Aanspanning van de draaibouten van het draaiplateau van een mijnbouwgraafmachine versus momentsleutel: welke methode zorgt voor een constante voorspanning?

Waarom een ​​consistente voorspanning van bouten belangrijk is voor draailagers: het probleem van ongelijkmatige belasting dat niemand ziet tot het lager bezwijkt.

Ik ontwerp al vijftien jaar zwenkaandrijfsystemen bij Yining Hydraulic, en de boutverbindingen van de zwenklagers zijn waar ik de grootste kloof zie tussen de bedoeling van de specificaties en de uitvoering in de praktijk.Een draailager op de draaischijf van een 200 ton zware mijnbouwgraafmachine wordt vastgezet met 40-60 zeer sterke bouten (doorgaans M42-M56, klasse 10.9 of 12.9) die in een cirkelvormig patroon met een diameter van 2-3 meter zijn aangebracht.Elke bout moet een gespecificeerde voorspanning behouden — doorgaans 60-70% van de vloeigrens van de bout, wat overeenkomt met 400-600 kN voor een M48 Klasse 10.9 bout — om te voorkomen dat de lagerring loskomt van het montageoppervlak onder het kantelmoment dat ontstaat wanneer de graafarm volledig is belast en uitgeschoven. Als de voorspanning inconsistent is, ondervindt de lagerring een ongelijkmatige contactdruk en vervormt de ring plaatselijk onder belasting. Dit leidt tot "brinelling", waarbij de rolelementen indeuken in het oppervlak van de ring, wat afbrokkeling veroorzaakt die binnen 2000-5000 bedrijfsuren tot volledig lagerfalen leidt.

Het probleem van de consistentie van de voorspanning: bij het gebruik van een momentsleutel wordt koppel uitgeoefend op de boutkop of moer, en de relatie tussen het uitgeoefende koppel en de resulterende boutspanning hangt af van de wrijvingscoëfficiënt op twee contactvlakken: het contact met de schroefdraad en het contact onder de kop (of onder de moer).De koppel-spanningrelatie luidt: T = K × F × d, waarbij T het toegepaste koppel is, K de moerfactor (doorgaans 0,15-0,22 voor gesmeerde stalen schroefdraad), F de resulterende boutspanning en d de nominale boutdiameter. Het probleem is dat K geen constante is — het varieert tussen bouten afhankelijk van de oppervlakteafwerking van de schroefdraad, de smeringstoestand, of de bout eerder is vastgedraaid (hergebruikte schroefdraad heeft een hogere K-waarde omdat de oppervlakte-oneffenheden zijn afgevlakt) en of er vuil in de schroefdraad zit.Een redelijke schatting voor de variatie van K onder veldomstandigheden is +/-15-25%, wat zich direct vertaalt naar een variatie van +/-15-25% in de voorspanning van de bout bij hetzelfde toegepaste koppel.Voor een bout die een voorspanning van 500 kN vereist met een K-waarde van 0,18 bij een diameter d van 48 mm: T = 0,18 × 500.000 × 0,048 = 4320 Nm. Als K in werkelijkheid varieert tussen 0,15 en 0,22 over de boutcirkel, produceert hetzelfde koppel van 4320 Nm voorspanningen variërend van 410 kN tot 600 kN — een spreiding van 46% tussen de losste en strakst aangedraaide bouten. VolgensVDI 2230Systematische normen voor de berekening van boutverbindingen, koppelgestuurd aanhalen, zorgen voor een voorspanningspreiding van +/-25-35%, zelfs onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden, terwijl dit in de praktijk doorgaans oploopt tot +/-35-50%.

Hydraulische boutspanning: hoe directe rek de wrijvingsfactor elimineert

Bij hydraulisch spannen van bouten wordt de omzetting van koppel naar spanning volledig omzeild door een bekende hydraulische druk uit te oefenen op een spanner die direct aan de bout trekt en deze elastisch uitrekt.De spanner bestaat uit een hydraulische cilinder met een schroefdraadtrekker die op de verlengstuk van de bout wordt geschroefd (de bout moet een blootliggende schroefdraadlengte boven de moer hebben die ten minste gelijk is aan één boutdiameter, zodat de spanner grip kan krijgen), een brug die tegen het verbindingsvlak drukt en een dop waarmee de moer met de hand kan worden vastgedraaid nadat de bout is uitgerekt. De werking verloopt als volgt: de spanner wordt op de bout gemonteerd, de hydraulische druk wordt op de gespecificeerde waarde gebracht (berekenbaar op basis van het effectieve zuigeroppervlak van de spanner), de bout rekt elastisch uit (0,1-0,3 mm rek voor typische draailagerbouten), de moer wordt met de hand vastgedraaid met behulp van de dop door het spannerlichaam, de hydraulische druk wordt losgelaten en de bout probeert terug te keren naar zijn oorspronkelijke lengte, maar de moer voorkomt dit, waardoor de gespecificeerde voorspanning in de bout ontstaat.

