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作者：許文慧

摘　要：本文主要探討了索道機(jī)械設(shè)備中典型緊固件螺栓和運(yùn)動(dòng)件軸承損壞的各種情況及其原因。通過(guò)理論分析，詳細(xì)闡述了緊固件松動(dòng)、斷裂以及運(yùn)動(dòng)件磨損、疲勞等常見(jiàn)問(wèn)題的表現(xiàn)形式旨在為索道機(jī)械維修工作提供更深入的理解，以確保索道運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：索道；緊固件；運(yùn)動(dòng)件；損壞原因

一、引言

索道作為一種特殊的交通工具，在旅游、滑雪等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其安全運(yùn)行對(duì)于乘客的生命財(cái)產(chǎn)至關(guān)重要。而緊固件及運(yùn)動(dòng)件作為索道機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，它們的狀態(tài)直接影響著索道的性能和安全。因此，深入研究緊固件及運(yùn)動(dòng)件的損壞情況及其原因，對(duì)于提高索道的可靠性和安全性具有重要設(shè)備意義。

二、經(jīng)典緊固件螺栓損壞原因分析

1.螺栓損壞分析

螺栓是將兩個(gè)或多個(gè)零部件緊固連接在一起的機(jī)械元件，在索道機(jī)械中主要起到固定、連接和支撐的作用。

螺栓連接最常見(jiàn)的斷裂失效方式為螺栓的疲勞斷裂以及過(guò)載斷裂，通過(guò)螺栓連接安全評(píng)估以及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)可以提前規(guī)避絕大部分的事故發(fā)生。此外，螺栓的氫脆現(xiàn)象、質(zhì)量缺陷、工藝離散等也會(huì)導(dǎo)致螺栓的意外斷裂。螺栓的斷裂失效往往更能引起人們的關(guān)注，不得不在事故的失效分析中查找原因、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

斷口分析無(wú)疑是失效分析中最基本、最重要的方法之一。所謂斷口是指構(gòu)件在應(yīng)力作用下分離為互不相連的兩個(gè)或多個(gè)部分，在斷裂處暴露出的自然表面。斷口的形貌特征是裂紋擴(kuò)展留下的痕跡，保留大量的失效特征，為判別斷裂原因提供有力證據(jù)。

螺栓常見(jiàn)斷口常見(jiàn)的螺栓失效模式包括螺栓疲勞斷裂、螺栓過(guò)載斷裂、氫脆斷裂以及應(yīng)力腐蝕斷裂等等。下面將其斷口的宏觀(guān)形貌進(jìn)行介紹。

圖1 斷口的宏觀(guān)形象

（1）疲勞斷裂據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，螺栓斷裂失效中約有80%的屬于疲勞斷裂失效，通常發(fā)生在長(zhǎng)期服役期間。疲勞斷裂最基本、最重要的信息均保留在斷口上，螺栓疲勞斷裂的典型斷口的疲勞斷口的宏觀(guān)形貌疲勞破壞的斷口通常無(wú)顯著的塑性變形，一般歸為脆性斷口。疲勞斷口的宏觀(guān)形貌特征為斷口呈現(xiàn)三個(gè)明顯的區(qū)域：裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)，裂紋源區(qū)一般位于表面存在凹槽、缺陷或者應(yīng)力集中的區(qū)域，是一個(gè)光滑、細(xì)膩的細(xì)小區(qū)域。在交變載荷作用下，裂紋兩側(cè)被反復(fù)擠壓而變得平坦光滑。斷面的擴(kuò)展區(qū)較平坦，具有明顯的疲勞弧線(xiàn)，稱(chēng)為貝紋線(xiàn)（或海灘波紋線(xiàn)），貝紋弧線(xiàn)以裂紋源為中心呈波浪狀向前擴(kuò)展，是裂紋間歇性擴(kuò)展留下的痕跡，在微觀(guān)上可以觀(guān)察到疲勞輝紋，這是判斷疲勞斷裂的重要特征。瞬斷區(qū)位于裂紋源的對(duì)側(cè)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至一定程度后，零件剩余截面積不足以抵抗外力的作用而產(chǎn)生瞬時(shí)斷裂。斷口的瞬斷區(qū)粗糙且不規(guī)則，存在放射狀條紋和剪切唇。貝紋線(xiàn)是疲勞斷口最突出的宏觀(guān)形貌特征，是鑒別疲勞斷口的重要宏觀(guān)依據(jù)。如果在宏觀(guān)上觀(guān)察到貝殼狀條紋時(shí)，在微觀(guān)上觀(guān)察到疲勞輝紋，可以判別這個(gè)斷口屬于疲勞斷口。

