Опъване на болтовете на въртящия се лагер срещу динамометричен ключ: кой метод осигурява постоянно предварително натоварване на въртящите се маси на минните багери?

Защо консистентността на предварителното натоварване на болтовете е важна за въртящите се лагери: Проблемът с неравномерното натоварване, който никой не вижда, докато лагерът не се повреди

Проектирам системи за задвижване на въртящи се механизми в Yining Hydraulic от петнадесет години и виждам най-голямата разлика между спецификацията и изпълнението на място именно в болтовите съединения на лагерите на въртящите се механизми.Въртящият се лагер на 200-тонен въртящ се плот на минна лопата е закрепен с 40-60 високоякостни болта (обикновено M42-M56, клас 10.9 или 12.9), разположени в кръгъл болтов модел с диаметър 2-3 метра.Всеки болт трябва да поддържа определено предварително натоварване — обикновено 60-70% от допустимото натоварване на болта, съответстващо на 400-600 kN за болт M48 клас 10.9 — за да се предотврати повдигането на лагерния пръстен от монтажната повърхност под преобръщащия момент, генериран, когато копачката е напълно натоварена и удължена. Ако предварителното натоварване е непостоянно, лагерният пръстен е подложен на неравномерен контактен натиск и се деформира локално под натоварване — създавайки състояние, наречено „бринелиране“, при което търкалящите елементи вдлъбват повърхността на пръстена, инициирайки отлющване, което прогресира до пълна повреда на лагера в рамките на 2000-5000 работни часа.

Проблемът с консистентността на предварителното натоварване: методите с динамометричен ключ прилагат въртящ момент към главата на болта или гайката, а връзката между приложения въртящ момент и полученото опъване на болта зависи от коефициента на триене в два интерфейса - контакта с резбата и контакта под главата (или под гайката).Връзката въртящ момент-напрежение: T = K × F × d, където T е приложеният въртящ момент, K е коефициентът на гайка (обикновено 0,15-0,22 за смазани стоманени резби), F е полученото напрежение на болта, а d е номиналният диаметър на болта. Проблемът е, че K не е константа — тя варира между болтовете в зависимост от обработката на повърхността на резбата, състоянието на смазването, дали болтът е бил затяган преди това (повторно използваните резби имат по-висока стойност на K, защото неравностите на повърхността са изравнени) и дали има отломки в резбите.Разумна оценка за вариация на K в полеви условия е +/-15-25%, което директно се превръща в +/-15-25% вариация в предварителното натягане на болта за същия приложен въртящ момент.За болт, изискващ предварително натоварване от 500 kN с K от 0,18 при d от 48 mm: T = 0,18 × 500 000 × 0,048 = 4320 Nm. Ако K действително варира между 0,15 и 0,22 по окръжността на болта, същите 4320 Nm въртящ момент произвеждат предварителни натоварвания, вариращи от 410 kN до 600 kN - разлика от 46% между най-хлабавите и най-затегнатите болтове. СпоредVDI 2230Систематичните стандарти за изчисляване на болтови съединения, затягането с контролиран въртящ момент постига разсейване на предварителното натоварване от +/-25-35% дори при контролирани лабораторни условия, а полевите условия обикновено увеличават това до +/-35-50%.

Хидравлично опъване на болтове: Как директното разтягане елиминира променливата на триене

Хидравличното опъване на болтове заобикаля изцяло преобразуването на въртящия момент в опъване, като прилага известно хидравлично налягане към обтегач, който директно дърпа болтовата шпилка, разтягайки я еластично.Обтегачът се състои от хидравличен цилиндър с резбован теглич, който се завинтва към удължението на шпилката на болта (болтът трябва да има открита дължина на резбата над гайката, равна на поне един диаметър на болта, за да може обтегачът да се захване), мост, който се опира в повърхността на съединението, и втулка, която позволява гайката да се завърта надолу на ръка след опъване на болта. Последователността на работа: обтегачът се монтира върху болта, прилага се хидравлично налягане до определената стойност (изчислява се от ефективната площ на буталото на обтегача), болтът се разтяга еластично (0,1-0,3 мм удължение за типични болтове с въртящи се лагери), гайката се затяга с ръка с помощта на втулката през тялото на обтегача, хидравличното налягане се освобождава и болтът се опитва да се върне към първоначалната си дължина, но гайката го предотвратява, създавайки определеното предварително натоварване в болта.

