作者：许文慧

摘　要：本文主要探讨了索道机械设备中典型紧固件螺栓和运动件轴承损坏的各种情况及其原因。通过理论分析，详细阐述了紧固件松动、断裂以及运动件磨损、疲劳等常见问题的表现形式旨在为索道机械维修工作提供更深入的理解，以确保索道运行的安全与稳定。

关键词：索道；紧固件；运动件；损坏原因

一、引言

索道作为一种特殊的交通工具，在旅游、滑雪等领域有着广泛的应用。其安全运行对于乘客的生命财产至关重要。而紧固件及运动件作为索道机械设备的重要组成部分，它们的状态直接影响着索道的性能和安全。因此，深入研究紧固件及运动件的损坏情况及其原因，对于提高索道的可靠性和安全性具有重要设备意义。

二、经典紧固件螺栓损坏原因分析

1.螺栓损坏分析

螺栓是将两个或多个零部件紧固连接在一起的机械元件，在索道机械中主要起到固定、连接和支撑的作用。

螺栓连接最常见的断裂失效方式为螺栓的疲劳断裂以及过载断裂，通过螺栓连接安全评估以及在线监测可以提前规避绝大部分的事故发生。此外，螺栓的氢脆现象、质量缺陷、工艺离散等也会导致螺栓的意外断裂。螺栓的断裂失效往往更能引起人们的关注，不得不在事故的失效分析中查找原因、总结经验。

断口分析无疑是失效分析中最基本、最重要的方法之一。所谓断口是指构件在应力作用下分离为互不相连的两个或多个部分，在断裂处暴露出的自然表面。断口的形貌特征是裂纹扩展留下的痕迹，保留大量的失效特征，为判别断裂原因提供有力证据。

螺栓常见断口常见的螺栓失效模式包括螺栓疲劳断裂、螺栓过载断裂、氢脆断裂以及应力腐蚀断裂等等。下面将其断口的宏观形貌进行介绍。

图1 断口的宏观形象

（1）疲劳断裂据不完全统计，螺栓断裂失效中约有80%的属于疲劳断裂失效，通常发生在长期服役期间。疲劳断裂最基本、最重要的信息均保留在断口上，螺栓疲劳断裂的典型断口的疲劳断口的宏观形貌疲劳破坏的断口通常无显著的塑性变形，一般归为脆性断口。疲劳断口的宏观形貌特征为断口呈现三个明显的区域：裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区，裂纹源区一般位于表面存在凹槽、缺陷或者应力集中的区域，是一个光滑、细腻的细小区域。在交变载荷作用下，裂纹两侧被反复挤压而变得平坦光滑。断面的扩展区较平坦，具有明显的疲劳弧线，称为贝纹线（或海滩波纹线），贝纹弧线以裂纹源为中心呈波浪状向前扩展，是裂纹间歇性扩展留下的痕迹，在微观上可以观察到疲劳辉纹，这是判断疲劳断裂的重要特征。瞬断区位于裂纹源的对侧，当裂纹扩展至一定程度后，零件剩余截面积不足以抵抗外力的作用而产生瞬时断裂。断口的瞬断区粗糙且不规则，存在放射状条纹和剪切唇。贝纹线是疲劳断口最突出的宏观形貌特征，是鉴别疲劳断口的重要宏观依据。如果在宏观上观察到贝壳状条纹时，在微观上观察到疲劳辉纹，可以判别这个断口属于疲劳断口。

（2）过载断裂螺栓拉伸断裂、扭转断裂以及剪切断裂是螺栓过载断裂的常见形式。过载断口的宏观形貌拉伸断裂明显特征就是颈缩现象，有明显的塑性变形，螺栓拉伸断裂通常出现在预紧阶段，譬如对于变截面螺栓，施加螺栓拧紧力矩时未考虑最小截面，细杆在较大预紧力作用下被拉断，或螺纹副润滑条件优于预期，在设计拧紧力矩作用下螺栓轴力增大，造成螺栓断裂。在服役期间若轴向工作载荷超载也会造成螺栓的拉伸断裂。扭转断裂的断面粗糙，并可见明显塑性变形痕迹和扭转痕迹，螺栓扭转断裂通常发生在装配阶段，譬如由于螺纹幅摩擦系数过大或被卡死，在拧紧扭矩作用下，螺栓容易被扭断。螺栓发生过载断裂通常是由于外部载荷超过了螺栓的承载能力，譬如工作载荷超预期、安装工艺不合理或螺栓性能不达标等。

（3）氢脆断裂氢脆是螺栓尤其是高强度螺栓最常见的失效形式之一。氢脆又称氢致断裂失效是由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效。氢脆多发生于螺纹牙底或头部与杆部过渡位置等应力集中处。断口附近无明显塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，一般可见放射棱线。色泽亮灰，断面干净，无腐蚀产物。   

2.螺栓维护保养注意事项

（1）定期检查定期对螺栓进行检查，包括其外观、紧固情况以及是否有松动、腐蚀等现象。对于重要的连接部位或经常受到振动、冲击的螺栓，应增加检查频率。

（2）清洁表面定期清洁螺栓表面，去除油污、尘埃等杂质，以保持其良好的外观和性能。在清洁过程中，可以使用合适的清洁剂或溶剂，但要避免使用过于暴力或腐蚀性的清洁方式。