（2）過(guò)載斷裂螺栓拉伸斷裂、扭轉(zhuǎn)斷裂以及剪切斷裂是螺栓過(guò)載斷裂的常見(jiàn)形式。過(guò)載斷口的宏觀(guān)形貌拉伸斷裂明顯特征就是頸縮現(xiàn)象，有明顯的塑性變形，螺栓拉伸斷裂通常出現(xiàn)在預(yù)緊階段，譬如對(duì)于變截面螺栓，施加螺栓擰緊力矩時(shí)未考慮最小截面，細(xì)桿在較大預(yù)緊力作用下被拉斷，或螺紋副潤(rùn)滑條件優(yōu)于預(yù)期，在設(shè)計(jì)擰緊力矩作用下螺栓軸力增大，造成螺栓斷裂。在服役期間若軸向工作載荷超載也會(huì)造成螺栓的拉伸斷裂。扭轉(zhuǎn)斷裂的斷面粗糙，并可見(jiàn)明顯塑性變形痕跡和扭轉(zhuǎn)痕跡，螺栓扭轉(zhuǎn)斷裂通常發(fā)生在裝配階段，譬如由于螺紋幅摩擦系數(shù)過(guò)大或被卡死，在擰緊扭矩作用下，螺栓容易被扭斷。螺栓發(fā)生過(guò)載斷裂通常是由于外部載荷超過(guò)了螺栓的承載能力，譬如工作載荷超預(yù)期、安裝工藝不合理或螺栓性能不達(dá)標(biāo)等。

（3）氫脆斷裂氫脆是螺栓尤其是高強(qiáng)度螺栓最常見(jiàn)的失效形式之一。氫脆又稱(chēng)氫致斷裂失效是由于氫滲入金屬內(nèi)部導(dǎo)致?lián)p傷，從而使金屬零件在低于材料屈服極限的靜應(yīng)力持續(xù)作用下導(dǎo)致的失效。氫脆多發(fā)生于螺紋牙底或頭部與桿部過(guò)渡位置等應(yīng)力集中處。斷口附近無(wú)明顯塑性變形，斷口平齊，結(jié)構(gòu)粗糙，氫脆斷裂區(qū)呈結(jié)晶顆粒狀，一般可見(jiàn)放射棱線(xiàn)。色澤亮灰，斷面干凈，無(wú)腐蝕產(chǎn)物。   

2.螺栓維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)

（1）定期檢查定期對(duì)螺栓進(jìn)行檢查，包括其外觀(guān)、緊固情況以及是否有松動(dòng)、腐蝕等現(xiàn)象。對(duì)于重要的連接部位或經(jīng)常受到振動(dòng)、沖擊的螺栓，應(yīng)增加檢查頻率。

（2）清潔表面定期清潔螺栓表面，去除油污、塵埃等雜質(zhì)，以保持其良好的外觀(guān)和性能。在清潔過(guò)程中，可以使用合適的清潔劑或溶劑，但要避免使用過(guò)于暴力或腐蝕性的清潔方式。

（3）防止腐蝕對(duì)于易腐蝕的螺栓，應(yīng)采取 適當(dāng)?shù)姆栏胧?，如涂覆防銹劑、使用不銹鋼或鍍鋅螺栓等。在潮濕或腐蝕性環(huán)境中，應(yīng)增加檢查和維護(hù)的頻率，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的處理措施。

（4）適度緊固螺栓的緊固力應(yīng)適中，不能過(guò)緊或過(guò)松。過(guò)緊可能導(dǎo)致螺栓斷裂或損壞，過(guò)松則可能導(dǎo)致連接松動(dòng)或失效。在緊固螺栓時(shí)，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆头椒ǎ缌匕馐值?，以確保螺栓的緊固力符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）潤(rùn)滑防銹對(duì)于需要經(jīng)常拆卸的螺栓，應(yīng)在其螺紋部分涂抹適量的潤(rùn)滑劑，以減少摩擦和磨損。在涂抹潤(rùn)滑劑時(shí)，應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑類(lèi)型，避免使用過(guò)于粘稠或易揮發(fā)的潤(rùn)滑劑。

（6）替換損壞件如果發(fā)現(xiàn)螺栓有斷裂、磨損、腐蝕等損壞情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。在更換螺栓時(shí)，應(yīng)選擇與原螺栓相同規(guī)格和等級(jí)的螺栓，并遵循正確的安裝方法和力矩要求。

（7）記錄管理建立螺栓的保養(yǎng)與維護(hù)記錄管理制度，記錄每次檢查、維護(hù)和更換的情況。

三、典型運(yùn)動(dòng)件軸承損壞原因分析

運(yùn)動(dòng)件是索道機(jī)械中參與運(yùn)動(dòng)的零部件，如聯(lián)軸節(jié)，軸承等。軸承在索道設(shè)備中用途頗為重要，關(guān)系到索道的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，以下是運(yùn)動(dòng)件重要部件軸承損壞的原因分析。

1.軸承失效原因分析

軸承的失效原因很多，除了正常的疲勞剝落以外，失效的密封、過(guò)緊配合導(dǎo)致的過(guò)小軸承間隙或潤(rùn)滑不良等因素都能留下特殊的失效痕跡和失效形式，因此檢查失效的軸承在大多數(shù)時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致軸承失效的原因，從而及時(shí)采取對(duì)策，一般來(lái)講軸承的失效有以下幾種形式：