Точност на предварителното натоварване при хидравлично опъване: +/-5-10%, в сравнение с +/-25-35% за методите с динамометричен ключ.Точността се дължи на факта, че опъването на болта се контролира от хидравлично налягане, което се измерва и регулира с точност от +/-1-2% от манометъра или преобразувателя на помпата за опъване. Модулът на еластичност на болта (модул на Юнг, 207 GPa за легирана стомана) е постоянен в рамките на +/-2% за болтове от една и съща партида за термична обработка. Единствената променлива е ефективната дължина на затягане (дължината на болта между гайката и първата зацепена резба), която варира с +/-3-5% в зависимост от дълбочината на зацепване на резбата и дължината на захващане на болта.Остатъчната грешка при предварителното опъване идва от два източника:(1) отпускане на болта след освобождаване на напрежението (съединението се свива, когато обтегачът се отстрани, намалявайки напрежението на болта с 5-10% - обяснено с прилагане на 5-10% свръхнапрежение по време на опъващия проход) и (2) взаимодействие на съседни болтове (опъващият болт №2 намалява напрежението в болт №1 с 10-15%, защото напрежението на болт №2 допълнително свива съединението, отпускайки болт №1 - което се обяснява с 3-4 опъващи прохода).ASME PCC-1Съгласно указанията за монтаж на болтови съединения, хидравличното опъване е предпочитаният метод за болтови съединения с голям диаметър, изискващи точност на предварителното натоварване от +/-10% или по-добра.

Пасове с напрежение: Протоколът с 3-4 паса, който никой не иска да прави, но от който всеки има нужда

Единичен обтягащ проход — при който всеки болт се опъва веднъж по кръга — води до вариации в предварителното натоварване от 30-50%, тъй като всяко следващо опъване на болт компресира съединението и отпуска предварително опънатите болтове.Механизмът: когато болт №1 е опънат до 500 kN, той компресира съединението локално около болт №1. Когато болт №2 (съседен на болт №1) е опънат, допълнителното компресиране на съединението в областта между болтове №1 и №2 води до леко намаляване на дебелината на съединението в зоната на затягане на болт №1 — намалявайки напрежението на болт №1 с приблизително 10-15%. С напредването на опъването по кръга, всеки болт губи напрежение прогресивно, а първият опънат болт губи най-много — обикновено завършвайки на 50-60% от първоначалното си напрежение, след като всички болтове в кръга са опънати.

Правилният протокол за опъване: 3-4 преминавания около окръжността на болта, като първото преминаване е при 50-60% от крайното опъване за фиксиране на съединението, а следващите преминавания са при 100% крайно опъване.Проход 1: опънете всички болтове до 60% от крайното предварително натоварване (напр. 300 kN за спецификация 500 kN) — това частично фиксира съединението и намалява ефекта на релаксация в следващите проходи. Проход 2: опънете всички болтове до 100% крайно предварително натоварване (500 kN). Проход 3: повторно опънете всички болтове до 100% крайно предварително натоварване — този проход обикновено възстановява 10-15% напрежение в болтовете от първата половина, които са се отпуснали по време на проход 2, а ефектът на релаксация в проход 3 е намален до 3-5%, защото съединението вече е напълно фиксирано. Проход 4 (по избор, но се препоръчва за критични съединения): повторно опънете до 100% и проверете дали никой болт не губи повече от 5% напрежение между опъването и контролното измерване (използвайки ултразвуков измервател за удължение на болтове, ако има такъв). ПриИнинг Хидравлик, нашите процедури за монтаж на въртящо се задвижване включват задължителен 4-ходов протокол за опъване за всички болтови съединения на въртящите се лагери на минното оборудване и ние предоставяме опъваща помпа, обтегач и документация за процедурата с всяка доставка на въртящо се задвижване.

