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标准与技术

螺栓防松方法及运用分析

发布时间:2018-11-05   来源:艾法斯特   作者:葛晓宁,张金柱  

  近年来,螺栓连接被广泛地应用,有效解决了机械部件连接问题。从实践应用实际来说,受到循环载荷以及强振动等的作用影响,螺栓极易出现疲劳损坏或者松动情况。若螺栓失效,则会造成严重的后果。基于此,做好螺栓防松和健康监测有着必要性。

  1 工程机械螺栓

  作为装备工作的主要组成,工程机械的产品类型较多,被应用于建筑行业和电力行业等,使用环境较为恶劣。从实际应用来说,螺栓松脱问题较为常见。对于普通松脱问题,采取更换高强螺栓,如10.9级螺栓,能够减少脱落情况的发生。不过部分机械采用此方法,难以解决螺栓松动问题。基于此,人们有必要分析螺栓松动问题,提出有效的预防方法。

  2 常用的螺栓防松方法

  2.1 预紧力

  20 世纪20 年代,德国工程师提出了楔入式锁紧概念,利用夹紧力来防止螺栓松动。以某楔入式锁紧产品为例,其外表面为放射状锯齿,内表面呈现楔形,在安装时要成对使用,保证楔形面相对。在拧紧时,保证锯齿外表面和零部件接触面相咬合。位移处于楔形内表面之间,当达到预紧力后,停止位移。因为振动引发螺栓连接自旋时,楔入式锁紧系统能够沿着厚度方向产生扩张,增加夹紧力。经过试验验证,该产品能够保持80% 的预紧力,保证了螺栓不松动。

  2.2 摩擦防松

  利用螺母并紧和弹垫等方法,能够有效控制螺栓松动。其中,双螺母并紧法适用于固定连接场合,如重载和低速,用于工程机械工作装置的固定,如U 型螺栓。弹垫方法使用,若弹力不均极易引发螺栓松脱问题。以某挖掘机为例,其使用的是M8、M10 螺栓,使用弹簧垫+ 平垫防松系统,防松效果较差,在运用工作中,没有超过500h,便出现大量螺栓松动情况。经过改造后,使用自制加大垫片,获得了不错的防松效果。自锁螺母防松法的应用具有可靠性,即使多次拆装,也不会影响防松性能,适用于U 型手柄和收音机天线等。

  2.3 机械防松和破坏螺纹副防松

  通常情况下,对于发动机减震器螺栓,通常采取机械防松方法。在具体操作中,将螺母焊接到折弯的支架上,利用支架折弯边的限位,实现螺栓防松。破坏螺纹副防松法的应用,在螺纹副旋合前,于螺纹上,涂抹紧固胶,拧紧螺纹副。当螺纹胶硬化、凝固后,能够防止螺纹副松动。对于重要部分的螺栓,如支重轮和发动机支座等,可以采取此方法进行防松处理。

  3 螺栓防松技术的运用

  基于紧固原理对螺栓进行防松处理,可采用的方法较多。现结合螺栓防松常用技术,作如下论述。

  3.1 使用铰制孔螺栓

  在工程机械设备上,一般情况下多使用普通螺栓,即直径比安装孔径小0.5 ~ 1mm 的螺栓,依靠预紧力来防止被连接零部件的相对滑动与运动。设备使用时,当出现滑动情况时,预紧力可以转化成为摩擦力,进而防止其运动。如

  此,需要大预紧力。利用铰制孔螺栓,能够承受横向载荷和轴向载荷。对于横向载荷,依靠自身的抗剪能力来阻止其运动,需要的预紧力小。对于轴向承载能力,其和普通螺栓相同[1]。基于此,对于需要承受振动荷载的机械,可使用铰制孔螺栓,以免发生松脱情况。例如,旋挖钻机机械设备,其动力头托架侧面使用的高强紧固螺栓,为利用摩擦传力的结构,使用工况较为恶劣,超过推耙机,动力头承受的扭矩最大值为400kN·m,频繁正反旋转时,承受较大的动载冲击以及大振动荷载,使用铰制孔螺栓,此问题得到有效解决。

  由此可见,对和旋挖钻机机械设备运行工况相似的推耙机,使用高强度螺栓,能够获得不错的防松效果。

  3.2 使用钢隔套

  当机械设备运行工况较为恶劣时,需要承受极大的冲击,螺栓松脱问题的发生和机械设备结构设计有关,其能够吸收或者缓冲动载,直接决定了螺栓使用性能。若结构设计无法更改,进行螺栓紧固,可以采取增设钢隔套的方式,提高螺栓抵抗冲击的能力水平。通过加长螺栓,增加总弹性变形量,利用变形量抵消载荷冲击,进而保证预紧力,避免螺栓松脱。通常情况下,使用材质为20 钢或者45钢的钢隔套,能够获得不错的效果。因为此类材质的钢隔套,多采取40Cr 和热处理。使用方法如下:一是单边使用。若单边使用,将螺栓头一侧和连接件面相互接触;二是双面使用。在双面使用时,对于隔套的长度,要按照较短的要求来设计,和连接件面接触,或者和平垫相互配合使用,便于螺栓预紧。在推耙机机械设备的前机罩和翼板安装位置处,都可以采取此措施。

  3.3 定位销防松

  机械设备中,定位销较为常用,其具有安装便利、装配质量高等特点,被广泛应用[2]。从螺栓松动机理角度来说,定位销能够起到限制连接件移动的作用,避免螺栓断裂。采取定位销防螺栓松动,为了更好地使定位销起到限制连接件微滑动,定位销孔不能采取装配前加工到位,要采取预留0.3 ~ 0.5mm

  余量装配时进行配铰方式提高其定位精度。在推耙机和推土机等机械设备中,安装定位销,获得了不错的防松效果。

  3.4 施必牢紧固技术

  机械设备的质量受到螺栓松脱的影响较大。为了寻找有效的预防和处理措施来解决螺栓松脱问题,人们结合机械设备松脱的实际情况,从磨损机理角度分析,分析螺栓松动原因,提出螺栓松动的有效控制措施。使用施必牢紧固件,发挥其结构优势,能够解决紧固件松脱问题。因为螺纹牙底位置有个30°的楔形斜面,拧紧螺栓螺母时,其牙尖能够顶在楔形斜面上,产生较大的锁紧力[3]。因为牙形角度的改变,施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60°角。从应用实际情况来说,其发挥着积极的作用。目前,施必牢防松技术来预防机械设备松脱,能够获得不错的效果。

  3.5 在线监测技术

  螺栓连接被广泛应用,受到振动和载荷的冲击作用,极易产生疲劳损伤以及松动现象。若发生失效问题,会引发重大的损失。基于此,做好螺栓在线监测工作,有着积极的作用。在不同的荷载和振动作用下,螺栓的机理特点不同,因此能够实现在线监测。目前,螺栓荷载在线监测仪器已经应用到机械设备中。通过构建分布式荷载采集系统,实现对不同法兰面螺栓受力实际情况的监测,进而发现螺栓松脱问题,及时采取措施,避免发生重大事故[4]。

  4 结语

  本文利用螺栓防松技术,基于螺栓磨损机理,分析螺栓松动原因,提出相应的措施。机械设备螺栓防松可采用的方法较多,为了保证螺栓的健康,人们要做好监测工作,及时发现问题,采取防松措施,保证螺栓能够处于正常状态。

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