Tensado do parafuso do rodamento de xiro vs. chave dinamométrica: que método proporciona unha precarga consistente para as plataformas xiratorias de palas de minería?

Por que é importante a consistencia da precarga dos parafusos para os rolamentos de xiro: o problema da carga desigual que ninguén ve ata que falla o rolamento

Levo quince anos deseñando sistemas de accionamento de xiro en Yining Hydraulic, e as unións de parafuso dos rolamentos de xiro son onde vexo a maior diferenza entre a intención das especificacións e a execución en campo.Un rodamento de xiro nunha plataforma xiratoria de pa mineira de 200 toneladas está asegurado por 40-60 parafusos de alta resistencia (normalmente M42-M56, clase 10.9 ou 12.9) dispostos nun patrón de parafusos circular de 2-3 metros de diámetro.Cada parafuso debe manter unha precarga especificada (normalmente entre o 60 e o 70 % da carga de proba do parafuso, o que corresponde a entre 400 e 600 kN para un parafuso M48 de clase 10.9) para evitar que a roda do rodamento se levante da superficie de montaxe baixo o momento de xiro xerado cando o balde está completamente cargado e estendido. Se a precarga é inconsistente, a roda do rodamento experimenta unha presión de contacto desigual e a roda defórmase localmente baixo carga, creando unha condición chamada «brinelling» na que os elementos rodantes marcan a superficie da roda, iniciando o desconchado que progresa ata a falla completa do rodamento nun prazo de entre 2000 e 5000 horas de funcionamento.

O problema da consistencia da precarga: os métodos de chave dinamométrica aplican torque á cabeza do parafuso ou á porca, e a relación entre o torque aplicado e a tensión do parafuso resultante depende do coeficiente de fricción en dúas interfaces: o contacto da rosca e o contacto debaixo da cabeza (ou debaixo da porca).A relación par-tensión: T = K × F × d, onde T é o par aplicado, K é o factor da porca (normalmente 0,15-0,22 para roscas de aceiro lubricadas), F é a tensión resultante do parafuso e d é o diámetro nominal do parafuso. O problema é que K non é unha constante: varía entre os parafusos dependendo do acabado da superficie da rosca, a condición de lubricación, se o parafuso foi aperto previamente (as roscas reutilizadas teñen un valor K máis alto porque as asperezas superficiais foron aplanadas) e se hai residuos nas roscas.Unha estimación razoable para a variación de K en condicións de campo é de +/-15-25 %, o que se traduce directamente nunha variación de +/-15-25 % na precarga do parafuso para o mesmo par de torsión aplicado.Para un parafuso que require unha precarga de 500 kN cunha K de 0,18 a 48 mm de d: T = 0,18 × 500.000 × 0,048 = 4.320 Nm. Se K varía realmente entre 0,15 e 0,22 ao longo do círculo do parafuso, o mesmo par de torsión de 4.320 Nm produce precargas que van dende 410 kN ata 600 kN, unha diferenza do 46 % entre os parafusos máis soltos e os máis apertados. SegundoVDI 2230Segundo os estándares de cálculo sistemático de unións con parafusos, o aperto controlado por par consegue unha dispersión da precarga de +/-25-35 % mesmo en condicións controladas de laboratorio, e as condicións de campo adoitan aumentar esta a +/-35-50 %.

Tensado hidráulico de parafusos: como o estiramento directo elimina a variable de fricción

A tensión hidráulica dos parafusos evita por completo a conversión de par a tensión aplicando unha presión hidráulica coñecida a un tensor que tira directamente do perno, estirándoo elasticamente.O tensor consta dun cilindro hidráulico cun extractor roscado que se atornilla na extensión do perno (o perno debe ter unha lonxitude de rosca exposta por riba da porca igual a polo menos un diámetro do perno para que o tensor o agarre), unha ponte que se apoia contra a superficie da unión e un encaixe que permite xirar a porca cara abaixo manualmente despois de estirar o perno. A secuencia de operación: o tensor instálase no perno, aplícase presión hidráulica ao valor especificado (calculable a partir da área efectiva do pistón do tensor), o perno estírase elasticamente (0,1-0,3 mm de alongamento para paranos típicos con rodamentos de xiro), a porca apertáse manualmente usando o encaixe a través do corpo do tensor, libérase a presión hidráulica e o perno intenta volver á súa lonxitude orixinal, pero a porca o impide, creando a precarga especificada no perno.

