Tensió del cargol del coixinet de gir vs clau dinamomètrica: quin mètode proporciona una precàrrega consistent per a les plataformes giratòries de pala minera?

Per què la consistència de la precàrrega del cargol és important per als coixinets de gir: el problema de la càrrega desigual que ningú veu fins que falla el coixinet

He dissenyat sistemes d'accionament de gir a Yining Hydraulic durant quinze anys, i les unions de perns de coixinets de gir són on veig la diferència més àmplia entre la intenció de les especificacions i l'execució sobre el terreny.Un rodament de gir en una plataforma giratòria de pala minera de 200 tones s'assegura mitjançant 40-60 cargols d'alta resistència (normalment M42-M56, classe 10.9 o 12.9) disposats en un patró circular de cargols de 2-3 metres de diàmetre.Cada cargol ha de mantenir una precàrrega especificada (normalment del 60-70% de la càrrega de prova del cargol, que correspon a 400-600 kN per a un cargol M48 Classe 10.9) per evitar que la pista del coixinet s'aixequi de la superfície de muntatge sota el moment de bolcada generat quan el cullerot de pala està completament carregat i estès. Si la precàrrega és inconsistent, la pista del coixinet experimenta una pressió de contacte desigual i la pista es deforma localment sota càrrega, creant una condició anomenada "brinelling" on els elements rodants s'indenten a la superfície de la pista, iniciant l'esquerdament que progressa fins a una fallada completa del coixinet en un termini de 2.000-5.000 hores de funcionament.

El problema de la consistència de la precàrrega: els mètodes de clau dinamomètrica apliquen un parell al cap del cargol o a la femella, i la relació entre el parell aplicat i la tensió resultant del cargol depèn del coeficient de fricció en dues interfícies: el contacte de la rosca i el contacte inferior al cap (o inferior a la femella).La relació parell-tensió: T = K × F × d, on T és el parell aplicat, K és el factor de la femella (normalment 0,15-0,22 per a rosques d'acer lubricades), F és la tensió resultant del cargol i d és el diàmetre nominal del cargol. El problema és que K no és una constant: varia entre els cargols segons l'acabat de la superfície de la rosca, l'estat de lubricació, si el cargol ha estat prèviament apretat (les rosques reutilitzades tenen un valor K més alt perquè les asperitats superficials s'han aplanat) i si hi ha restes a les rosques.Una estimació raonable de la variació de K en condicions de camp és de +/-15-25%, que es tradueix directament en una variació de +/-15-25% en la precàrrega del pern per al mateix parell d'apriete aplicat.Per a un cargol que requereix una precàrrega de 500 kN amb una K de 0,18 a d de 48 mm: T = 0,18 × 500.000 × 0,048 = 4.320 Nm. Si K realment varia entre 0,15 i 0,22 al llarg del cercle del cargol, els mateixos 4.320 Nm de parell produeixen precàrregues que van des de 410 kN fins a 600 kN, una distribució del 46% entre els cargols més fluixos i els més ajustats. SegonsVDI 2230Segons els estàndards de càlcul sistemàtic d'unions de cargols, l'apretament controlat per parell aconsegueix una dispersió de la precàrrega de +/-25-35% fins i tot en condicions de laboratori controlades, i les condicions de camp solen augmentar-la fins a +/-35-50%.

Tensió hidràulica de cargols: com l'estirament directe elimina la variable de fricció

La tensió hidràulica dels cargols evita completament la conversió de parell a tensió aplicant una pressió hidràulica coneguda a un tensor que estira directament el pern del cargol, estirant-lo elàsticament.El tensor consisteix en un cilindre hidràulic amb un extractor roscat que es cargola a l'extensió del pern (el pern ha de tenir una longitud de rosca exposada per sobre de la femella igual a almenys un diàmetre del pern perquè el tensor s'agafi), un pont que recolza contra la superfície de la junta i una femella que permet girar la femella cap avall manualment després d'estirar el pern. La seqüència d'operacions: el tensor s'instal·la al pern, s'aplica pressió hidràulica al valor especificat (calculable a partir de l'àrea efectiva del pistó del tensor), el pern s'estira elàsticament (0,1-0,3 mm d'allargament per a cargols de coixinet de gir típics), la femella es gira amb els dits utilitzant la femella a través del cos del tensor, s'allibera la pressió hidràulica i el pern intenta tornar a la seva longitud original, però la femella ho impedeix, creant la precàrrega especificada al pern.