De nauwkeurigheid van de voorspanning bij hydraulisch spannen bedraagt ​​+/-5-10%, vergeleken met +/-25-35% bij methoden met een momentsleutel.De nauwkeurigheid is te danken aan het feit dat de boutspanning wordt geregeld door hydraulische druk, die met een nauwkeurigheid van +/-1-2% wordt gemeten en gereguleerd door de manometer of transducer van de spanpomp. De elasticiteitsmodulus van de bout (Youngs modulus, 207 GPa voor gelegeerd staal) is consistent binnen +/-2% voor bouten uit dezelfde warmtebehandelingsbatch. De enige variabele is de effectieve klemlengte (de lengte van de bout tussen de moer en de eerste schroefdraad), die varieert met +/-3-5% afhankelijk van de inschroefdiepte en de boutklemlengte.De resterende fout in de voorspanning is afkomstig van twee bronnen:(1) ontspanning van de bout na het loslaten van de spanning (de verbinding comprimeert wanneer de spanner wordt verwijderd, waardoor de boutspanning met 5-10% afneemt — dit wordt gecompenseerd door 5-10% overspanning toe te passen tijdens het aanspannen), en (2) interactie tussen aangrenzende bouten (het aanspannen van bout nr. 2 vermindert de spanning in bout nr. 1 met 10-15% omdat de spanning van bout nr. 2 de verbinding verder comprimeert, waardoor bout nr. 1 ontspant — dit wordt aangepakt door 3-4 aanspanbeurten). PerASME PCC-1Bij montage van boutverbindingen is hydraulische voorspanning de voorkeursmethode voor boutverbindingen met een grote diameter die een voorspanningsnauwkeurigheid van +/-10% of beter vereisen.

Spanningsopbouwende passes: Het 3-4-passprotocol dat niemand wil doen, maar iedereen nodig heeft.

Een enkele aanspanronde – waarbij elke bout eenmaal rond de cirkel wordt aangespannen – produceert voorspanningsvariaties van 30-50%, omdat elke volgende aangespannen bout de verbinding samendrukt en de eerder aangespannen bouten ontspant.Het mechanisme: wanneer bout nr. 1 wordt aangespannen tot 500 kN, wordt de verbinding plaatselijk rondom bout nr. 1 samengedrukt. Wanneer bout nr. 2 (naast bout nr. 1) wordt aangespannen, zorgt de extra compressie van de verbinding in het gebied tussen bout nr. 1 en 2 ervoor dat de dikte van de verbinding in de klemzone van bout nr. 1 iets afneemt, waardoor de spanning op bout nr. 1 met ongeveer 10-15% vermindert. Naarmate het aanspannen in de cirkel vordert, verliest elke bout geleidelijk aan spanning, waarbij de eerst aangespannen bout het meeste verliest – meestal eindigt deze op 50-60% van zijn oorspronkelijke spanning nadat alle bouten in de cirkel zijn aangespannen.

Het juiste aanhaalprotocol: 3-4 keer rond de boutcirkel draaien, waarbij de eerste keer met 50-60% van de uiteindelijke spanning wordt gedraaid om de verbinding vast te zetten, en de volgende keren met 100% van de uiteindelijke spanning.Stap 1: Span alle bouten aan tot 60% van de uiteindelijke voorspanning (bijv. 300 kN voor een specificatie van 500 kN) — dit zet de verbinding gedeeltelijk vast en vermindert het ontspanningseffect in de volgende stappen. Stap 2: Span alle bouten aan tot 100% van de uiteindelijke voorspanning (500 kN). Stap 3: Span alle bouten opnieuw aan tot 100% van de uiteindelijke voorspanning — deze stap herstelt doorgaans 10-15% van de spanning in de eerste helft van de bouten die tijdens stap 2 zijn ontspannen, en het ontspanningseffect in stap 3 wordt teruggebracht tot 3-5% omdat de verbinding nu volledig vastzit. Stap 4 (optioneel, maar aanbevolen voor kritische verbindingen): Span opnieuw aan tot 100% en controleer of geen enkele bout meer dan 5% spanning verliest tussen het aanspannen en de controlemeting (gebruik indien beschikbaar een ultrasone boutrekmeter).Yining HydraulischOnze installatieprocedures voor zwenkaandrijvingen omvatten een verplicht protocol voor het aanspannen van alle boutverbindingen van de zwenklagers op mijnbouwapparatuur in vier stappen. Bij elke levering van een zwenkaandrijving leveren we de spanpomp, de spanner en de bijbehorende documentatie mee.