A precisión da precarga da tensión hidráulica: +/-5-10 %, en comparación con +/-25-35 % para os métodos de chave dinamométrica.A precisión provén do feito de que a tensión do parafuso se controla mediante presión hidráulica, que se mide e regula cunha precisión de +/-1-2 % mediante o manómetro ou transdutor da bomba tensora. O módulo elástico do parafuso (módulo de Young, 207 GPa para aceiro de aliaxe) é consistente dentro de +/-2 % para os parafusos do mesmo lote de tratamento térmico. A única variable é a lonxitude de suxeición efectiva (a lonxitude do parafuso entre a porca e a primeira rosca enganchada), que varía entre +/-3 e 5 % dependendo da profundidade de enganche da rosca e da lonxitude de agarre do parafuso.O erro residual na precarga tensada provén de dúas fontes:(1) relaxación do parafuso despois da liberación da tensión (a unión comprímese cando se retira o tensor, o que reduce a tensión do parafuso entre un 5 e un 10 %, o que se explica pola aplicación dunha sobretensión do 5 ao 10 % durante a pasada de tensado) e (2) interacción do parafuso adxacente (o parafuso tensor n.º 2 reduce a tensión no parafuso n.º 1 entre un 10 e un 15 % porque a tensión do parafuso n.º 2 comprime aínda máis a unión, o que relaxa o parafuso n.º 1, o que se soluciona con 3 ou 4 pasadas de tensado). PorASME PCC-1Directrices de montaxe de unións aparafusadas, a tensión hidráulica é o método preferido para unións aparafusadas de gran diámetro que requiren unha precisión de precarga de +/-10 % ou superior.

Pasadas de tensión: o protocolo de 3-4 pasadas que ninguén quere facer pero que todo o mundo necesita

Unha única pasada de tensado (onde cada parafuso se tensa unha vez arredor do círculo) produce variacións de precarga do 30-50 % porque cada parafuso tensado sucesivo comprime a unión e relaxa os parafusos tensados ​​previamente.O mecanismo: cando o parafuso nº 1 se tensa a 500 kN, comprime a unión localmente arredor do parafuso nº 1. Cando se tensa o parafuso nº 2 (adxacente ao parafuso nº 1), a compresión adicional da unión na zona entre os parafusos nº 1 e nº 2 fai que o grosor da unión na zona de suxeición do parafuso nº 1 diminúa lixeiramente, o que reduce a tensión do parafuso nº 1 aproximadamente entre un 10 e un 15 %. A medida que a tensación progresa arredor do círculo, cada parafuso perde tensión progresivamente, e o primeiro parafuso tensado é o que máis perde, o que normalmente remata no 50-60 % da súa tensión inicial despois de que se tensen todos os parafusos do círculo.

O protocolo de tensado correcto: 3-4 pasadas arredor do círculo do parafuso, coa primeira pasada ao 50-60 % da tensión final para asentar a unión e as pasadas posteriores ao 100 % da tensión final.Pasada 1: tensar todos os parafusos ata o 60 % da precarga final (por exemplo, 300 kN para unha especificación de 500 kN); isto asenta parcialmente a unión e reduce o efecto de relaxación nas pasadas posteriores. Pasada 2: tensar todos os parafusos ata o 100 % da precarga final (500 kN). Pasada 3: volver a tensar todos os parafusos ata o 100 % da precarga final; esta pasada normalmente recupera entre o 10 e o 15 % da tensión nos parafusos da primeira metade que se relaxaron durante a pasada 2, e o efecto de relaxación na pasada 3 redúcese a un 3-5 % porque a unión agora está completamente asentada. Pasada 4 (opcional pero recomendada para unións críticas): volver a tensar ata o 100 % e verificar que ningún parafuso perda máis do 5 % de tensión entre a tensación e a medición de verificación (usando un medidor de alongamento de parafusos por ultrasóns se está dispoñible). EnHidráulico Yining, os nosos procedementos de instalación da transmisión de xiro inclúen un protocolo de tensado obrigatorio de 4 pasadas para todas as unións de parafuso dos rolamentos de xiro nos equipos de minería, e proporcionamos a bomba tensora, o tensor e a documentación do procedemento con cada entrega da transmisión de xiro.

