超级螺栓在WK－12C挖掘机上的应用

杨 哲，苏运动

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

引言

随着露天开采矿业的不断发展，我公司生产的大型矿用挖掘机已成为国内各大露天矿山最主要的采掘设备。WK－12C挖掘机是WK－10系列挖掘机的最新机型，至今已有40余台设备在各大矿山承担挖掘任务，是矿石开采的中坚力量。

大型矿用挖掘机上的大直径螺栓的预紧是现场安装过程中的一个难题。螺栓紧固的目的是产生大于载荷的、精确的、可持久的预紧力。只要预紧力大于载荷，螺栓连接就不会出现问题，但预紧力过大，也会导致连接件即螺栓本体损坏。要实现精确的预紧力，特别是对于大直径螺栓紧固具有一定难度。一般来说，要想紧固好直径大于1英寸的螺栓需要使用力矩放大器。传统的紧固方法包括锤击、加热、液压扳手、液压拉伸器等。这些方法不但精度差、耗费时间、设备昂贵、存在安全隐患，而且经常出现螺纹咬死（金属粘连）现象［1］。超级螺栓的出现给大直径螺栓的预紧提供了很好的解决方案。

1 超级螺栓简介

超级螺栓全名为超级螺栓多顶推张紧器，其被设计来直接取代传统的螺母和螺栓。这些装置可以旋合于一个新的或者现有的螺栓、螺柱、螺杆或者轴上。主螺纹用于安置张紧器在螺栓或者螺柱上，并靠在硬化垫圈及承载面上。一旦安置到位，螺栓或者螺柱的实际的张紧通过简单的手动工具来拧紧环绕主螺纹一圈的顶推螺钉来实现。顶推螺钉均匀地传递预紧力到主螺纹上，从而也传递到连接件上。主螺纹被纯张力锁紧。

超级螺栓有两种形式：一种是螺母上带一圈预紧螺栓（又叫超级螺母），如图1；另一种是螺栓自身带一圈预紧螺栓的形式，如图2，两者一般都有硬垫圈。这种螺栓要求达到600kN 的最终预紧力［2］。

图1 螺母上带一圈预紧螺栓

图2 螺栓自身带一圈预紧螺栓

超级螺栓的优势有以下几点：

1）只需要简单工具：使用标准扭矩扳手可产生比任何传统紧固方法高的螺栓张紧力。

2）紧固牢靠：只要扭矩正确，即使在振动、脉冲或往复式设备上，多级顶推预紧螺栓绝不会出现松动，大大降低了由于螺栓松动造成的停机时间。

3）纯张力紧固：由于采用纯张力紧固，避免了乱扣及螺纹锁死，不用再为摘取锁死螺栓而烦恼。

4）避免螺栓断裂：当顶推螺栓紧固后，螺母本体产生微量变形，将集中在前几道螺纹上的应力释放。精确的负载控制及释放应力的特性，避免了螺杆的断裂。

5）经济适用：顶推螺栓只是简单的机械部件，相对其他紧固方法要经济得多，并可重复使用。

2 提升机构轴承座固定

提升机构中轴承座原来的固定方式见图3。轴承上盖9的紧固步骤如下：首先必须用撬棍将圆花螺母5 用人力扳紧，再装入楔子1、楔子2和楔子螺栓3，最后使用专用的死板手扳动楔子螺栓来将大双头螺栓6预紧，从而最终将轴承上盖9压紧在提升机构底座上。

其中的楔子、球面垫等零件繁多，生产制造成本比较高，且大双头螺栓的预紧过程比较复杂。为了将大双头螺栓预紧，楔子螺栓3的预紧力矩为1 416N·m，力矩比较大，需要使用专用死扳手来拧紧。

3 超级螺栓在提升机构的应用

将超级螺栓应用在提升机构轴承座上，只需要将序号5的圆花螺母替换成超级螺母，并将大双头螺栓6的长度做适当更改即可，见图4。超级螺栓5的每个顶推螺栓的预紧力矩只需315N·m，即可满足大双头螺栓的预紧力矩要求。

图3 提升机构轴承座固定

图4 超级螺栓在提升机构的应用

采用超级螺母以后，省去了楔子1、楔子2、楔子螺栓3、小梁4、球面垫7、锥面垫圈8这些零件，结构非常简单，并且节省了大量的生产制造成本，同时也给用户后期的使用维护带来了极大的便利。

4 超级螺栓的安装与拆卸（见图5）

图5 超级螺栓的安装与拆卸示意图

4.1 超级螺母的安装

1）紧固前。确定每个顶推螺栓的规定扭矩；如果使用气动扳手，则气动工具的输出扭距为顶推螺栓的规定扭矩的100%～110%；将所有安装超级螺母的螺栓杆及螺纹孔清理干净，保证没有污物和碎屑。

2）准备工作。确认顶推螺栓使用了JL－G 润滑剂润滑；确认顶推螺栓未突出螺母底部；润滑主螺纹；将垫片安装在螺栓上；用JL－G 润滑剂润滑垫片表面或顶推螺栓顶端。

3）紧固次序。用手将超级螺母拧在主螺栓上直至底部接触到垫片，然后向后拧一点，预留1.4～1.5 mm 间隙，以备拆卸时加油润滑；用50%的规定扭矩交叉拧紧1点、2点、3点和4点上的顶推螺栓；用100%的规定扭矩拧紧这四条顶推螺栓；按圆周方向使用100%的规定扭矩拧紧所有顶推螺栓；复第4步，将所有顶推螺栓的紧固程度达到一致。（余留转动角度应小于10°），一般情况下重复第4步2～4次即可完成。

4.2 超级螺母的拆卸

拆卸超级螺栓要求严格遵守操作程序，顶推螺栓必须逐步卸载。如果部分顶推螺栓提前全部卸载，其余顶推螺栓将承受全部负载将导致很难拆卸。如情况严重可导致个别顶推螺栓变形无法拆卸。

1）准备工作。拆卸前涂上渗透油，特别是在腐蚀环境下使用的螺栓。

2）拆卸步骤。按圆周方向依次将每个顶推螺栓放松1／8圈，当松完第1圈后，会发现第一个松动的螺栓又呈现锁紧状态，不过此时的负载已经降低；重复第1步，但每个顶推螺栓可放松1／4圈；重复第2步（通常第3步或第4步，就可使用气动扳手将顶推螺栓逐个取出。如顶推螺栓较长，可能需要多次重复第3步。）；取出顶推螺栓，清理后使用JL－G润滑剂润滑，准备下次再用。

超级螺栓的日常维护，要求定期用力矩扳手检查预紧力是否为规定值。当遇到检修或必须拆卸时要严格按照拆卸步骤进行。拆卸后将各旋合部分润滑，将螺母垫圈更换或当其变形量＜0.01mm时，可将其翻过来用［3］。

5 结语

对于大尺寸螺栓，超级螺栓提供了简单和性价比高的拧紧方法，无需专业技术或者沉重的工具。超级螺栓在WK－12C 挖掘机提升机构上的使用，极大地方便了现场的安装与维护。

［1］戴放.超级螺栓及其特点［J］.设备管理与维修，2009（8）：33－34.

［2］张艳芳，伦小波，强向红.超级螺栓的应用［J］.甘肃冶金，2013（4）：121－122.

［3］安京，李海燕.超级螺栓的使用与维护［J］.设备管理与维修，2004（10）：39.