Kääntölaakerin pultin kiristys vs. momenttiavain: kumpi menetelmä tarjoaa tasaisen esikuormituksen kaivoskaivinkoneiden kääntölaitteille?

Miksi pulttien esijännityksen tasaisuus on tärkeää kääntölaakereissa: Epätasainen kuormitusongelma, jota kukaan ei huomaa ennen laakerin pettämistä

Olen suunnitellut kääntölaitteita Yining Hydraulicilla viidentoista vuoden ajan, ja kääntölaakerien pulttiliitoksissa näen suurimman kuilun spesifikaation ja kenttätoteutuksen välillä.200 tonnin kaivoskaivurin kääntöpöydän kääntölaakeri on kiinnitetty 40–60 erittäin lujalla pultilla (tyypillisesti M42–M56, luokka 10.9 tai 12.9), jotka on järjestetty halkaisijaltaan 2–3 metrin pyöreään pulttikuvioon.Jokaisen pultin on ylläpidettävä tietty esikuormitus – tyypillisesti 60–70 % pultin koestuskuormituksesta, mikä vastaa 400–600 kN:a M48-luokan 10.9 pultille – estääkseen laakerin vierintäpinnan nousemisen kiinnityspinnalta kaatumismomentin vaikutuksesta, joka syntyy, kun kauha on täysin kuormitettu ja ojennettuna. Jos esikuormitus on epätasainen, laakerin vierintäpintaan kohdistuu epätasainen kosketuspaine ja vierintäpinta muuttaa muotoaan paikallisesti kuormituksen alaisena – aiheuttaen tilanteen, jota kutsutaan nimellä "brinellointi", jossa vierintäelementit painavat vierintäpinnan sisään, mikä käynnistää lohkeilun, joka etenee laakerin täydelliseen pettämiseen 2 000–5 000 käyttötunnin kuluessa.

Esijännityksen tasaisuusongelma: momenttiavainmenetelmät kohdistavat vääntömomentin pultin kantaan tai mutteriin, ja käytetyn vääntömomentin ja siitä johtuvan pultin kireyden välinen suhde riippuu kitkakertoimesta kahdessa rajapinnassa – kierrekosketuksessa ja kannan (tai mutterin) alla olevassa kosketuksessa.Vääntömomentin ja jännityksen suhde: T = K × F × d, jossa T on käytetty vääntömomentti, K on mutterin kerroin (tyypillisesti 0,15–0,22 voidelluille teräskierteille), F on pultin jännitys ja d on pultin nimellishalkaisija. Ongelmana on, että K ei ole vakio – se vaihtelee pulttien välillä riippuen kierteen pinnan viimeistelystä, voiteluolosuhteista, siitä, onko pulttia aiemmin kiristetty (uudelleenkäytetyillä kierteillä on korkeampi K-arvo, koska pinnan epätasaisuudet ovat litistyneet) ja siitä, onko kierteissä roskia.Kohtuullinen arvio K-vaihtelulle kenttäolosuhteissa on +/-15–25 %, mikä tarkoittaa suoraan +/-15–25 %:n vaihtelua pultin esijännityksessä samalla vääntömomentilla.Pultille, joka vaatii 500 kN:n esijännityksen ja jonka K on 0,18 d:n ollessa 48 mm: T = 0,18 × 500 000 × 0,048 = 4 320 Nm. Jos K todellisuudessa vaihtelee 0,15:n ja 0,22:n välillä pultin kehän poikki, sama 4 320 Nm:n vääntömomentti tuottaa 410 kN:n ja 600 kN:n esijännityksiä – 46 %:n ero löysimmän ja tiukimman pultin välillä.VDI 2230Systemaattisten pulttiliitosten laskentastandardien mukaan momenttiohjatulla kiristämisellä saavutetaan +/-25–35 %:n esijännityshajonta jopa kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa, ja kenttäolosuhteet tyypillisesti nostavat tämän +/-35–50 %:iin.

Hydraulinen pultin kiristys: Kuinka suora venytys poistaa kitkamuuttujan

Hydraulinen pultinkiristys ohittaa vääntömomentin ja jännityksen muuntamisen kokonaan kohdistamalla tunnetun hydraulisen paineen kiristimeen, joka vetää suoraan pultin tappiin ja venyttää sitä elastisesti.Kiristin koostuu hydraulisylinteristä ja kierteitetystä ulosvetimestä, joka ruuvataan pultin jatkopalaan (pultin kierteen pituuden mutterin yläpuolella on oltava vähintään yksi pultin halkaisija, jotta kiristin tarttuu), sillasta, joka painaa liitospintaa vasten, ja hylsystä, jonka avulla mutteria voidaan kiertää alas käsin pultin venyttämisen jälkeen. Toimintajärjestys: kiristin asennetaan pulttiin, hydraulinen paine kohdistetaan määritettyyn arvoon (laskettavissa kiristimen tehokkaasta männän pinta-alasta), pultti venyy elastisesti (0,1–0,3 mm venymä tyypillisille kääntölaakeripulteille), mutteri kierretään alas sormitiukkuuteen hylsyn avulla kiristimen rungon läpi, hydraulinen paine vapautetaan ja pultti yrittää palata alkuperäiseen pituuteensa – mutta mutteri estää tämän luoden pulttiin määritetyn esijännityksen.

