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挖掘機螺栓松動原因分析及預防措

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最后更新: 2021-05-10
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挖掘機螺栓松動原因分析及預防措

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huan。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*升到7t*時,其發動機、駕駛室及機架都沿用了5、5t*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*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。




 
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