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［摘要］以某款挖掘機上部平臺為例，對生產和市場上反饋的螺栓松脫故障進行分析，制定改進措施并進行有效驗證，有針對性的闡述幾種實用的防松工藝技術在工程機械上的應用，有效控制了工程機械因螺栓松脫引起的停工停產，避免了潛在的安全事故發生。

［關鍵詞］工程機械；螺栓松脫；預防措施

挖掘機作為工程機械之王，廣泛應用于礦山、建筑、道路、港口和國防等工程領域，使用工況惡劣。使用過程中因振動、交變載荷沖擊等因素導致螺栓松脫的現象頻繁發生，直接影響設備的運轉性能，降低其可靠性。輕者影響設備開工率造成直接經濟損失，重者將帶來嚴重的安全事故。鑒于此，本文通過分析挖掘機上部平臺連接部件在生產和市場反饋中出現的螺栓松脫案例，從設計、制造、裝配等方面提出幾種常見的預防螺栓松脫的措施。

1設計

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，見圖1。在工況惡劣的情況下，螺栓連接的部件相互振動、沖擊，超過螺栓的屈服極限，螺栓發生塑性變形，導致預緊力消失，從而造成螺栓松脫。針對此情況，可以使用墊套達到增加螺栓長度的目的。長螺栓的柔性較大，即彈性形變較大，抗沖擊能力強。通過加長螺栓，增加彈性形變量，利用自身的變形量抵消載荷沖擊，進而保證螺栓必要的預緊力，避免螺栓松脫。此類方法主要用在油箱、立柱與平臺固定上。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，其設計參數如下L=（1.25～2.5）×d，D=（0.9～1.2）×e式中L為墊套長度；d為螺栓公稱直徑；D為墊套外徑；e為螺栓頭直徑。

1.2采用正確的標準件組合。某型挖掘機采用螺栓+彈簧墊圈+平墊+焊接螺母，在試驗過程中螺栓松脫頻次很高，主要原因就是標準件組合錯誤。（1）彈簧墊圈。有文獻表明彈簧墊圈對螺栓的防松性能較差［1］，而德國標準《緊固件.技術規范.第26部分：螺栓連接件用錐形彈簧墊圈》中規定，強度等級5.8及以下的螺栓連接中可以使用彈簧墊圈［2］。由于挖掘機上部機構相互連接的部件主要使用10.9級、M10或者M12高強度螺栓，對試驗機整改的過程中取消彈簧墊圈。（2）平墊。經過對現場裝機的墊片進行檢查，發現采用的GB96平墊邊緣已經翹起。有文獻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，從而導致螺栓松脫。針對此情況，將墊片由3mm加厚至4.3mm，提高墊片的剛性，確保螺栓在使用規定的扭矩擰緊后墊片不變形。在市場走訪過程中，發現某一挖掘機甚至將墊片加厚至5.8mm，正是基于此原因。（3）焊接螺母。GB/T3098.2-2000和GB/T13681.2-2010分別規定了10級螺母和焊接六角法蘭螺母與10.9級螺栓匹配，其保證載荷為88500N。但實際生產中使用GB/T13681.2-1992的焊接螺母，其保證載荷為65300N，遠遠小于規定的保證載荷88500N，這也是導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，受結構影響并考慮到成本因素，將普通焊接螺母更換為10級裝配螺母。按照改進后的標準件組合方式螺栓+厚平墊+10級裝配螺母對試驗機進行整改，螺栓松脫頻次下降，效果明顯。

2制造

2.1采用浮動結構螺栓連接。挖掘機上部平臺覆蓋件主要由立柱、橫梁、隔板、蓋板以及發動機罩等組成。立柱和橫梁作為骨架必須剛性連接，而隔板、蓋板和發動機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，設計過程中需要考慮隔板、蓋板的可調節性，從而將其設計成大圓孔或長孔。螺栓配合墊片裝配后，支承面的等效直徑減小，從而引發螺栓松脫。隔板、蓋板等部件屬于圍板類，主要作用是密封發動機艙、降噪、保護電氣元件免遭雨水侵蝕，實際工作中部件存在相互運動不影響功能的實現。所以此類部件的連接方式建議采用浮動結構螺栓連接，如圖2所示。浮動結構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動產生的徑向力不會傳遞至螺栓上，螺栓預緊軸力始終作用在被連接板的T型套上，預緊軸力不會消失，螺栓也就不會松脫。CAT390F的蓋板就是采用類似的結構。

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，被連接件產生塑性變形，在工作狀態下，塑性變形繼續擴大，預緊力將會減小甚至消失，從而導致螺栓松脫。此類主要發生在挖掘機上部平臺覆蓋件的立柱與平臺、蓋板等部件連接處。

3裝配

3.1多次緊固。預緊力隨著時間的推移或者溫度載荷作用，經過一段時間的間隔，出現一定程度的下降，稱之為預緊力松弛［5］。松弛是導致螺栓松脫的主要原因之一。對剛裝配完的整機進行力矩檢測，發現某些部位的螺栓還需擰緊45°～60°針對此類情況，通常進行2～3次擰緊擰松循環可大大降低沉陷對預緊力松弛的影響。對于自鎖型緊固件，應注意多次緊固會導致自鎖力矩降低。除此之外，還可以通過加厚墊片、增加螺栓長度達到減小沉陷的影響。

3.2涂覆緊固膠。除了松弛外，松動也是導致螺栓松脫的主要原因。由于摩擦角大于螺紋升角，靜態下，螺栓不會自轉松動。當在交變載荷作用下，螺紋副產生微觀滑動，摩擦系數由相對較高的靜摩擦變成相對較低的動摩擦，此時作用在螺紋上的軸向力將產生一個螺栓松動的分力，導致螺栓松動。涂覆厭氧性螺紋緊固膠是一種防止螺栓自轉松動的簡單有效的措施，其原理就是通過將緊固膠填充到螺紋副間隙中使內外螺紋粘接在一起，防止螺紋副產生相對滑動。有文獻表明，粗牙螺栓的松脫力矩約為擰緊力矩的80%，細牙螺栓的松脫力矩約為擰緊力矩的85%［6］。經過試驗，涂覆緊固膠的螺栓松脫力矩大于擰緊力矩，不同強度的緊固膠所產生的松脫力矩不一樣，需要根據生產節奏、強度要求、工件材料、工作環境選擇不同的緊固膠［7］。例如挖掘機上部平臺配重安裝部位屬于重點控制部位，配重螺栓涂覆北京天山公司生產的牌號為1277的螺紋緊固膠。

4結束語

本文主要講述挖掘機上部平臺覆蓋件經常采用的預防螺栓松脫的措施，雖然沒有完全根除螺栓松脫，但較改進之前效果明顯。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、增加止動墊圈、螺母擰緊后鉚接、點焊等措施［8］，不同部位根據不同工況以及所處的不同環境選擇不同的防松措施。總之，盡量提高螺栓連接的可靠性，才能保證設備的安全運行。

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