La precisió de la precàrrega del tensat hidràulic: +/-5-10%, en comparació amb el +/-25-35% dels mètodes de clau dinamomètrica.La precisió prové del fet que la tensió del cargol es controla mitjançant la pressió hidràulica, que es mesura i regula amb una precisió de +/-1-2% mitjançant el manòmetre o transductor de la bomba tensora. El mòdul elàstic del cargol (mòdul de Young, 207 GPa per a acer d'aliatge) és consistent dins del +/-2% per als cargols del mateix lot de tractament tèrmic. L'única variable és la longitud de subjecció efectiva (la longitud del cargol entre la femella i la primera rosca enganxada), que varia entre un +/-3 i un 5% depenent de la profunditat d'enganxament de la rosca i la longitud d'adherència del cargol.L'error residual en la precàrrega tensada prové de dues fonts:(1) relaxació del cargol després de l'alliberament de la tensió (la junta es comprimeix quan es retira el tensor, cosa que redueix la tensió del cargol en un 5-10%, cosa que s'explica per l'aplicació d'una sobretensió del 5-10% durant la passada de tensió), i (2) interacció del cargol adjacent (el cargol tensor núm. 2 redueix la tensió del cargol núm. 1 en un 10-15% perquè la tensió del cargol núm. 2 comprimeix encara més la junta, relaxant el cargol núm. 1, cosa que es resol amb 3-4 passades de tensió). PerASME PCC-1Segons les directrius de muntatge d'unions cargolades, el tensat hidràulic és el mètode preferit per a unions cargolades de gran diàmetre que requereixen una precisió de precàrrega de +/-10% o superior.

Passades de tensió: el protocol de passada 3-4 que ningú vol fer però que tothom necessita

Una sola passada de tensat, on cada cargol es tensa una vegada al voltant del cercle, produeix variacions de precàrrega del 30-50% perquè cada cargol tensat successiu comprimeix la junta i relaxa els cargols tensats prèviament.El mecanisme: quan el cargol número 1 es tensa a 500 kN, comprimeix la junta localment al voltant del cargol número 1. Quan es tensa el cargol número 2 (adjacent al cargol número 1), la compressió addicional de la junta a la zona entre els cargols número 1 i 2 fa que el gruix de la junta a la zona de subjecció del cargol número 1 disminueixi lleugerament, cosa que redueix la tensió del cargol número 1 aproximadament en un 10-15%. A mesura que la tensió progressa al voltant del cercle, cada cargol perd tensió progressivament, i el primer cargol tensat és el que més perd, normalment acabant al 50-60% de la seva tensió inicial després que tots els cargols del cercle s'hagin tensat.

El protocol de tensat correcte: 3-4 passades al voltant del cercle del cargol, amb la primera passada al 50-60% de la tensió final per assentar la junta, i passades posteriors al 100% de la tensió final.Passada 1: tensar tots els cargols fins al 60% de la precàrrega final (per exemple, 300 kN per a una especificació de 500 kN): això assentament parcial de la junta i reducció de l'efecte de relaxació en passades posteriors. Passada 2: tensar tots els cargols fins al 100% de la precàrrega final (500 kN). Passada 3: tornar a tensar tots els cargols fins al 100% de la precàrrega final: aquesta passada normalment recupera un 10-15% de la tensió a la primera meitat dels cargols que es van relaxar durant la passada 2, i l'efecte de relaxació a la passada 3 es redueix al 3-5% perquè la junta ara està completament assentada. Passada 4 (opcional però recomanada per a unions crítiques): tornar a tensar fins al 100% i verificar que cap cargol perdi més del 5% de tensió entre el tensat i la mesura de verificació (utilitzant un mesurador d'elongació de cargols per ultrasons si està disponible). AYining Hidràulica, els nostres procediments d'instal·lació de la unitat de gir inclouen un protocol de tensat obligatori de 4 passades per a totes les unions de cargols de coixinets de gir en equips miners, i proporcionem la bomba tensora, el tensor i la documentació del procediment amb cada lliurament de la unitat de gir.

