前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的螺栓松脱在工程机械上预防措施探析，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
［摘要］以某款挖掘机上部平台为例，对生产和市场上反馈的螺栓松脱故障进行分析，制定改进措施并进行有效验证，有针对性的阐述几种实用的防松工艺技术在工程机械上的应用，有效控制了工程机械因螺栓松脱引起的停工停产，避免了潜在的安全事故发生。
［关键词］工程机械；螺栓松脱；预防措施
挖掘机作为工程机械之王，广泛应用于矿山、建筑、道路、港口和国防等工程领域，使用工况恶劣。使用过程中因振动、交变载荷冲击等因素导致螺栓松脱的现象频繁发生，直接影响设备的运转性能，降低其可靠性。轻者影响设备开工率造成直接经济损失，重者将带来严重的安全事故。鉴于此，本文通过分析挖掘机上部平台连接部件在生产和市场反馈中出现的螺栓松脱案例，从设计、制造、装配等方面提出几种常见的预防螺栓松脱的措施。
1设计
1.1增加垫套。目前螺栓装配过程中使用扭力扳手加力，在拧紧过程中，自身受轴向拉力作用，材料形变主要在弹性区，见图1。在工况恶劣的情况下，螺栓连接的部件相互振动、冲击，超过螺栓的屈服极限，螺栓发生塑性变形，导致预紧力消失，从而造成螺栓松脱。针对此情况，可以使用垫套达到增加螺栓长度的目的。长螺栓的柔性较大，即弹性形变较大，抗冲击能力强。通过加长螺栓，增加弹性形变量，利用自身的变形量抵消载荷冲击，进而保证螺栓必要的预紧力，避免螺栓松脱。此类方法主要用在油箱、立柱与平台固定上。垫套通常采用20#或45#钢，特殊工况下的部件采用40Cr和热处理，其设计参数如下L=（1.25～2.5）×d，D=（0.9～1.2）×e式中L为垫套长度；d为螺栓公称直径；D为垫套外径；e为螺栓头直径。
1.2采用正确的标准件组合。某型挖掘机采用螺栓+弹簧垫圈+平垫+焊接螺母，在试验过程中螺栓松脱频次很高，主要原因就是标准件组合错误。（1）弹簧垫圈。有文献表明弹簧垫圈对螺栓的防松性能较差［1］，而德国标准《紧固件.技术规范.第26部分：螺栓连接件用锥形弹簧垫圈》中规定，强度等级5.8及以下的螺栓连接中可以使用弹簧垫圈［2］。由于挖掘机上部机构相互连接的部件主要使用10.9级、M10或者M12高强度螺栓，对试验机整改的过程中取消弹簧垫圈。（2）平垫。经过对现场装机的垫片进行检查，发现采用的GB96平垫边缘已经翘起。有文献表明六角法兰面螺栓支承面摩擦力矩的等效直径更大，在受横向载荷的情况下具有更好的防松性能［3］。平垫的使用与六角法兰面类似，是为了增加支承面的等效直径，但由于平垫刚度不足，变形后反而减小支承面的等效直径，从而导致螺栓松脱。针对此情况，将垫片由3mm加厚至4.3mm，提高垫片的刚性，确保螺栓在使用规定的扭矩拧紧后垫片不变形。在市场走访过程中，发现某一挖掘机甚至将垫片加厚至5.8mm，正是基于此原因。（3）焊接螺母。GB/T3098.2-2000和GB/T13681.2-2010分别规定了10级螺母和焊接六角法兰螺母与10.9级螺栓匹配，其保证载荷为88500N。但实际生产中使用GB/T13681.2-1992的焊接螺母，其保证载荷为65300N，远远小于规定的保证载荷88500N，这也是导致螺栓松脱的主要原因。由于焊接六角法兰螺母需要的空间较大，受结构影响并考虑到成本因素，将普通焊接螺母更换为10级装配螺母。按照改进后的标准件组合方式螺栓+厚平垫+10级装配螺母对试验机进行整改，螺栓松脱频次下降，效果明显。
