浅析复合材料机械紧固件松动原因及处置方法

2019-01-16朱杰

中国设备工程 2019年16期

朱杰

（宁波市产品质量监督检验研究院,浙江宁波 315800）

1 复合材料机械紧固件使用简介

复合材料连接结构的重要组成部分是机械连接。一般而言，相对于其他的连接方式，机械连接的稳定性高，而且强度大，具有更好的适应性，一般适用于工业产业中。与此同时，由于工业产业的加工强度大、工作环境恶劣、产业流程复杂，因此，连接结构也是整个机械装置运行中最容易出现问题的一部分。紧固件作为机械螺栓连接的重要部分，对整个连接结构的稳固起着不可替代的重要作用。

在机械的螺纹连接过程中，如果螺母松动，很大程度会导致机械运行受到损坏。采煤机作为一种振动剧烈，工作环境恶劣的机械装置，在实际工作过程中，如果螺栓的紧固件连接地方松动，将会存在很大的安全隐患，严重时还会造成无法挽回的后果。因此，对于机械紧固件松动原因的分析十分有必要，下面将主要分析一下采煤机紧固件松动的原因。

2 复合材料紧固件松动的原因

（1）设计参数选用不合理。设计参数选用不合理将对机械的连接质量造成严重的影响。国家常用的采煤机螺栓一般包含M36、M40 等。在正常情况下，螺栓的预紧力应该符合复合材料的屈服强度，按照国际标准，在保障安全的情况下，预紧力应该达到3/4σ0.2 左右。但是，国内很多的煤炭企业并没有注意到预紧力的重大作用，因此，在实际机械的安装过程中，常常因为参数设计不合理而导致了预紧力过低，使螺母松动。

（2）螺栓连接中缺少弹性设计。在机械装置中，工程师在设计之初一般考虑较多的是机械的强度和严密性，往往会忽略弹性设计。这就导致了很多的机械装置在实际使用过程中，由于振动原因而导致机械损坏和运行效果不理想等。在螺栓的紧固连接中，也应该考虑弹性设计。例如，螺母的长度适当的延长等，这样可以有效地加强紧固的稳定性。

（3）采取的放松方法不合适。现在，我国很大一部分的煤炭企业仍然使用着老式的防螺母松动的方法，例如，尽可能拧紧螺母，采用防滑垫圈等措施。但是对于庞大的采煤机械系统来说，这些方法并不能很好地保障松动问题。防滑垫圈一般支承面较小，在采煤机较大的振动和交变载荷的条件下，常常会失去防滑作用。还有的企业会在采煤机的电动机和传动部分采用高强度的合金钢材加固、防滑，但是这样会导致螺栓的强度大大高于机壳，在采煤机工作振动时，常常会发生严重的形变和扭曲，使得螺杆的预紧力下降，螺母松弛。针对新的复合材料，就应该与时俱进的使用新的防松方法，这些老套的方法也成为了限制现阶段煤炭工业机械连接优化发展的重要限制条件之一。

（4）支承面压缩。对于采煤机而言，由于其特殊的使用需要，导致了它的机械部件和材质等于紧固的螺母螺栓等不同，而且采煤机的外壳强度比紧固件的强度要低很多。这就使得在采煤机工作振动时，往往会导致采煤机本身部件的形变，从而导致了螺杆本身的预紧力发生较大的波动。除此之外，如果采煤机的使用不合理，不经常清理养护，杂质过多时也会造成机械的部分外壳形变，使得预紧力变化从而导致螺母松动。

3 紧固件松动可能造成的严重后果

（1）会使底板架的强度和刚度不足。由于工作面和底部托架之间的距离过近，就导致长套筒扳手的使用受到了极大的限制，进而就导致紧固件上的预紧力无法满足我们的要求，这就会出现底架上连接部分的螺栓可能会松动。底架松动后就不具有之前的强度了，在接下来进行作业的时候，两端的部件也会受到影响和跳动，加剧底架和截割部之间的松动的程度，形成一个恶性循环，严重的可能会导致螺母脱扣或者螺栓断裂等后果。