Подготовка на болтове: Трите фактора, които превръщат перфектната процедура за опъване в неуспешно съединение

Дори при хидравлично опъване, три фактора за подготовка на болтовете могат да намалят действителното предварително натоварване до 50-70% от зададената стойност и трите често се пренебрегват по време на монтаж на място.Фактор едно: смазване на резбата — резбата на болта и лагерната повърхност на гайката трябва да се смазват с указаната смазка (обикновено молибденова дисулфидна паста, противозадирно съединение или препоръчаната от производителя на болта смазка), за да се постигне равномерно триене на резбата по време на опъване. Сухите резби или резбите, смазани с различна смазка от указаната, променят коефициента на триене и променят съпротивлението на гайката при движение надолу, което води до частично развиване на гайката по време на освобождаване на опъването. Фактор две: дължина на захващане на болта — нерезбованото тяло на болта между главата и първата зацепена резба трябва да бъде поне 3-4 пъти диаметъра на болта, за да може болтът да се разтегне еластично с правилната якост на пружиниране. Болт с дължина на захващане по-малка от 2 пъти диаметъра има много висока якост на пружиниране, което означава, че изисква по-голяма сила на опъване за същото удължение и е по-чувствителен към отпускане. Фактор три: плоскост на съединителната повърхност — монтажните повърхности под главата на болта и гайката трябва да са плоски в рамките на 0,1 мм над диаметъра на лагера. Неравната повърхност причинява напрежение на огъване в болта в допълнение към напрежението на опън, което намалява ефективното предварително натоварване и умора на болта с 30-50%.

Проверка след опъване: предварителното натоварване на болта може да се провери чрез измерване на удължението на болта с ултразвуков болтомер (импулсно-ехо метод, измерващ времето за преминаване на ултразвуков импулс през дължината на болта).Измерването на удължението преди и след опъване дава действителното напрежение на болта, което, умножено по площта на напречното сечение на болта и модула на Юнг, дава действителното предварително натоварване. Това е единственият метод за директно измерване на предварителното натоварване на инсталирания болт — измерването на въртящия момент (проверка на въртящия момент при скъсване) не корелира с предварителното натоварване, след като болтът е опънат, защото статичното триене (въртящият момент при скъсване) е по-високо от динамичното триене по време на затягане. ПриИнинг Хидравлик, препоръчваме ултразвукова проверка за удължаване на болтове за въртящи се лагерни болтове на минни екскаватори с диаметър на въртящата се платформа над 2,5 метра, където непостоянното предварително натоварване причинява неравномерно натоварване на лагерния ринг, което не може да бъде открито, докато не започне повреда на лагера. Вижте също нашето ръководство заинтеграция и монтаж на скоростна кутия за въртенеза допълнително ръководство за болтови съединения.

Външни препратки: Изчисляване на болтови съединения по VDI 2230 · Болтови съединения ASME PCC-1 · DNV класификация · ISO 4413 Хидравлични системи · SAE International · Стандарти на AGMA · Правила на ABS

Едно последно предупреждение от петнадесет години въвеждане в експлоатация на въртящи се задвижвания: никога не използвайте повторно болтовете на въртящите се лагери, след като са били отстранени. Болтовете, подложени на пълно предварително натоварване, претърпяват пластична деформация в първите няколко зацепени резби, а повторното опъване на използван болт води до непредсказуемо предварително натоварване - обикновено с 15-25% по-ниско от нов болт при същото налягане на опъване - защото зоната на пластична деформация е увеличила ефективната дължина на затягане.

За спецификации на болтовете на въртящите се лагери, препоръки за оборудване за опъване или проверка на дизайна на болтовите съединения по поръчка, свържете се с нашия инженерен екип в Yining Hydraulic — ние разполагаме с документацията за оборудването за опъване и процедурата, готова за вашия специфичен модел задвижване на въртене.