Tensionarea șuruburilor rulmentului de rotire vs. cheie dinamometrică: ce metodă oferă o preîncărcare consistentă pentru mesele rotative ale exploatoarelor miniere?

De ce contează consistența preîncărcării șuruburilor pentru rulmenții de rotire: Problema încărcării inegale pe care nimeni nu o vede până la defectarea rulmentului

Am proiectat sisteme de acționare a rotirii la Yining Hydraulic timp de cincisprezece ani, iar îmbinările cu șuruburi ale rulmenților de rotire sunt locul unde observ cea mai mare diferență între intenția specificațiilor și execuția pe teren.Un rulment de rotire pe o placă rotativă pentru excavatoare miniere de 200 de tone este fixat cu 40-60 de șuruburi de înaltă rezistență (de obicei M42-M56, clasa 10.9 sau 12.9) aranjate într-un model circular de șuruburi cu diametrul de 2-3 metri.Fiecare șurub trebuie să mențină o preîncărcare specificată — de obicei 60-70% din sarcina de probă a șurubului, corespunzând la 400-600 kN pentru un șurub M48 Clasa 10.9 — pentru a preveni ridicarea inelului rulmentului de pe suprafața de montare sub momentul de răsturnare generat atunci când cupa este complet încărcată și extinsă. Dacă preîncărcarea este inconsistentă, inelul rulmentului este supus unei presiuni de contact inegale, iar inelul se deformează local sub sarcină — creând o afecțiune numită „brinelling”, în care elementele de rulare indentează suprafața inelului, inițiind exfolierea care progresează până la defectarea completă a rulmentului în 2.000-5.000 de ore de funcționare.

Problema consistenței preîncărcării: metodele cu cheie dinamometrică aplică cuplul pe capul șurubului sau piuliță, iar relația dintre cuplul aplicat și tensiunea rezultată a șurubului depinde de coeficientul de frecare la două interfețe - contactul filetat și contactul de sub cap (sau de sub piuliță).Relația cuplu-tensiune: T = K × F × d, unde T este cuplul aplicat, K este factorul piuliței (de obicei 0,15-0,22 pentru filetele de oțel lubrifiate), F este tensiunea rezultată a șurubului, iar d este diametrul nominal al șurubului. Problema este că K nu este o constantă - variază între șuruburi în funcție de finisajul suprafeței filetului, de starea de lubrifiere, dacă șurubul a fost strâns anterior (filetele reutilizate au o valoare K mai mare deoarece asperitățile de suprafață au fost aplatizate) și dacă există resturi în filete.O estimare rezonabilă pentru variația lui K în condiții de teren este de +/-15-25%, ceea ce se traduce direct într-o variație de +/-15-25% a preîncărcării șurubului pentru același cuplu aplicat.Pentru un șurub care necesită o preîncărcare de 500 kN cu un K de 0,18 la d de 48 mm: T = 0,18 × 500.000 × 0,048 = 4.320 Nm. Dacă K variază de fapt între 0,15 și 0,22 pe cercul șurubului, același cuplu de 4.320 Nm produce preîncărcări cuprinse între 410 kN și 600 kN - o diferență de 46% între șuruburile cele mai slăbite și cele mai strânse. ConformVDI 2230Conform standardelor de calcul sistematic al îmbinărilor cu șuruburi, strângerea controlată a cuplului realizează o dispersie a presarcinii de +/-25-35% chiar și în condiții controlate de laborator, iar condițiile de teren cresc de obicei această valoare la +/-35-50%.

Tensionarea hidraulică a șuruburilor: Cum elimină întinderea directă variabila de frecare

Tensionarea hidraulică a șuruburilor ocolește complet conversia cuplu-tensiune prin aplicarea unei presiuni hidraulice cunoscute asupra unui întinzător care trage direct de știftul șurubului, întinzându-l elastic.Întinzătorul constă dintr-un cilindru hidraulic cu un extractor filetat care se înșurubează pe extensia prezoanelor (șurubul trebuie să aibă o lungime a filetului expusă deasupra piuliței egală cu cel puțin diametrul unui șurub pentru ca întinzătorul să poată prinde), o punte care se sprijină pe suprafața îmbinării și o soclu care permite rotirea manuală a piuliței în jos după ce șurubul este întins. Secvența de operare: întinzătorul este instalat pe șurub, se aplică presiune hidraulică la valoarea specificată (calculabilă din aria efectivă a pistonului întinzătorului), șurubul se întinde elastic (0,1-0,3 mm alungire pentru șuruburile tipice cu rulment de rotire), piulița este strânsă manual folosind soclul prin corpul întinzătorului, presiunea hidraulică este eliberată, iar șurubul încearcă să revină la lungimea inițială - dar piulița împiedică acest lucru, creând preîncărcarea specificată în șurub.