Hydraulisen kiristyksen esijännitystarkkuus: +/-5–10 %, verrattuna momenttiavainmenetelmien +/-25–35 %:iin.Tarkkuus johtuu siitä, että pultin kireyttä säädetään hydraulisella paineella, jota kiristyspumpun painemittari tai muuntaja mittaa ja säätää +/-1–2 %:n tarkkuudella. Pultin kimmomoduuli (Youngin moduuli, 207 GPa seosteräkselle) on +/-2 %:n sisällä samasta lämpökäsitellystä erästä peräisin oleville pulteille. Ainoa muuttuja on efektiivinen puristuspituus (pultin pituus mutterin ja ensimmäisen kiinnittyneen kierteen välillä), joka vaihtelee +/-3–5 % kierteen kiinnityssyvyyden ja pultin tartuntapituuden mukaan.Jännitetyn esijännityksen jäännösvirhe tulee kahdesta lähteestä:(1) pultin löystyminen jännityksen vapautumisen jälkeen (nivel puristuu kokoon, kun kiristin irrotetaan, mikä vähentää pultin kireyttä 5–10 % – tämä selittyy 5–10 %:n ylikiristyksellä kiristysvaiheen aikana), ja (2) viereisen pultin vuorovaikutus (pultin nro 2 kiristys vähentää pultin nro 1 kireyttä 10–15 %, koska pultin nro 2 kireys puristaa niveltä entisestään, mikä löysentää pulttia nro 1 – tämä selittyy 3–4 kiristysvaiheella). PerASME PCC-1Pulttiliitosten kokoonpano-ohjeiden mukaan hydraulinen kiristys on ensisijainen menetelmä suuriläpimittaisille pulttiliitoksille, jotka vaativat +/-10 %:n tai paremman esijännitystarkkuuden.

Kiristyskertojen tekeminen: 3-4-kertojen protokolla, jota kukaan ei halua tehdä, mutta kaikki tarvitsevat

Yksi kiristyskerta – jossa jokainen pultti kiristetään kerran ympyrän ympäri – aiheuttaa 30–50 %:n esijännitysvaihtelun, koska jokainen peräkkäinen pultin kiristys puristaa liitosta ja löysentää aiemmin kiristettyjä pultteja.Mekanismi: kun pultti nro 1 kiristetään 500 kN:iin, se puristaa liitosta paikallisesti pultin nro 1 ympärille. Kun pulttia nro 2 (pultin nro 1 vieressä) kiristetään, liitoksen lisäpuristus pulttien nro 1 ja 2 välisellä alueella pienentää liitoksen paksuutta pultin nro 1 puristusalueella hieman – mikä vähentää pultin nro 1 kireyttä noin 10–15 %. Kiristyksen edetessä ympyrän ympäri jokainen pultti menettää kireyttään asteittain, ja ensimmäisenä kiristetty pultti menettää eniten – tyypillisesti 50–60 % alkuperäisestä kireydestään, kun kaikki ympyrän pultit on kiristetty.

Oikea kiristysprotokolla: 3–4 kiristyskertaa pultin ympyrän ympäri siten, että ensimmäinen kiristyskerta tehdään 50–60 %:n lopullisella kireydellä liitoksen sulkemiseksi ja seuraavat kiristyskerrat 100 %:n lopullisella kireydellä.Kierros 1: kiristä kaikki pultit 60 %:iin lopullisesta esijännityksestä (esim. 300 kN 500 kN:n spesifikaatiolle) – tämä osittain lukitsee liitoksen ja vähentää relaksaatiovaikutusta seuraavissa kierroksissa. Kierros 2: kiristä kaikki pultit 100 %:iin lopullisesta esijännityksestä (500 kN). Kierros 3: kiristä kaikki pultit uudelleen 100 %:iin lopullisesta esijännityksestä – tämä läpimeno palauttaa tyypillisesti 10–15 % jännityksestä ensimmäisen puoliskon pulteissa, jotka löystyivät kierroksella 2, ja relaksaatiovaikutus kierroksella 3 pienenee 3–5 %:iin, koska liitos on nyt täysin lukittu. Kierros 4 (valinnainen, mutta suositeltava kriittisille liitoksille): kiristä uudelleen 100 %:iin ja varmista, että mikään pultti ei menetä jännitystään yli 5 % kiristyksen ja tarkistusmittauksen välillä (käyttäen ultraäänipultin venymämittaria, jos saatavilla).Yining HydraulinenKääntökoneiston asennusmenettelyihimme kuuluu pakollinen nelivaiheinen kiristysprotokolla kaikille kaivoslaitteiden kääntölaakeripulttiliitoksille, ja toimitamme kiristyspumpun, kiristimen ja menetelmädokumentaation jokaisen kääntökoneiston toimituksen mukana.

