挖掘機維修螺栓松動原因分析及預(yù)防措施
新疆挖掘機維修維修螺栓松動原因分析及預(yù)防措施，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(yīng)檢查、緊固某些關(guān)鍵部位螺栓。但這種方法無法杜絕螺栓松動，且很多關(guān)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(jié)合挖掘機螺栓松動的典型案例，從剛度、振動、螺紋防松結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力、材料等方面探討螺栓松動原因，并提出預(yù)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(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。當工作拉力不變時，通過減小螺栓剛度，可減小應(yīng)力變化幅；當被連接件剛度、螺栓剛度均不變時，通過增大預(yù)緊力來增大工作拉力，也可減小應(yīng)力變化幅。適度增加螺栓長度，可減小螺栓剛度。如在回轉(zhuǎn)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。
（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(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(yīng)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(yīng)力變化幅也越小。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(diào)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(fù)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(guān)。如某 47t 級挖掘機配置了康明斯 QSM11 型發(fā)動機。原設(shè)計發(fā)動機采用 3 點支撐，即風扇端設(shè)置 1 處支撐，飛輪端設(shè)置 2 處支撐。在 2000h 挖掘試驗中，該機螺栓松動嚴重。通過調(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，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(shè)置了 1 塊轉(zhuǎn)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。
（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(guān)，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(diào)性不佳給整機造成的沖擊振動。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(shè)單向節(jié)流閥，以在斗桿內(nèi)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(shè)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(shè)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(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(diào)性不好，會給挖掘機帶來沖擊振動。改進挖掘機協(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。挖掘機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊振動，還與整機結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)。需要校核挖掘機配重的質(zhì)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(zhuǎn)支承螺栓松動等問題均與液壓系統(tǒng)的沖擊振動有關(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(nèi)部不易檢查的螺紋連接，應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，適用于平穩(wěn)、低速、重載等固定連接場合。可用于挖掘機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、M10、M12 的螺栓，均為彈簧墊加平墊防松結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(yīng)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。
（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）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(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(zhuǎn)馬達、行走馬達、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，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“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)適當增大預(yù)緊力可減小應(yīng)力變化幅。但預(yù)緊力不宜過大，必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。這是因為預(yù)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(yīng)力（預(yù)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(yù)緊力為 675MPa。當使用扭矩扳手時，理論上擰緊力矩 T 與預(yù)緊力 F 有如下關(guān)系：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(guān)。當使用套筒扳手、普通扳手時，擰緊力矩應(yīng)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。
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(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(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(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。
（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(guān)，如 Q235 鋼材，其板厚越厚，屈服強度越小，選材時應(yīng)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(guān)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(shù)要求，因此只能自制。自制加大墊片材質(zhì)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(jīng)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(shè)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。