2制造
2.1采用浮动结构螺栓连接。挖掘机上部平台覆盖件主要由立柱、横梁、隔板、盖板以及发动机罩等组成。立柱和横梁作为骨架必须刚性连接，而隔板、盖板和发动机罩作为围板连接在立柱和横梁上。为确保美观，间隙是考虑的必要因素［4］。由于制造误差的存在，设计过程中需要考虑隔板、盖板的可调节性，从而将其设计成大圆孔或长孔。螺栓配合垫片装配后，支承面的等效直径减小，从而引发螺栓松脱。隔板、盖板等部件属于围板类，主要作用是密封发动机舱、降噪、保护电气元件免遭雨水侵蚀，实际工作中部件存在相互运动不影响功能的实现。所以此类部件的连接方式建议采用浮动结构螺栓连接，如图2所示。浮动结构螺栓连接的防松原理是：树脂垫片作为耐磨材料处于平垫和连接板中间，连接板与被连接板相互运动产生的径向力不会传递至螺栓上，螺栓预紧轴力始终作用在被连接板的T型套上，预紧轴力不会消失，螺栓也就不会松脱。CAT390F的盖板就是采用类似的结构。
2.2控制被连接件变形。在螺纹连接中，被连接件与连接件无法完全贴合。螺栓拧紧的过程中，被连接件产生塑性变形，在工作状态下，塑性变形继续扩大，预紧力将会减小甚至消失，从而导致螺栓松脱。此类主要发生在挖掘机上部平台覆盖件的立柱与平台、盖板等部件连接处。
3装配
3.1多次紧固。预紧力随着时间的推移或者温度载荷作用，经过一段时间的间隔，出现一定程度的下降，称之为预紧力松弛［5］。松弛是导致螺栓松脱的主要原因之一。对刚装配完的整机进行力矩检测，发现某些部位的螺栓还需拧紧45°～60°针对此类情况，通常进行2～3次拧紧拧松循环可大大降低沉陷对预紧力松弛的影响。对于自锁型紧固件，应注意多次紧固会导致自锁力矩降低。除此之外，还可以通过加厚垫片、增加螺栓长度达到减小沉陷的影响。
3.2涂覆紧固胶。除了松弛外，松动也是导致螺栓松脱的主要原因。由于摩擦角大于螺纹升角，静态下，螺栓不会自转松动。当在交变载荷作用下，螺纹副产生微观滑动，摩擦系数由相对较高的静摩擦变成相对较低的动摩擦，此时作用在螺纹上的轴向力将产生一个螺栓松动的分力，导致螺栓松动。涂覆厌氧性螺纹紧固胶是一种防止螺栓自转松动的简单有效的措施，其原理就是通过将紧固胶填充到螺纹副间隙中使内外螺纹粘接在一起，防止螺纹副产生相对滑动。有文献表明，粗牙螺栓的松脱力矩约为拧紧力矩的80%，细牙螺栓的松脱力矩约为拧紧力矩的85%［6］。经过试验，涂覆紧固胶的螺栓松脱力矩大于拧紧力矩，不同强度的紧固胶所产生的松脱力矩不一样，需要根据生产节奏、强度要求、工件材料、工作环境选择不同的紧固胶［7］。例如挖掘机上部平台配重安装部位属于重点控制部位，配重螺栓涂覆北京天山公司生产的牌号为1277的螺纹紧固胶。
4结束语
本文主要讲述挖掘机上部平台覆盖件经常采用的预防螺栓松脱的措施，虽然没有完全根除螺栓松脱，但较改进之前效果明显。螺栓防松措施多种多样，除了上述讲述的措施外，还可以采用双螺母对顶、六角法兰带齿螺栓、尼龙圈锁紧螺母或螺栓、螺母配合开口销、增加止动垫圈、螺母拧紧后铆接、点焊等措施［8］，不同部位根据不同工况以及所处的不同环境选择不同的防松措施。总之，尽量提高螺栓连接的可靠性，才能保证设备的安全运行。
作者:任增辉 曹健榕 蔡佩龙 单位:广西柳工机械股份有限公司 津工程机械研究院