Pultin valmistelu: Kolme tekijää, jotka muuttavat täydellisen kiristystoimenpiteen epäonnistuneeksi liitokseksi

Hydraulisesta kiristyksestä huolimatta kolme pultin esivalmistelukerrointa voivat pienentää todellisen esikuormituksen 50–70 prosenttiin määritellystä arvosta, ja kaikki kolme usein unohdetaan kenttäasennuksen aikana.Tekijä yksi: kierteiden voitelu – pultin kierteet ja mutterin laakeripinta on voideltava määritellyllä voiteluaineella (yleensä molybdeenidisulfiditahna, jumiutumisenestoaine tai pultin valmistajan suosittelema voiteluaine), jotta kierteiden kitka pysyy tasaisena kiristyksen aikana. Kuivat kierteet tai eri voiteluaineella kuin määritellyllä voidelut kierteet muuttavat kitkakerrointa ja mutterin purkautumisvastusta, jolloin mutteri osittaisesti purkautuu auki jännityksen vapautuessa. Tekijä kaksi: pultin tartuntapituus – pultin kierteettömän varren kannan ja ensimmäisenä kytkeytyneen kierteen välillä on oltava vähintään 3–4 kertaa pultin halkaisija, jotta pultti venyy elastisesti oikealla jousivauhdilla. Pultilla, jonka tartuntapituus on alle 2 kertaa halkaisija, on erittäin korkea jousivauhti, mikä tarkoittaa, että se vaatii enemmän kiristysvoimaa samaan venymään ja on herkempi rentoutumiselle. Tekijä kolme: liitospinnan tasaisuus – pultin kannan ja mutterin alla olevien kiinnityspintojen on oltava tasaiset 0,1 mm:n sisällä laakerin halkaisijasta. Epätasainen pinta aiheuttaa pulttiin vetojännityksen lisäksi taivutusjännitystä, mikä vähentää pultin tehokasta esijännitystä ja väsymislujuutta 30–50 %.

Kiristämisen jälkeinen tarkastus: pultin esijännitys voidaan varmistaa mittaamalla pultin venymä ultraäänipulttimittarilla (pulssikaikumenetelmä, jossa mitataan ultraäänipulssin edestakainen kulkuaika pultin pituudella).Venymän mittaus ennen kiristystä ja sen jälkeen antaa todellisen pultin venymän, joka kerrottuna pultin poikkileikkauspinta-alalla ja Youngin moduulilla antaa todellisen esijännityksen. Tämä on ainoa suora mittausmenetelmä asennetun pultin esijännitykselle – vääntömomentin mittaus (irtoamismomentin tarkistaminen) ei korreloi esijännityksen kanssa, kun pultti on kiristetty, koska staattinen kitka (irtoamismomentti) on suurempi kuin dynaaminen kitka kiristyksen aikana.Yining HydraulinenSuosittelemme ultraäänimittausta kääntölaakeripulteille kaivoskaivureissa, joiden kääntöpöydän halkaisija on yli 2,5 metriä, koska epätasainen esijännitys aiheuttaa epätasaisen laakerikehän kuormituksen, jota ei voida havaita ennen kuin laakerin vikaantuminen alkaa. Katso myös oppaamme aiheestakääntövaihteiston integrointi ja asennuspulttiliitoksen lisäohjausta varten.

Ulkoiset viitteet: VDI 2230 -ruuviliitoksen laskelma · ASME PCC-1 pulttiliitokset · DNV-luokitus · ISO 4413 Hydraulijärjestelmät · SAE International · AGMA-standardit · ABS-säännöt

Vielä yksi varoitus viidentoista vuoden kääntölaitteiden käyttöönottokokemuksesta: älä koskaan käytä kääntölaakerin pultteja uudelleen niiden irrottamisen jälkeen. Täydelle esijännitykselle altistetut pultit muuttuvat plastisesti muutaman ensimmäisen kytkeytyneen kierteen aikana, ja käytetyn pultin uudelleenkiristäminen tuottaa arvaamattoman esijännityksen – tyypillisesti 15–25 % pienemmän kuin uuden pultin samalla kiristyspaineella – koska plastinen muodonmuutosalue on kasvattanut tehokasta puristuspituutta.

Kääntölaakerin pulttien teknisten tietojen, kiristyslaitteiden suositusten tai räätälöityjen pulttiliitosten suunnittelun varmentamiseksi ota yhteyttä Yining Hydraulicin suunnittelutiimiimme – meillä on valmiina kiristyslaitteet ja menetelmädokumentaatio juuri sinun kääntömoottorimallillesi.