Boutvoorbereiding: De drie factoren die een perfect aanhaalproces omzetten in een mislukte verbinding

Zelfs bij hydraulische voorspanning kunnen drie factoren bij de voorbereiding van de bouten de werkelijke voorspanning met 50-70% van de gespecificeerde waarde verminderen, en alle drie worden vaak over het hoofd gezien tijdens de installatie in het veld.Factor één: smering van de schroefdraad — de schroefdraad van de bout en het lageroppervlak van de moer moeten worden gesmeerd met het voorgeschreven smeermiddel (doorgaans molybdeendisulfidepasta, een anti-seize-middel of het door de boutfabrikant aanbevolen smeermiddel) om een ​​constante wrijving te garanderen tijdens het aandraaien. Droge schroefdraad of schroefdraad gesmeerd met een ander smeermiddel dan voorgeschreven verandert de wrijvingscoëfficiënt en de weerstand tegen losdraaien van de moer, waardoor de moer gedeeltelijk losraakt tijdens het loslaten. Factor twee: boutlengte — het onbewerkte deel van de boutschacht tussen de kop en de eerste schroefdraad moet minstens 3-4 keer de boutdiameter zijn, zodat de bout elastisch kan uitrekken met de juiste veerconstante. Een bout met een boutlengte van minder dan 2 keer de diameter heeft een zeer hoge veerconstante, wat betekent dat er meer aanhaalkracht nodig is voor dezelfde rek en dat deze gevoeliger is voor ontspanning. Factor drie: vlakheid van het verbindingsvlak — de montagevlakken onder de boutkop en de moer moeten binnen 0,1 mm over de lagerdiameter vlak zijn. Een niet-vlak oppervlak veroorzaakt naast trekspanning ook buigspanning in de bout, waardoor de effectieve voorspanning en de vermoeiingslevensduur van de bout met 30-50% afnemen.

Controle na het spannen: de voorspanning van de bout kan worden gecontroleerd door de boutverlenging te meten met een ultrasone boutmeter (puls-echo-methode, waarbij de rondlooptijd van een ultrasone puls door de boutlengte wordt gemeten).De rekmeting vóór en na het aanspannen geeft de werkelijke boutspanning, die vermenigvuldigd met de dwarsdoorsnede van de bout en de elasticiteitsmodulus van Young de werkelijke voorspanning oplevert. Dit is de enige directe meetmethode voor de voorspanning van een gemonteerde bout; koppelmeting (controle van het losbreekkoppel) correleert niet met de voorspanning nadat de bout is aangespannen, omdat de statische wrijving (losbreekkoppel) hoger is dan de dynamische wrijving tijdens het aandraaien.Yining HydraulischWe raden ultrasone controle van de boutverlenging aan voor draailagerbouten op mijnbouwgraafmachines met een draaitafeldiameter van meer dan 2,5 meter. Bij deze machines veroorzaakt een inconsistente voorspanning een ongelijkmatige belasting van de lagerbaan, die pas wordt opgemerkt wanneer het lager begint te bezwijken. Zie ook onze handleiding over...integratie en montage van de zwenkaandrijvingvoor aanvullende instructies voor boutverbindingen.

Externe referenties: VDI 2230 Boutverbindingberekening · ASME PCC-1 boutverbindingen · DNV-classificatie · ISO 4413 Hydraulische systemen · SAE International · AGMA-normen · ABS-regels

Nog een laatste waarschuwing uit vijftien jaar ervaring met het inbedrijfstellen van zwenkaandrijvingen: hergebruik nooit de bouten van het zwenklager nadat ze zijn verwijderd. Bouten die volledig voorgespannen zijn, ondergaan plastische vervorming in de eerste paar schroefdraadgangen, en het opnieuw aanspannen van een gebruikte bout resulteert in een onvoorspelbare voorspanning – doorgaans 15-25% lager dan bij een nieuwe bout met dezelfde aanspankracht – omdat de zone van plastische vervorming de effectieve klemlengte heeft vergroot.

Voor specificaties van draailagerbouten, aanbevelingen voor spanapparatuur of verificatie van het ontwerp van aangepaste boutverbindingen kunt u contact opnemen met ons engineeringteam bij Yining Hydraulic. Wij beschikken over de spanapparatuur en de bijbehorende documentatie voor uw specifieke draaiaandrijvingsmodel.