栓連接的部件相互振動(dòng)、沖擊，超過螺栓的屈服極限，螺栓發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致預(yù)緊力消失，從而造成螺栓松脫。針對(duì)此情況，可以使用墊套達(dá)到增加螺栓長(zhǎng)度的目的。長(zhǎng)螺栓的柔性較大，即彈性形變較大，抗沖擊能力強(qiáng)。通過加長(zhǎng)螺栓，增加彈性形變量，利用自身的變形量抵消載荷沖擊，進(jìn)而保證螺栓必要的預(yù)緊力，避免螺栓松脫。此類方法主要用在油箱、立柱與平臺(tái)固定上。墊套通常采用20#或45#鋼，特殊工況下的部件采用40Cr和熱處理，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下L=（1.25～2.5）×d，D=（0.9～1.2）×e式中L為墊套長(zhǎng)度；d為螺栓公稱直徑；D為墊套外徑；e為螺栓頭直徑。

1.2采用正確的標(biāo)準(zhǔn)件組合。某型挖掘機(jī)采用螺栓+彈簧墊圈+平墊+焊接螺母，在試驗(yàn)過程中螺栓松脫頻次很高，主要原因就是標(biāo)準(zhǔn)件組合錯(cuò)誤。（1）彈簧墊圈。有文獻(xiàn)表明彈簧墊圈對(duì)螺栓的防松性能較差［1］，而德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《緊固件.技術(shù)規(guī)范.第26部分：螺栓連接件用錐形彈簧墊圈》中規(guī)定，強(qiáng)度等級(jí)5.8及以下的螺栓連接中可以使用彈簧墊圈［2］。由于挖掘機(jī)上部機(jī)構(gòu)相互連接的部件主要使用10.9級(jí)、M10或者M(jìn)12高強(qiáng)度螺栓，對(duì)試驗(yàn)機(jī)整改的過程中取消彈簧墊圈。（2）平墊。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)的墊片進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)采用的GB96平墊邊緣已經(jīng)翹起。有文獻(xiàn)表明六角法蘭面螺栓支承面摩擦力矩的等效直徑更大，在受橫向載荷的情況下具有更好的防松性能［3］。平墊的使用與六角法蘭面類似，是為了增加支承面的等效直徑，但由于平墊剛度不足，變形后反而減小支承面的等效直徑，從而導(dǎo)致螺栓松脫。針對(duì)此情況，將墊片由3mm加厚至4.3mm，提高墊片的剛性，確保螺栓在使用規(guī)定的扭矩?cái)Q緊后墊片不變形。在市場(chǎng)走訪過程中，發(fā)現(xiàn)某一挖掘機(jī)甚至將墊片加厚至5.8mm，正是基于此原因。（3）焊接螺母。GB/T3098.2-2000和GB/T13681.2-2010分別規(guī)定了10級(jí)螺母和焊接六角法蘭螺母與10.9級(jí)螺栓匹配，其保證載荷為88500N。但實(shí)際生產(chǎn)中使用GB/T13681.2-1992的焊接螺母，其保證載荷為65300N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定的保證載荷88500N，這也是導(dǎo)致螺栓松脫的主要原因。由于焊接六角法蘭螺母需要的空間較大，受結(jié)構(gòu)影響并考慮到成本因素，將普通焊接螺母更換為10級(jí)裝配螺母。按照改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)件組合方式螺栓+厚平墊+10級(jí)裝配螺母對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行整改，螺栓松脫頻次下降，效果明顯。

2制造

2.1采用浮動(dòng)結(jié)構(gòu)螺栓連接。挖掘機(jī)上部平臺(tái)覆蓋件主要由立柱、橫梁、隔板、蓋板以及發(fā)動(dòng)機(jī)罩等組成。立柱和橫梁作為骨架必須剛性連接，而隔板、蓋板和發(fā)動(dòng)機(jī)罩作為圍板連接在立柱和橫梁上。為確保美觀，間隙是考慮的必要因素［4］。由于制造誤差的存在，設(shè)計(jì)過程中需要考慮隔板、蓋板的可調(diào)節(jié)性，從而將其設(shè)計(jì)成大圓孔或長(zhǎng)孔。螺栓配合墊片裝配后，支承面的等效直徑減小，從而引發(fā)螺栓松脫。隔板、蓋板等部件屬于圍板類，主要作用是密封發(fā)動(dòng)機(jī)艙、降噪、保護(hù)電氣元件免遭雨水侵蝕，實(shí)際工作中部件存在相互運(yùn)動(dòng)不影響功能的實(shí)現(xiàn)。所以此類部件的連接方式建議采用浮動(dòng)結(jié)構(gòu)螺栓連接，如圖2所示。浮動(dòng)結(jié)構(gòu)螺栓連接的防松原理是：樹脂墊片作為耐磨材料處于平墊和連接板中間，連接板與被連接板相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的徑向力不會(huì)傳遞至螺栓上，螺栓預(yù)緊軸力始終作用在被連接板的T型套上，預(yù)緊軸力不會(huì)消失，螺栓也就不會(huì)松脫。CAT390F的蓋板就是采用類似的結(jié)構(gòu)。