（3）防止腐蚀对于易腐蚀的螺栓，应采取 适当的防腐措施，如涂覆防锈剂、使用不锈钢或镀锌螺栓等。在潮湿或腐蚀性环境中，应增加检查和维护的频率，以及时发现问题并采取相应的处理措施。

（4）适度紧固螺栓的紧固力应适中，不能过紧或过松。过紧可能导致螺栓断裂或损坏，过松则可能导致连接松动或失效。在紧固螺栓时，应使用适当的工具和方法，如力矩扳手等，以确保螺栓的紧固力符合标准要求。

（5）润滑防锈对于需要经常拆卸的螺栓，应在其螺纹部分涂抹适量的润滑剂，以减少摩擦和磨损。在涂抹润滑剂时，应注意选择适当的润滑剂类型，避免使用过于粘稠或易挥发的润滑剂。

（6）替换损坏件如果发现螺栓有断裂、磨损、腐蚀等损坏情况，应及时进行更换。在更换螺栓时，应选择与原螺栓相同规格和等级的螺栓，并遵循正确的安装方法和力矩要求。

（7）记录管理建立螺栓的保养与维护记录管理制度，记录每次检查、维护和更换的情况。

三、典型运动件轴承损坏原因分析

运动件是索道机械中参与运动的零部件，如联轴节，轴承等。轴承在索道设备中用途颇为重要，关系到索道的运行效率和稳定性，以下是运动件重要部件轴承损坏的原因分析。

1.轴承失效原因分析

轴承的失效原因很多，除了正常的疲劳剥落以外，失效的密封、过紧配合导致的过小轴承间隙或润滑不良等因素都能留下特殊的失效痕迹和失效形式，因此检查失效的轴承在大多数时候可以发现导致轴承失效的原因，从而及时采取对策，一般来讲轴承的失效有以下几种形式：

（1）轴承已经到了疲劳剥落期属于正常失效

滚动轴承噪音一种是轴承本身产生的，即轴承固有的噪声；另一种是轴承装机后才产生的噪声，与轴承本身的噪声无关。通过听声音可以分析出一些问题。固有噪声是指各种轴承滚道声和滚动摩擦声（圆柱滚子轴承）是滚动轴承固有的声音。滚道声是由滚动体与滚道接触时的弹性特性产生的，当轴承旋转时滚动体在滚道上滚动面发出的一种连续而圆滑的声音，不正常的滚动摩擦声可发出咯吱、咯吱之类不舒服的金属摩擦异常声音，润滑良好时不会发出这样的声音。所以在一般情况下不影响运转，只有噪声增大后才需注意。

（2）润滑不良导致提前失效

一般来讲轴承运转不正常时有如下常见症状：轴承过热、轴承噪音过大、轴承寿命过低振动大达不到机器性能要求，轴承在轴上松动轴转动困难。形成常见症状典型原因：润滑脂、润滑油过期失效或选型错误，润滑脂太满或油位太高轴承游隙过小，轴承内孔不圆和轴承扭曲变形支撑面不平、轴承孔内径过小接触油封过盈量太大或弹簧太紧。

（3）污杂物进入轴承或安装不正确而造成轴承提前失效

使用不当引起的躁声，当轴承滚道表面或滚动体表血受到碰伤压坑锈蚀那么就会产生有一定周期的噪声和振动.当轴承在运转中有尘埃侵人时材会产生污物噪声，这种噪声是周期性的同样也伴有振动且声音大小不稳定。

轴承制造有关的噪声，这里包括保持架噪声和颤音，保持架噪声主要发生在球轴承和圆锥滚子轴承中，当轴承旋转时由于保持架的振动以及保持架与滚动体发生撞击会发出声音，这种声音具有周期性，颤音是有一定频率的声音，是基于滚道面上有较大的波纹度引起的振动而产生的。

2.轴承早期失效模式

（1）由于轴承的安装不规范，或者是工作过程中出现的突发状况而造成的弹道的单侧处工件的剥落，引起轴承的早期失效。

（2）如果轴承的外壳的半径过大，那么轴承会在负载的作用下，内圈和外圈都会发生不同程度上的表层脱落，从而造成轴承的早期失效。

（3）如果轴承工件是在倾斜的状态下工作，一旦工件的倾斜角超过一定的限制条件，就会导致轴承工件表层的脱落，加剧轴承的早期失效。

（4）轴承早期失效模式还有一种很少见的套圈断裂导致轴承的失效，这种情况的发生主要是因为突发性的超载。套圈断裂这种现象产生的原因有很多，比如材料自身的缺陷、锻造过程出现的误差、加工过程中造成的工件断裂、主机安装不当、温度等等。

（5）保持架的断裂也会造成轴承的早期失效，这种现象的发生很偶然，而且属于非正常模式。它的形成原因也很复杂，比如：支架的安装不当、负载过大、轴承在运行过程中润滑不良、外界因素的干扰等等。

四、结语

紧固件及运动件的损坏是索道机械维修中需要重点关注的问题。通过对其损坏类型及原因的深入分析，采取有效的防范措施，可以显著提高索道机械的可靠性和安全性，保障索道的正常运行和乘客的安全。在未来的工作中，还需要不断加强对这方面的研究和实践，以适应不断发展的索道技术和更高的安全要求。

本文选自2024年全国索道年会论文

来源：九华旅游索道技术交流

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