挖掘机螺栓松动原因分析及预防措

挖掘机工况恶劣，作业时振动很大，其工作装置、销轴、挡板、支重轮、车身附件等处的螺栓容易松动。因此，各主机厂的使用说明书中明确要求，每隔一定周期应检查、紧固某些关键部位螺栓。但这种方法无法杜绝螺栓松动，且很多关键部位螺栓在检查紧固周期之前就已松动，存在较大安全隐huan。引起螺栓松动的原因是多方面的，需要从各个方面同时加以控制。本文结合挖掘机螺栓松动的典型案例，从刚度、振动、螺纹防松结构、预紧力、材料等方面探讨螺栓松动原因，并提出预防措施。

1、刚度
本文所说的刚度，包括螺栓（紧固件）刚度和机架（被紧固件）刚度2个方面。
（1）螺栓刚度
螺栓在承受轴向变载荷时，在紧固力不变的条件下，应力变化幅越小，螺栓发生疲劳断裂的可能性越小，连接的可靠性越高。当工作拉力不变时，通过减小螺栓刚度，可减小应力变化幅；
当被连接件刚度、螺栓刚度均不变时，通过增大预紧力来增大工作拉力，也可减小应力变化幅。
适度增加螺栓长度，可减小螺栓刚度。如在回转支承、配重、履带护板、驾驶室防护网等处，可使用长螺栓，以减小螺栓刚度。
（2）机架刚度
通过取消垫片、使用刚度较大的垫片等方法可提高机架（被紧固件）刚度。如行走先导阀采用过渡块与行走踏板组件连接，过渡块可直接用螺栓拧紧。
机架刚度越小，振动从激振源（发动机）往周围传播的过程中，振动越容易被放大，所产生的应力幅越大。相反，机架刚度越大，整机稳定性则越好，相同条件下应力变化幅也越小。
某小型挖掘机整机由5、5t*升到7t*时，其发动机、驾驶室及机架都沿用了5、5t*的，其隔振效果变差，整机振动加大，螺栓松动现象加重。通过单方面调整减振器，效果不明显。后通过将机架加强，问题得到解决。
2、振动
挖掘机螺栓一般采用普通螺纹，其螺纹升角小于螺纹副的当量摩擦角，以满足螺纹副自锁条件。螺栓拧紧后，螺栓头部和螺母支撑面的摩擦力也有防松作用。但是当螺栓安装在振动、冲击等变载荷的机件上，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失。振动、冲击多次往复作用以后，就会造成螺栓松动。挖掘机振动部分包括发动机产生的振动和挖掘机作业产生的振动。
（1）发动机产生的振动
从发动机传递到整机的振动，与发动机悬挂系统的布置、减振器的类型有关。如某47t*挖掘机配置了康明斯QSM11型发动机。原设计发动机采用3点支撑，即风扇端设置1处支撑，飞轮端设置2处支撑。在2000h挖掘试验中，该机螺栓松动严重。通过调整减振器的轴向刚度后，改善了轴向加速度和振幅，但是出现横向冲击摆动，造成风扇护罩多次被打掉。
为此，将发动机3点支撑改为4点支撑，即将风扇端设置了1块转接板，其中间与发动机自带支架连接，两端再通过减振器与机架连接。改进后进行了测试，从测试数据来看，4点支撑与3点支撑相比，风扇端的隔振率提高了近1倍，飞轮端的隔振率也有小幅提高。
发动机减振器橡胶硬度、机架板厚、拧紧力矩也会影响隔振率。一般可通过降低减振器的轴向刚度来降低自振频率，以得到更好的隔振效果。但过多降低减振器轴向刚度，发动机受冲击时，减振器与机架板之间会产生间隙，减振器会因摩擦而损坏；同时也会影响减振器的径向刚度，引起发动机摆动。
（2）作业产生的振动
挖掘机作业产生的振动与液压系统匹配、整机稳定性有关，也受司机操作习惯的影响。液压系统的影响主要分为2个方面：液压系统启闭时的瞬间振动，以及协调性不佳给整机造成的冲击振动。
液压系统启闭时瞬间振动液压系统启闭瞬间可给整机造成振动。减轻该振动，可从高压油路和先导油路2个方面进行控制。在动臂和斗杆高压油路增设单向节流阀，以在斗杆内收和动臂下降的回油路上节流。通过增加回油背压，提高泵的负载，降低泵的排量，达到降速的目的。此种方式，主要用在挖掘机加长臂等特殊工作装置上。
在先导油路增设缓冲阀，可减轻司机进行紧急停止时给挖掘机造成的振动，而在正常操纵时不起缓冲作用。因此，增设缓冲阀可提高司机操作的舒适性，且不会降低工作效率。若兼顾成本，可考虑使用隔板式先导单向节流阀。但是，此种节流阀受液压油黏度影响较大，冬季液压油黏度大时，使用效果较差。
液压系统的冲击振动若挖掘机液压系统的协调性不好，会给挖掘机带来冲击振动。改进挖掘机协调性，主要从主阀芯规格、优先阀节流孔的通径与数量、电磁阀等方面考虑。
挖掘机液压系统产生的冲击振动，还与整机结构的稳定性有关。需要校核挖掘机配重的质量、重心位置等。此外，工作装置销轴和挡板螺栓、工作装置液压系统管夹螺栓、支重轮螺栓、回转支承螺栓松动等问题均与液压系统的冲击振动有关。
3、螺栓防松方法
螺栓连接常用的防松方法有：摩擦防松、机械防松、科锐特螺栓防松方法。一般而言，摩擦防松简单、方便，但不够可靠。重要部位的螺纹连接，尤其是挖掘机内部不易检查的螺纹连接，应采用科锐特螺栓防松方法。科锐特螺栓防松方法——利用原材料的反作用力，使螺栓和螺母在锁紧过程中通过挤压达到对震动及冲击的相对阻力，可拆装反复使用，使螺栓有防松和防漏的效果。提高提高生产效率，减低生产成本，使用范围广泛，任何形状的螺丝皆可处理；质量轻，不生锈；可反复拆卸使用；；螺栓防松性能稳定。