（2）螺栓寿命减小。在工作时，如果螺栓出现松动的情况，在结合面就容易导致裂痕，此时螺栓连接处的受力情况就会产生变化，增加螺栓的工作负担，减短其寿命。

（3）密封件漏油。电动机在工作的时候与传动装置和截割部相连，如果工作时的震动过于强烈，就会导致螺栓出现松动，在部件之间的间隙会随之增加，齿轮联轴器在力的作用下逐渐偏移中心，高速密封出现变形，导致密封件漏油。

（4）传动部件负荷增大。如果牵引机固定箱、电动机和截割部之间的螺母松动进而导致齿轮联轴器出现中心偏移，会增加其受力，也会使得齿轮的受力面出现变化，加剧受力面的摩擦，与此同时，还会增加冲击载荷对齿轮联轴器的损伤。

（5）机壳螺纹脱扣。当发动机和截割部和牵引部件的连接采取埋头螺栓时，在松动后就会因为螺栓强度过高导致机壳上的内螺纹出现脱扣，进而使得截割部和牵引部长期处于松动的状态，极大地增加了各大部件的工作负荷，减小了传动装置的使用寿命。

4 几种有效放松方法的措施

（1）采用新型的力矩扳手，确保拧紧。现阶段，国内的煤炭行业在采煤机的设计过程中，常常会忽略螺母是否拧紧的标准划定，从而导致在实际安装过程中没有统一科学的标准引起了紧固件的松弛或过紧失效。这点可以借鉴国外的企业，国外的一些煤炭企业起步较早，发展时间也长，具有很多先进的设计和管理经验，而且在紧固件的安装过程也具有明确的科学分析和使用标准。运用到国内的紧固件安装设计中来，可以找寻专家对螺母和螺栓进行科学的受力分析，然后针对不同的部位设计合理的紧固部件并制定科学的安装标准。除此之外，还可以使用新型的力矩扳手，按照螺母顺时针方向拧紧检查，当力矩读数符合标准范围时才能判定合格，对于未达标准例如，在螺母力矩最低范围以上螺母松动则判定为不合格。利用新型的扳手对螺母进行检查，这样不仅能够保障螺母的使用质量还能大大提高机械本身的稳定性。

（2）使用新型的防滑垫圈和螺母。由于我国的煤炭工业起步较晚，所以与世界的一流水平仍存在着一定的差距。我国煤炭企业一般所使用的防松垫圈大多为老式的普通垫圈，在实际应用过程中使用效果并不是很好。在采煤机振动较大的条件下，借鉴国外的企业，可以使用含有锯齿的防松垫圈。在垫圈的端面具有锯齿，可以有效地增加垫片摩擦力，防松效果也大大增加，而且在国外也有很多企业使用了此类垫圈并取得了很好的效果。

（3）使用液压防松螺母。现在，在相当多的一部分国外企业中，都采用了新型的液压防松技术。具体的方法是，利用液压的高强度性能将采煤机的各个连接部位锁紧，从而防止螺母松动，提高整个机械装置的稳定性。在使用过程中，将液压缸体和活塞以及螺母组合起来并注入高压油，利用液压原理，产生巨大的压力，使得液压缸体拉紧螺栓，使得螺栓形变，加大的螺杆与环的空隙，使得螺环拧紧，螺杆不能还原，从而达到了较好的防松效果。

（4）在螺纹牙表面涂抹黏结剂。对于大型机械装置中黏结剂的使用有着特殊的要求，在国外已经设计生产出了多种的防松黏结剂可供我们选择。在选用黏结剂的过程中，需要注意黏结剂的抗剪强度应该小于紧固件的抗形变强度而且黏结剂提供的最小有效力矩还应该高于没有预紧力时的拆卸力矩，只有这样才能保障黏结剂的合理使用，真正起到防松作用。