Preparació de cargols: els tres factors que converteixen un procediment de tensat perfecte en una unió defectuosa

Fins i tot amb tensat hidràulic, tres factors de preparació de cargols poden reduir la precàrrega real al 50-70% del valor especificat, i els tres sovint es passen per alt durant la instal·lació sobre el terreny.Factor u: lubricació de la rosca: les rosques del pern i la superfície de coixinet de la femella s'han de lubricar amb el lubricant especificat (normalment pasta de disulfur de molibdè, compost antigripatge o el lubricant recomanat pel fabricant del pern) per aconseguir una fricció consistent de la rosca durant la tensió. Les rosques seques o les rosques lubricades amb un lubricant diferent de l'especificat canvien el coeficient de fricció i alteren la resistència al desplaçament de la femella, fent que la femella es desenrotlli parcialment durant l'alliberament de la tensió. Factor dos: longitud d'adherència del pern: la tija no rosca del pern entre el cap i la primera rosca enganxada ha de ser almenys 3-4 vegades el diàmetre del pern perquè el pern s'estiri elàsticament amb la taxa de ressort correcta. Un pern amb una longitud d'adherència inferior a 2 vegades el diàmetre té una taxa de ressort molt alta, és a dir, requereix més força de tensió per al mateix allargament i és més sensible a la relaxació. Factor tres: planitud de la superfície de la junta: les superfícies de muntatge sota el cap del pern i la femella han de ser planes dins de 0,1 mm per sobre del diàmetre del coixinet. Una superfície no plana provoca una tensió de flexió al cargol a més de la tensió de tracció, cosa que redueix la precàrrega efectiva i la vida útil a fatiga del cargol en un 30-50%.

Verificació després del tesat: la precàrrega del pern es pot verificar mesurant l'allargament del pern amb un calibre de pern ultrasònic (mètode d'eco d'impulsos, que mesura el temps d'anada i tornada d'un impuls ultrasònic a través de la longitud del pern).La mesura de l'allargament abans i després del tesat dóna la deformació real del cargol, que multiplicada per l'àrea de la secció transversal del cargol i el mòdul de Young dóna la precàrrega real. Aquest és l'únic mètode de mesura directe per a la precàrrega del cargol instal·lat: la mesura del parell de torsió (comprovació del parell de trencament) no es correlaciona amb la precàrrega un cop el cargol s'ha tensat perquè la fricció estàtica (parell de trencament) és més alta que la fricció dinàmica durant l'apretament. AYining Hidràulica, recomanem la verificació ultrasònica de l'allargament dels cargols per a cargols de rodaments de gir en pales mineres amb diàmetres de plataforma giratòria superiors a 2,5 metres, on la precàrrega inconsistent provoca una càrrega desigual de la pista del rodament que no es pot detectar fins que comença la fallada del rodament. Vegeu també la nostra guia sobreIntegració i muntatge de la caixa de canvis de girper a una guia addicional de les unions cargolades.

Referències externes: Càlcul d'unions de perns VDI 2230 · Unions cargolades ASME PCC-1 · Classificació DNV · Sistemes hidràulics ISO 4413 · SAE Internacional · Estàndards de l'AGMA · Normes de l'ABS

Una darrera advertència després de quinze anys de posada en marxa de transmissions de gir: no reutilitzeu mai els cargols dels coixinets de gir després d'haver-los tret. Els cargols sotmesos a una precàrrega completa pateixen deformació plàstica en les primeres rosques encaixades, i tornar a tensar un cargol usat produeix una precàrrega imprevisible, normalment un 15-25% inferior a la d'un cargol nou per a la mateixa pressió de tensió, perquè la zona de deformació plàstica ha augmentat la longitud de subjecció efectiva.

Per a especificacions de cargols de coixinet de gir, recomanacions d'equips tensors o verificació del disseny d'unions de cargols personalitzades, poseu-vos en contacte amb el nostre equip d'enginyeria a Yining Hydraulic; tenim la documentació d'equips tensors i procediments preparada per al vostre model d'accionament de gir específic.