挖掘機(jī)螺栓松動(dòng)原因分析及預(yù)防措

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huan。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。

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。
（1）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。
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。
（2）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。
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。
某小型挖掘機(jī)整機(jī)由5、5t*升到7t*時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室及機(jī)架都沿用了5、5t*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。
2、振動(dòng)
挖掘機(jī)螺栓一般采用普通螺紋，其螺紋升角小于螺紋副的當(dāng)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(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*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)。
（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)。
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)操作的舒適性，且不會(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、螺栓防松方法
螺栓連接常用的防松方法有：摩擦防松、機(jī)械防松、科銳特螺栓防松方法。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)采用科銳特螺栓防松方法。科銳特螺栓防松方法——利用原材料的反作用力，使螺栓和螺母在鎖緊過(guò)程中通過(guò)擠壓達(dá)到對(duì)震動(dòng)及沖擊的相對(duì)阻力，可拆裝反復(fù)使用，使螺栓有防松和防漏的效果。提高提高生產(chǎn)效率，減低生產(chǎn)成本，使用范圍廣泛，任何形狀的螺絲皆可處理；質(zhì)量輕，不生銹；可反復(fù)拆卸使用；；螺栓防松性能穩(wěn)定。