小型挖掘機(jī)的作業(yè)環(huán)境非常惡劣，作業(yè)時(shí)振動(dòng)很大，它的工作裝置、銷軸、擋板、支重輪、車身附件等處的螺栓很容易松動(dòng)。因此，各主機(jī)廠的使用說(shuō)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(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)，存在較大安全隱患。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)）往周圍傳播的過(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 級(jí)升到 7t 級(jí)時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室及機(jī)架都沿用了 5.5t 級(jí)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、減振器的類型有關(guān)。如某 47t 級(jí)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)給小型挖掘機(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. 螺紋防松結(jié)構(gòu)

螺紋連接常用的防松方法有：摩擦防松、機(jī)械防松、破壞螺旋副防松。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)采用機(jī)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(jiǎn)單，適用于平穩(wěn)、低速、重載等固定連接場(chǎng)合。可用于挖掘機(jī)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(dòng)的作用下容易松脫。某型號(hào)挖掘機(jī)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(jī)工作不到 500h 就有很多螺栓松動(dòng)。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(shí)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(huì)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(jī)天線、照明燈等較小尺寸的螺紋副。

（2）機(jī)械防松

機(jī)械防松一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)減振器螺栓。將螺母焊接在一塊折彎的支架上，通過(guò)支架折彎邊的限位來(lái)達(dá)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(dòng)。螺紋緊固膠用于重要部位的螺栓，如支重輪、鏈輪、發(fā)動(dòng)機(jī)支座、發(fā)動(dòng)機(jī)減振器、駕駛室底板架、駕駛室減振器、配重、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走馬達(dá)、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(jí)，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(dāng)

增大預(yù)緊力可減小應(yīng)力變化幅。但預(yù)緊力不宜過(guò)大，必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。這是因?yàn)轭A(yù)緊力過(guò)大將造成螺栓強(qiáng)度達(dá)到屈服點(diǎn)。使用扭矩扳手緊固螺栓時(shí)，螺栓承受的應(yīng)力（預(yù)緊力）一般為螺栓屈服強(qiáng)度的 75%。如 10.9 級(jí)的螺栓，抗拉強(qiáng)度為 1000MPa，屈服強(qiáng)度為 900MPa，則預(yù)緊力為 675MPa。當(dāng)使用扭矩扳手時(shí)，理論上擰緊力矩 T 與預(yù)緊力 F 有如下關(guān)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(guān)。

當(dāng)使用套筒扳手、普通扳手時(shí)，擰緊力矩應(yīng)比使用扭矩扳手時(shí)略小。

（3）緊固后的處置

當(dāng)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(biāo)記。一旦螺栓松動(dòng)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(biāo)記再次重合。

5. 材料

（1）被緊固件

螺栓擰入被緊固件時(shí)，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(dāng)螺栓公稱直徑小于 12mm，且擰入場(chǎng)合為電瓶接線柱、管夾、線夾、散熱器防塵網(wǎng)、底封板時(shí)，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(duì)振動(dòng)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(dǎo)閥上的過(guò)渡塊、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、壓縮機(jī)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(dāng)螺紋座的屈服強(qiáng)度過(guò)小時(shí)，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(dòng)。部分材料的屈服強(qiáng)度與板厚有關(guān)，如 Q235 鋼材，其板厚越厚，屈服強(qiáng)度越小，選材時(shí)應(yīng)注意。若螺紋座的抗拉強(qiáng)度過(guò)小，當(dāng)使用扭矩扳手旋緊時(shí)，會(huì)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(shí)所用加大墊片不是標(biāo)準(zhǔn)件，且有嚴(yán)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(hào)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(huì)導(dǎo)致變形。當(dāng)自制加大墊片硬度達(dá)到 HRC38 以上時(shí)，若要進(jìn)行電化學(xué)鍍鋅，需經(jīng)過(guò) 6h 低溫（200℃）干燥處理，以防氫脆，然后進(jìn)行爐中緩冷。將上述各項(xiàng)防松措施綜合運(yùn)用在整機(jī)設(shè)計(jì)及裝配過(guò)程后，用戶反映，整機(jī)螺栓松動(dòng)問(wèn)題明顯減少，取得了良好的效果及經(jīng)濟(jì)效益。

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