淺析復(fù)合材料機械緊固件松動原因及處置方法

朱杰

（寧波市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院,浙江 寧波 315800）

1 復(fù)合材料機械緊固件使用簡介

復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的重要組成部分是機械連接。一般而言，相對于其他的連接方式，機械連接的穩(wěn)定性高，而且強度大，具有更好的適應(yīng)性，一般適用于工業(yè)產(chǎn)業(yè)中。與此同時，由于工業(yè)產(chǎn)業(yè)的加工強度大、工作環(huán)境惡劣、產(chǎn)業(yè)流程復(fù)雜，因此，連接結(jié)構(gòu)也是整個機械裝置運行中最容易出現(xiàn)問題的一部分。緊固件作為機械螺栓連接的重要部分，對整個連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固起著不可替代的重要作用。

在機械的螺紋連接過程中，如果螺母松動，很大程度會導(dǎo)致機械運行受到損壞。采煤機作為一種振動劇烈，工作環(huán)境惡劣的機械裝置，在實際工作過程中，如果螺栓的緊固件連接地方松動，將會存在很大的安全隱患，嚴重時還會造成無法挽回的后果。因此，對于機械緊固件松動原因的分析十分有必要，下面將主要分析一下采煤機緊固件松動的原因。

2 復(fù)合材料緊固件松動的原因

（1）設(shè)計參數(shù)選用不合理。設(shè)計參數(shù)選用不合理將對機械的連接質(zhì)量造成嚴重的影響。國家常用的采煤機螺栓一般包含M36、M40 等。在正常情況下，螺栓的預(yù)緊力應(yīng)該符合復(fù)合材料的屈服強度，按照國際標準，在保障安全的情況下，預(yù)緊力應(yīng)該達到3/4σ0.2 左右。但是，國內(nèi)很多的煤炭企業(yè)并沒有注意到預(yù)緊力的重大作用，因此，在實際機械的安裝過程中，常常因為參數(shù)設(shè)計不合理而導(dǎo)致了預(yù)緊力過低，使螺母松動。

（2）螺栓連接中缺少彈性設(shè)計。在機械裝置中，工程師在設(shè)計之初一般考慮較多的是機械的強度和嚴密性，往往會忽略彈性設(shè)計。這就導(dǎo)致了很多的機械裝置在實際使用過程中，由于振動原因而導(dǎo)致機械損壞和運行效果不理想等。在螺栓的緊固連接中，也應(yīng)該考慮彈性設(shè)計。例如，螺母的長度適當(dāng)?shù)难娱L等，這樣可以有效地加強緊固的穩(wěn)定性。

（3）采取的放松方法不合適?，F(xiàn)在，我國很大一部分的煤炭企業(yè)仍然使用著老式的防螺母松動的方法，例如，盡可能擰緊螺母，采用防滑墊圈等措施。但是對于龐大的采煤機械系統(tǒng)來說，這些方法并不能很好地保障松動問題。防滑墊圈一般支承面較小，在采煤機較大的振動和交變載荷的條件下，常常會失去防滑作用。還有的企業(yè)會在采煤機的電動機和傳動部分采用高強度的合金鋼材加固、防滑，但是這樣會導(dǎo)致螺栓的強度大大高于機殼，在采煤機工作振動時，常常會發(fā)生嚴重的形變和扭曲，使得螺桿的預(yù)緊力下降，螺母松弛。針對新的復(fù)合材料，就應(yīng)該與時俱進的使用新的防松方法，這些老套的方法也成為了限制現(xiàn)階段煤炭工業(yè)機械連接優(yōu)化發(fā)展的重要限制條件之一。

（4）支承面壓縮。對于采煤機而言，由于其特殊的使用需要，導(dǎo)致了它的機械部件和材質(zhì)等于緊固的螺母螺栓等不同，而且采煤機的外殼強度比緊固件的強度要低很多。這就使得在采煤機工作振動時，往往會導(dǎo)致采煤機本身部件的形變，從而導(dǎo)致了螺桿本身的預(yù)緊力發(fā)生較大的波動。除此之外，如果采煤機的使用不合理，不經(jīng)常清理養(yǎng)護，雜質(zhì)過多時也會造成機械的部分外殼形變，使得預(yù)緊力變化從而導(dǎo)致螺母松動。

3 緊固件松動可能造成的嚴重后果

（1）會使底板架的強度和剛度不足。由于工作面和底部托架之間的距離過近，就導(dǎo)致長套筒扳手的使用受到了極大的限制，進而就導(dǎo)致緊固件上的預(yù)緊力無法滿足我們的要求，這就會出現(xiàn)底架上連接部分的螺栓可能會松動。底架松動后就不具有之前的強度了，在接下來進行作業(yè)的時候，兩端的部件也會受到影響和跳動，加劇底架和截割部之間的松動的程度，形成一個惡性循環(huán)，嚴重的可能會導(dǎo)致螺母脫扣或者螺栓斷裂等后果。