Preparación dos parafusos: os tres factores que converten un procedemento de tensado perfecto nunha unión defectuosa

Mesmo coa tensión hidráulica, tres factores de preparación dos parafusos poden reducir a precarga real ao 50-70 % do valor especificado e os tres adoitan pasarse por alto durante a instalación no campo.Factor un: lubricación das roscas: as roscas do parafuso e a superficie de apoio da porca deben lubricarse co lubricante especificado (normalmente pasta de disulfuro de molibdeno, composto antigripante ou o lubricante recomendado polo fabricante do parafuso) para conseguir unha fricción consistente da rosca durante a tensión. As roscas secas ou as roscas lubricadas cun lubricante diferente ao especificado cambian o coeficiente de fricción e alteran a resistencia ao desprazamento da porca, o que fai que a porca se desenrole parcialmente durante a liberación da tensión. Factor dous: lonxitude de agarre do parafuso: o vástago sen rosca do parafuso entre a cabeza e a primeira rosca encaixada debe ser polo menos de 3 a 4 veces o diámetro do parafuso para que este se estire elasticamente coa taxa de elasticidade correcta. Un parafuso cunha lonxitude de agarre inferior a 2 veces o diámetro ten unha taxa de elasticidade moi alta, o que significa que require máis forza de tensión para o mesmo alongamento e é máis sensible á relaxación. Factor tres: planitude da superficie da unión: as superficies de montaxe debaixo da cabeza do parafuso e a porca deben ser planas con menos de 0,1 mm sobre o diámetro do apoio. Unha superficie non plana provoca unha tensión de flexión no parafuso ademais da tensión de tracción, o que reduce a precarga efectiva e a vida útil á fatiga do parafuso entre un 30 e un 50 %.

Verificación despois do tensado: a precarga do parafuso pódese verificar medindo o alongamento do parafuso cun medidor de parafusos ultrasónico (método de pulso-eco, que mide o tempo de ida e volta dun pulso ultrasónico a través da lonxitude do parafuso).A medición do alongamento antes e despois do tensado dá a deformación real do parafuso, que multiplicada pola área da sección transversal do parafuso e o módulo de Young dá a precarga real. Este é o único método de medición directa para a precarga do parafuso instalado: a medición do par de torsión (comprobación do par de torsión) non se correlaciona coa precarga unha vez que o parafuso foi tensado porque a fricción estática (par de torsión) é maior que a fricción dinámica durante o aperto. EnHidráulico Yining, recomendamos a verificación ultrasónica do alongamento dos parafusos para os parafusos dos rolamentos de xiro en palas de minería con diámetros de plataforma xiratoria superiores a 2,5 metros, onde a precarga inconsistente provoca unha carga desigual na carreira do rolamento que non se pode detectar ata que comece a falla do rolamento. Consulte tamén a nosa guía sobreIntegración e montaxe da caixa de cambios de xiropara unha guía adicional de unións aparafusadas.

Referencias externas: Cálculo de unión de parafusos VDI 2230 · Unións atornilladas ASME PCC-1 · Clasificación DNV · Sistemas hidráulicos ISO 4413 · SAE Internacional · Estándares da AGMA · Normas do ABS

Unha última advertencia tras quince anos de posta en servizo de accionamentos de xiro: nunca reutilice os parafusos dos rolamentos de xiro despois de retiralos. Os parafusos sometidos a unha precarga completa sofren deformación plástica nas primeiras roscas encaixadas, e o reaxuste dun parafuso usado produce unha precarga imprevisible (normalmente entre un 15 e un 25 % menor que a dun parafuso novo para a mesma presión de tensión) porque a zona de deformación plástica aumentou a lonxitude de suxeición efectiva.

Para obter especificacións de parafusos de rodamentos de xiro, recomendacións de equipos tensores ou verificación do deseño de unións de parafusos personalizadas, póñase en contacto co noso equipo de enxeñería en Yining Hydraulic; temos a documentación do equipo tensor e o procedemento preparada para o seu modelo específico de accionamento de xiro.