Precizia de pretensionare a tensionării hidraulice: +/-5-10%, comparativ cu +/-25-35% pentru metodele cu cheie dinamometrică.Precizia provine din faptul că tensiunea șuruburilor este controlată de presiunea hidraulică, care este măsurată și reglată cu o precizie de +/-1-2% de către manometrul sau traductorul pompei de tensionare. Modulul de elasticitate al șurubului (modulul lui Young, 207 GPa pentru oțel aliat) este consistent în limita a +/-2% pentru șuruburile din același lot de tratament termic. Singura variabilă este lungimea efectivă de strângere (lungimea șurubului dintre piuliță și primul filet angajat), care variază cu +/-3-5% în funcție de adâncimea de angrenare a filetului și de lungimea de strângere a șurubului.Eroarea reziduală în preîncărcarea tensionată provine din două surse:(1) relaxarea șurubului după eliberarea tensiunii (îmbinarea se comprimă atunci când întinzătorul este îndepărtat, reducând tensiunea șurubului cu 5-10% - explicată prin aplicarea unei supratensiuni de 5-10% în timpul trecerii de tensionare) și (2) interacțiunea șuruburilor adiacente (întinderea șurubului nr. 2 reduce tensiunea din șurubul nr. 1 cu 10-15% deoarece tensiunea șurubului nr. 2 comprimă în continuare îmbinarea, relaxând șurubul nr. 1 - rezolvată prin 3-4 treceri de tensionare). PerASME PCC-1Conform instrucțiunilor de asamblare a îmbinărilor cu șuruburi, tensionarea hidraulică este metoda preferată pentru îmbinările cu șuruburi cu diametru mare care necesită o precizie de preîncărcare de +/-10% sau mai bună.

Tensionarea paselor: Protocolul 3-4 de pase pe care nimeni nu vrea să-l facă, dar de care toată lumea are nevoie

O singură trecere de tensionare — în care fiecare șurub este tensionat o dată în jurul cercului — produce variații de preîncărcare de 30-50%, deoarece fiecare șurub tensionat succesiv comprimă îmbinarea și relaxează șuruburile tensionate anterior.Mecanismul: atunci când șurubul nr. 1 este tensionat la 500 kN, acesta comprimă îmbinarea local în jurul șurubului nr. 1. Când șurubul nr. 2 (adiacent șurubului nr. 1) este tensionat, compresia suplimentară a îmbinării în zona dintre șuruburile nr. 1 și nr. 2 determină o ușoară scădere a grosimii îmbinării în zona de strângere a șurubului nr. 1 — reducând tensiunea șurubului nr. 1 cu aproximativ 10-15%. Pe măsură ce tensionarea progresează în jurul cercului, fiecare șurub pierde progresiv tensiune, iar primul șurub tensionat pierde cel mai mult — de obicei, ajungând la 50-60% din tensiunea inițială după ce toate șuruburile din cerc au fost tensionate.

Protocolul corect de tensionare: 3-4 treceri în jurul cercului șuruburilor, prima trecere la 50-60% din tensiunea finală pentru a așeza îmbinarea, iar trecerile ulterioare la 100% din tensiunea finală.Trecerea 1: tensionați toate șuruburile la 60% din preîncărcarea finală (de exemplu, 300 kN pentru o specificație de 500 kN) — aceasta așează parțial îmbinarea și reduce efectul de relaxare în trecerile ulterioare. Trecerea 2: tensionați toate șuruburile la 100% preîncărcare finală (500 kN). Trecerea 3: retensionați toate șuruburile la 100% preîncărcare finală — această trecere recuperează de obicei 10-15% tensiune în prima jumătate a șuruburilor care s-au relaxat în timpul trecerii 2, iar efectul de relaxare din trecerea 3 este redus la 3-5% deoarece îmbinarea este acum complet așezată. Trecerea 4 (opțională, dar recomandată pentru îmbinări critice): retensionați la 100% și verificați dacă niciun șurub nu pierde mai mult de 5% tensiune între tensionare și măsurarea de verificare (folosind un aparat de măsurare a alungirii șuruburilor cu ultrasunete, dacă este disponibil). LaYining HydraulicProcedurile noastre de instalare a sistemului de acționare a roților includ un protocol obligatoriu de tensionare în 4 treceri pentru toate îmbinările cu șuruburi ale rulmentului de rotire de pe echipamentele miniere, iar la fiecare livrare a sistemului de acționare a roților furnizăm pompa de tensionare, întinzătorul și documentația procedurii.