（1）軸承已經(jīng)到了疲勞剝落期屬于正常失效

滾動(dòng)軸承噪音一種是軸承本身產(chǎn)生的，即軸承固有的噪聲；另一種是軸承裝機(jī)后才產(chǎn)生的噪聲，與軸承本身的噪聲無(wú)關(guān)。通過(guò)聽(tīng)聲音可以分析出一些問(wèn)題。固有噪聲是指各種軸承滾道聲和滾動(dòng)摩擦聲（圓柱滾子軸承）是滾動(dòng)軸承固有的聲音。滾道聲是由滾動(dòng)體與滾道接觸時(shí)的彈性特性產(chǎn)生的，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體在滾道上滾動(dòng)面發(fā)出的一種連續(xù)而圓滑的聲音，不正常的滾動(dòng)摩擦聲可發(fā)出咯吱、咯吱之類(lèi)不舒服的金屬摩擦異常聲音，潤(rùn)滑良好時(shí)不會(huì)發(fā)出這樣的聲音。所以在一般情況下不影響運(yùn)轉(zhuǎn)，只有噪聲增大后才需注意。

（2）潤(rùn)滑不良導(dǎo)致提前失效

一般來(lái)講軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不正常時(shí)有如下常見(jiàn)癥狀：軸承過(guò)熱、軸承噪音過(guò)大、軸承壽命過(guò)低振動(dòng)大達(dá)不到機(jī)器性能要求，軸承在軸上松動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)困難。形成常見(jiàn)癥狀典型原因：潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑油過(guò)期失效或選型錯(cuò)誤，潤(rùn)滑脂太滿(mǎn)或油位太高軸承游隙過(guò)小，軸承內(nèi)孔不圓和軸承扭曲變形支撐面不平、軸承孔內(nèi)徑過(guò)小接觸油封過(guò)盈量太大或彈簧太緊。

（3）污雜物進(jìn)入軸承或安裝不正確而造成軸承提前失效

使用不當(dāng)引起的躁聲，當(dāng)軸承滾道表面或滾動(dòng)體表血受到碰傷壓坑銹蝕那么就會(huì)產(chǎn)生有一定周期的噪聲和振動(dòng).當(dāng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有塵埃侵人時(shí)材會(huì)產(chǎn)生污物噪聲，這種噪聲是周期性的同樣也伴有振動(dòng)且聲音大小不穩(wěn)定。

軸承制造有關(guān)的噪聲，這里包括保持架噪聲和顫音，保持架噪聲主要發(fā)生在球軸承和圓錐滾子軸承中，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)由于保持架的振動(dòng)以及保持架與滾動(dòng)體發(fā)生撞擊會(huì)發(fā)出聲音，這種聲音具有周期性，顫音是有一定頻率的聲音，是基于滾道面上有較大的波紋度引起的振動(dòng)而產(chǎn)生的。

2.軸承早期失效模式

（1）由于軸承的安裝不規(guī)范，或者是工作過(guò)程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況而造成的彈道的單側(cè)處工件的剝落，引起軸承的早期失效。

（2）如果軸承的外殼的半徑過(guò)大，那么軸承會(huì)在負(fù)載的作用下，內(nèi)圈和外圈都會(huì)發(fā)生不同程度上的表層脫落，從而造成軸承的早期失效。

（3）如果軸承工件是在傾斜的狀態(tài)下工作，一旦工件的傾斜角超過(guò)一定的限制條件，就會(huì)導(dǎo)致軸承工件表層的脫落，加劇軸承的早期失效。

（4）軸承早期失效模式還有一種很少見(jiàn)的套圈斷裂導(dǎo)致軸承的失效，這種情況的發(fā)生主要是因?yàn)橥话l(fā)性的超載。套圈斷裂這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因有很多，比如材料自身的缺陷、鍛造過(guò)程出現(xiàn)的誤差、加工過(guò)程中造成的工件斷裂、主機(jī)安裝不當(dāng)、溫度等等。

（5）保持架的斷裂也會(huì)造成軸承的早期失效，這種現(xiàn)象的發(fā)生很偶然，而且屬于非正常模式。它的形成原因也很復(fù)雜，比如：支架的安裝不當(dāng)、負(fù)載過(guò)大、軸承在運(yùn)行過(guò)程中潤(rùn)滑不良、外界因素的干擾等等。

四、結(jié)語(yǔ)

緊固件及運(yùn)動(dòng)件的損壞是索道機(jī)械維修中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)其損壞類(lèi)型及原因的深入分析，采取有效的防范措施，可以顯著提高索道機(jī)械的可靠性和安全性，保障索道的正常運(yùn)行和乘客的安全。在未來(lái)的工作中，還需要不斷加強(qiáng)對(duì)這方面的研究和實(shí)踐，以適應(yīng)不斷發(fā)展的索道技術(shù)和更高的安全要求。

本文選自2024年全國(guó)索道年會(huì)論文

來(lái)源：九華旅游索道技術(shù)交流

（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）