挖掘機螺栓松動原因分析及預防措施

挖掘機工況惡劣，作業時振動很大，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，每隔一定周期應檢查、緊固某些關鍵部位螺栓。但這種方法無法杜絕螺栓松動，且很多關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。本文結合挖掘機螺栓松動的典型案例，從剛度、振動、螺紋防松結構、預緊力、材料等方面探討螺栓松動原因，并提出預防措施。

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，應力變化幅越小，螺栓發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，可減小應力變化幅；
當被連接件剛度、螺栓剛度均不變時，通過增大預緊力來增大工作拉力，也可減小應力變化幅。
適度增加螺栓長度，可減小螺栓剛度。如在回轉支承、配重、履帶護板、駕駛室防護網等處，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（發動機）往周圍傳播的過程中，振動越容易被放大，所產生的應力幅越大。相反，機架剛度越大，整機穩定性則越好，相同條件下應力變化幅也越小。
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，螺栓松動現象加重。通過單方面調整減振器，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、沖擊多次往復作用以后，就會造成螺栓松動。挖掘機振動部分包括發動機產生的振動和挖掘機作業產生的振動。
（1）發動機產生的振動
從發動機傳遞到整機的振動，與發動機懸掛系統的布置、減振器的類型有關。如某47t級挖掘機配置了康明斯QSM11型發動機。原設計發動機采用3點支撐，即風扇端設置1處支撐，飛輪端設置2處支撐。在2000h挖掘試驗中，該機螺栓松動嚴重。通過調整減振器的軸向剛度后，改善了軸向加速度和振幅，但是出現橫向沖擊擺動，造成風扇護罩多次被打掉。
為此，將發動機3點支撐改為4點支撐，即將風扇端設置了1塊轉接板，其中間與發動機自帶支架連接，兩端再通過減振器與機架連接。改進后進行了測試，從測試數據來看，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，發動機受沖擊時，減振器與機架板之間會產生間隙，減振器會因摩擦而損壞；同時也會影響減振器的徑向剛度，引起發動機擺動。
（2）作業產生的振動
挖掘機作業產生的振動與液壓系統匹配、整機穩定性有關，也受司機操作習慣的影響。液壓系統的影響主要分為2個方面：液壓系統啟閉時的瞬間振動，以及協調性不佳給整機造成的沖擊振動。
液壓系統啟閉時瞬間振動液壓系統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單向節流閥，以在斗桿內收和動臂下降的回油路上節流。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流閥。但是，此種節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。
液壓系統的沖擊振動若挖掘機液壓系統的協調性不好，會給挖掘機帶來沖擊振動。改進挖掘機協調性，主要從主閥芯規格、優先閥節流孔的通徑與數量、電磁閥等方面考慮。
挖掘機液壓系統產生的沖擊振動，還與整機結構的穩定性有關。需要校核挖掘機配重的質量、重心位置等。此外，工作裝置銷軸和擋板螺栓、工作裝置液壓系統管夾螺栓、支重輪螺栓、回轉支承螺栓松動等問題均與液壓系統的沖擊振動有關。
3、螺栓防松方法
螺栓連接常用的防松方法有：摩擦防松、機械防松、科銳特螺栓防松方法。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，尤其是挖掘機內部不易檢查的螺紋連接，應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程中通過擠壓達到對震動及沖擊的相對阻力，可拆裝反復使用，使螺栓有防松和防漏的效果。提高提高生產效率，減低生產成本，使用范圍廣泛，任何形狀的螺絲皆可處理；質量輕，不生銹；可反復拆卸使用；；螺栓防松性能穩定。