（2）螺栓壽命減小。在工作時，如果螺栓出現(xiàn)松動的情況，在結(jié)合面就容易導(dǎo)致裂痕，此時螺栓連接處的受力情況就會產(chǎn)生變化，增加螺栓的工作負擔(dān)，減短其壽命。

（3）密封件漏油。電動機在工作的時候與傳動裝置和截割部相連，如果工作時的震動過于強烈，就會導(dǎo)致螺栓出現(xiàn)松動，在部件之間的間隙會隨之增加，齒輪聯(lián)軸器在力的作用下逐漸偏移中心，高速密封出現(xiàn)變形，導(dǎo)致密封件漏油。

（4）傳動部件負荷增大。如果牽引機固定箱、電動機和截割部之間的螺母松動進而導(dǎo)致齒輪聯(lián)軸器出現(xiàn)中心偏移，會增加其受力，也會使得齒輪的受力面出現(xiàn)變化，加劇受力面的摩擦，與此同時，還會增加沖擊載荷對齒輪聯(lián)軸器的損傷。

（5）機殼螺紋脫扣。當(dāng)發(fā)動機和截割部和牽引部件的連接采取埋頭螺栓時，在松動后就會因為螺栓強度過高導(dǎo)致機殼上的內(nèi)螺紋出現(xiàn)脫扣，進而使得截割部和牽引部長期處于松動的狀態(tài)，極大地增加了各大部件的工作負荷，減小了傳動裝置的使用壽命。

4 幾種有效放松方法的措施

（1）采用新型的力矩扳手，確保擰緊?，F(xiàn)階段，國內(nèi)的煤炭行業(yè)在采煤機的設(shè)計過程中，常常會忽略螺母是否擰緊的標準劃定，從而導(dǎo)致在實際安裝過程中沒有統(tǒng)一科學(xué)的標準引起了緊固件的松弛或過緊失效。這點可以借鑒國外的企業(yè)，國外的一些煤炭企業(yè)起步較早，發(fā)展時間也長，具有很多先進的設(shè)計和管理經(jīng)驗，而且在緊固件的安裝過程也具有明確的科學(xué)分析和使用標準。運用到國內(nèi)的緊固件安裝設(shè)計中來，可以找尋專家對螺母和螺栓進行科學(xué)的受力分析，然后針對不同的部位設(shè)計合理的緊固部件并制定科學(xué)的安裝標準。除此之外，還可以使用新型的力矩扳手，按照螺母順時針方向擰緊檢查，當(dāng)力矩讀數(shù)符合標準范圍時才能判定合格，對于未達標準例如，在螺母力矩最低范圍以上螺母松動則判定為不合格。利用新型的扳手對螺母進行檢查，這樣不僅能夠保障螺母的使用質(zhì)量還能大大提高機械本身的穩(wěn)定性。

（2）使用新型的防滑墊圈和螺母。由于我國的煤炭工業(yè)起步較晚，所以與世界的一流水平仍存在著一定的差距。我國煤炭企業(yè)一般所使用的防松墊圈大多為老式的普通墊圈，在實際應(yīng)用過程中使用效果并不是很好。在采煤機振動較大的條件下，借鑒國外的企業(yè)，可以使用含有鋸齒的防松墊圈。在墊圈的端面具有鋸齒，可以有效地增加墊片摩擦力，防松效果也大大增加，而且在國外也有很多企業(yè)使用了此類墊圈并取得了很好的效果。

（3）使用液壓防松螺母?，F(xiàn)在，在相當(dāng)多的一部分國外企業(yè)中，都采用了新型的液壓防松技術(shù)。具體的方法是，利用液壓的高強度性能將采煤機的各個連接部位鎖緊，從而防止螺母松動，提高整個機械裝置的穩(wěn)定性。在使用過程中，將液壓缸體和活塞以及螺母組合起來并注入高壓油，利用液壓原理，產(chǎn)生巨大的壓力，使得液壓缸體拉緊螺栓，使得螺栓形變，加大的螺桿與環(huán)的空隙，使得螺環(huán)擰緊，螺桿不能還原，從而達到了較好的防松效果。

（4）在螺紋牙表面涂抹黏結(jié)劑。對于大型機械裝置中黏結(jié)劑的使用有著特殊的要求，在國外已經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)出了多種的防松黏結(jié)劑可供我們選擇。在選用黏結(jié)劑的過程中，需要注意黏結(jié)劑的抗剪強度應(yīng)該小于緊固件的抗形變強度而且黏結(jié)劑提供的最小有效力矩還應(yīng)該高于沒有預(yù)緊力時的拆卸力矩，只有這樣才能保障黏結(jié)劑的合理使用，真正起到防松作用。

5 結(jié)語

本文通過以煤炭企業(yè)采煤機為例，著重分析了機械連接緊固件松動的原因和可能造成的嚴重后果，并為之提出了可行的解決方案。合理地實施這些防止緊固件松動的策略可以大大增強煤炭企業(yè)采煤機的工作穩(wěn)定性，也將能夠有效地提高企業(yè)經(jīng)濟效益，促進企業(yè)的良好高速發(fā)展。