Pregătirea șuruburilor: Cei trei factori care transformă o procedură de tensionare perfectă într-o îmbinare defectă

Chiar și cu tensionare hidraulică, trei factori de pregătire a șuruburilor pot reduce preîncărcarea reală la 50-70% din valoarea specificată, iar toți trei sunt frecvent trecuți cu vederea în timpul instalării pe teren.Factorul unu: lubrifierea filetului — filetul șuruburilor și suprafața de susținere a piuliței trebuie lubrifiate cu lubrifiantul specificat (de obicei pastă de disulfură de molibden, compus antigripant sau lubrifiantul recomandat de producătorul șuruburilor) pentru a obține o frecare constantă a filetului în timpul tensionării. Filetele uscate sau filetele lubrifiate cu un lubrifiant diferit de cel specificat modifică coeficientul de frecare și modifică rezistența la rulare a piuliței, provocând derularea parțială a piuliței în timpul eliberării tensiunii. Factorul doi: lungimea de prindere a șurubului — tija nefiletată a șurubului dintre cap și primul filet angajat trebuie să fie de cel puțin 3-4 ori diametrul șurubului pentru ca acesta să se întindă elastic cu rata de elasticitate corectă. Un șurub cu o lungime de prindere mai mică de 2 ori diametrul are o rată de elasticitate foarte mare, ceea ce înseamnă că necesită o forță de tensionare mai mare pentru aceeași alungire și este mai sensibil la relaxare. Factorul trei: planeitatea suprafeței îmbinării — suprafețele de montare de sub capul șurubului și piuliță trebuie să fie plane la o distanță de 0,1 mm peste diametrul rulmentului. O suprafață neplană provoacă solicitări de încovoiere în șurub, pe lângă solicitarea de tracțiune, reducând preîncărcarea efectivă și durata de viață la oboseală a șurubului cu 30-50%.

Verificare după tensionare: preîncărcarea șurubului poate fi verificată prin măsurarea alungirii șurubului cu un calibru ultrasonic (metoda puls-echo, măsurarea timpului de parcurgere dus-întors al unui impuls ultrasonic pe lungimea șurubului).Măsurarea alungirii înainte și după tensionare oferă deformarea reală a șurubului, care, înmulțită cu aria secțiunii transversale a șurubului și modulul lui Young, oferă preîncărcarea reală. Aceasta este singura metodă de măsurare directă pentru preîncărcarea șurubului instalat - măsurarea cuplului (verificarea cuplului de rupere) nu se corelează cu preîncărcarea odată ce șurubul a fost tensionat, deoarece frecarea statică (cuplul de rupere) este mai mare decât frecarea dinamică în timpul strângerii. LaYining Hydraulic, recomandăm verificarea cu ultrasunete a alungirii șuruburilor pentru șuruburile rulmenților de rotire de pe excavatoarele miniere cu diametre ale platformei rotative care depășesc 2,5 metri, unde preîncărcarea inconsistentă provoacă o încărcare neuniformă a rulmentului, care nu poate fi detectată până la începerea defecțiunii rulmentului. Consultați și ghidul nostru despreIntegrarea și montarea cutiei de viteze rotativepentru ghidare suplimentară a îmbinării cu șuruburi.

Referințe externe: Calculul îmbinării cu șuruburi VDI 2230 · Îmbinări cu șuruburi ASME PCC-1 · Clasificare DNV · Sisteme hidraulice ISO 4413 · SAE International · Standardele AGMA · Regulile ABS

O ultimă avertizare, acumulată după cincisprezece ani de punere în funcțiune a sistemelor de acționare a rotirii: nu reutilizați niciodată șuruburile rulmentului de rotire după ce au fost scoase. Șuruburile supuse unei pre-sarcini complete se deformează plastic în primele câteva filete cuplate, iar re-tensionarea unui șurub uzat produce o pre-sarcină imprevizibilă - de obicei cu 15-25% mai mică decât a unui șurub nou pentru aceeași presiune de tensionare - deoarece zona de deformare plastică a mărit lungimea efectivă de strângere.

Pentru specificații privind șuruburile rulmentului de rotire, recomandări privind echipamentele de tensionare sau verificarea designului personalizat al îmbinărilor cu șuruburi, contactați echipa noastră de ingineri de la Yining Hydraulic — avem pregătită documentația privind echipamentele de tensionare și procedurile pentru modelul dumneavoastră specific de acționare a rotirii.