2.2控制被連接件變形。在螺紋連接中，被連接件與連接件無法完全貼合。螺栓擰緊的過程中，被連接件產(chǎn)生塑性變形，在工作狀態(tài)下，塑性變形繼續(xù)擴(kuò)大，預(yù)緊力將會(huì)減小甚至消失，從而導(dǎo)致螺栓松脫。此類主要發(fā)生在挖掘機(jī)上部平臺(tái)覆蓋件的立柱與平臺(tái)、蓋板等部件連接處。

3裝配

3.1多次緊固。預(yù)緊力隨著時(shí)間的推移或者溫度載荷作用，經(jīng)過一段時(shí)間的間隔，出現(xiàn)一定程度的下降，稱之為預(yù)緊力松弛［5］。松弛是導(dǎo)致螺栓松脫的主要原因之一。對(duì)剛裝配完的整機(jī)進(jìn)行力矩檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)某些部位的螺栓還需擰緊45°～60°針對(duì)此類情況，通常進(jìn)行2～3次擰緊擰松循環(huán)可大大降低沉陷對(duì)預(yù)緊力松弛的影響。對(duì)于自鎖型緊固件，應(yīng)注意多次緊固會(huì)導(dǎo)致自鎖力矩降低。除此之外，還可以通過加厚墊片、增加螺栓長(zhǎng)度達(dá)到減小沉陷的影響。

3.2涂覆緊固膠。除了松弛外，松動(dòng)也是導(dǎo)致螺栓松脫的主要原因。由于摩擦角大于螺紋升角，靜態(tài)下，螺栓不會(huì)自轉(zhuǎn)松動(dòng)。當(dāng)在交變載荷作用下，螺紋副產(chǎn)生微觀滑動(dòng)，摩擦系數(shù)由相對(duì)較高的靜摩擦變成相對(duì)較低的動(dòng)摩擦，此時(shí)作用在螺紋上的軸向力將產(chǎn)生一個(gè)螺栓松動(dòng)的分力，導(dǎo)致螺栓松動(dòng)。涂覆厭氧性螺紋緊固膠是一種防止螺栓自轉(zhuǎn)松動(dòng)的簡(jiǎn)單有效的措施，其原理就是通過將緊固膠填充到螺紋副間隙中使內(nèi)外螺紋粘接在一起，防止螺紋副產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。有文獻(xiàn)表明，粗牙螺栓的松脫力矩約為擰緊力矩的80%，細(xì)牙螺栓的松脫力矩約為擰緊力矩的85%［6］。經(jīng)過試驗(yàn)，涂覆緊固膠的螺栓松脫力矩大于擰緊力矩，不同強(qiáng)度的緊固膠所產(chǎn)生的松脫力矩不一樣，需要根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏、強(qiáng)度要求、工件材料、工作環(huán)境選擇不同的緊固膠［7］。例如挖掘機(jī)上部平臺(tái)配重安裝部位屬于重點(diǎn)控制部位，配重螺栓涂覆北京天山公司生產(chǎn)的牌號(hào)為1277的螺紋緊固膠。

4結(jié)束語

本文主要講述挖掘機(jī)上部平臺(tái)覆蓋件經(jīng)常采用的預(yù)防螺栓松脫的措施，雖然沒有完全根除螺栓松脫，但較改進(jìn)之前效果明顯。螺栓防松措施多種多樣，除了上述講述的措施外，還可以采用雙螺母對(duì)頂、六角法蘭帶齒螺栓、尼龍圈鎖緊螺母或螺栓、螺母配合開口銷、增加止動(dòng)墊圈、螺母擰緊后鉚接、點(diǎn)焊等措施［8］，不同部位根據(jù)不同工況以及所處的不同環(huán)境選擇不同的防松措施。總之，盡量提高螺栓連接的可靠性，才能保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

作者:任增輝 曹健榕 蔡佩龍 單位:廣西柳工機(jī)械股份有限公司 津工程機(jī)械研究院