Napínanie otočných skrutiek ložiska vs. momentový kľúč: Ktorá metóda zabezpečuje konzistentné predpätie pre otočné stoly banských lopat?

Prečo je konzistencia predpätia skrutiek dôležitá pre otočné ložiská: Problém nerovnomerného zaťaženia, ktorý nikto nevidí, kým sa ložisko nepokazí

V spoločnosti Yining Hydraulic navrhujem systémy otočných pohonov už pätnásť rokov a práve v skrutkových spojoch otočných ložísk vidím najväčší rozdiel medzi zámerom špecifikácie a realizáciou v praxi.Otočné ložisko na 200-tonovej točni banskej lopaty je zaistené 40 – 60 vysokopevnostnými skrutkami (typicky M42 – M56, trieda 10.9 alebo 12.9) usporiadanými v kruhovom rozmiestnení skrutiek s priemerom 2 – 3 metre.Každá skrutka musí udržiavať špecifikované predpätie – zvyčajne 60 – 70 % skúšobného zaťaženia skrutky, čo zodpovedá 400 – 600 kN pre skrutku M48 triedy 10.9 – aby sa zabránilo zdvihnutiu krúžku ložiska z montážnej plochy pod vplyvom prevrátiaceho momentu, ktorý vzniká pri plnom zaťažení a vysunutí lyžice. Ak je predpätie nekonzistentné, krúžok ložiska je vystavený nerovnomernému kontaktnému tlaku a krúžok sa lokálne deformuje pod zaťažením – čím sa vytvára stav nazývaný „brinelling“, pri ktorom valivé telesá prenikajú do povrchu krúžku, čo iniciuje odlupovanie, ktoré postupuje do úplného zlyhania ložiska v priebehu 2 000 – 5 000 prevádzkových hodín.

Problém konzistencie predpätia: metódy s momentovým kľúčom aplikujú krútiaci moment na hlavu skrutky alebo maticu a vzťah medzi aplikovaným krútiacim momentom a výsledným napätím skrutky závisí od koeficientu trenia na dvoch rozhraniach – kontakte závitu a kontakte pod hlavou (alebo maticou).Vzťah medzi krútiacim momentom a napätím: T = K × F × d, kde T je aplikovaný krútiaci moment, K je súčiniteľ matice (typicky 0,15 – 0,22 pre mazané oceľové závity), F je výsledné napätie skrutky a d je menovitý priemer skrutky. Problém je v tom, že K nie je konštanta – mení sa medzi skrutkami v závislosti od povrchovej úpravy závitu, stavu mazania, od toho, či bola skrutka predtým utiahnutá (opätovne použité závity majú vyššiu hodnotu K, pretože nerovnosti povrchu boli sploštené) a od toho, či sa v závitoch nachádzajú nečistoty.Rozumný odhad kolísania K v poľných podmienkach je +/-15 – 25 %, čo sa priamo premieta do +/-15 – 25 % kolísania predpätia skrutky pri rovnakom aplikovanom krútiacom momente.Pre skrutku vyžadujúcu predpätie 500 kN s K 0,18 pri d 48 mm: T = 0,18 × 500 000 × 0,048 = 4 320 Nm. Ak sa K v skutočnosti mení medzi 0,15 a 0,22 po kružnici skrutky, rovnaký krútiaci moment 4 320 Nm vytvorí predpätie v rozsahu od 410 kN do 600 kN – čo je 46 % rozdiel medzi najvoľnejšími a najutejšími skrutkami. PodľaVDI 2230Podľa systematických štandardov výpočtu skrutkových spojov dosahuje uťahovanie riadené krútiacim momentom rozptyl predpätia +/- 25 – 35 % aj za kontrolovaných laboratórnych podmienok a poľné podmienky ho zvyčajne zvyšujú na +/- 35 – 50 %.

Hydraulické napínanie skrutiek: Ako priame napínanie eliminuje premennú trenia

Hydraulické napínanie skrutiek úplne obchádza prevod krútiaceho momentu na napätie pôsobením známeho hydraulického tlaku na napínač, ktorý priamo ťahá za čap skrutky a elasticky ho naťahuje.Napínač pozostáva z hydraulického valca so závitovým sťahovákom, ktorý sa naskrutkuje na predĺženie čapu skrutky (skrutka musí mať odkrytú dĺžku závitu nad maticou rovnajúcu sa aspoň jednému priemeru skrutky, aby ju napínač uchopil), mostíka, ktorý sa opiera o povrch spoja, a objímky, ktorá umožňuje ručné utiahnutie matice po napnutí skrutky. Postup: napínač sa nainštaluje na skrutku, hydraulický tlak sa aplikuje na špecifikovanú hodnotu (vypočítateľnú z efektívnej plochy piestu napínača), skrutka sa elasticky natiahne (predĺženie 0,1 – 0,3 mm pre typické skrutky s otočným ložiskom), matica sa prstami utiahne pomocou objímky cez telo napínača, hydraulický tlak sa uvoľní a skrutka sa pokúsi vrátiť do svojej pôvodnej dĺžky – matica jej však zabráni a vytvorí špecifikované predpätie v skrutke.

Presnosť predpätia hydraulického napínania: +/-5-10% v porovnaní s +/-25-35% pri metódach s momentovým kľúčom.Presnosť vyplýva zo skutočnosti, že napätie skrutky je riadené hydraulickým tlakom, ktorý sa meria a reguluje s presnosťou +/-1-2 % pomocou manometra alebo prevodníka napínacieho čerpadla. Modul pružnosti skrutky (Youngov modul, 207 GPa pre legovanú oceľ) je konzistentný v rozmedzí +/-2 % pre skrutky z rovnakej šarže tepelného spracovania. Jedinou premennou je efektívna upínacia dĺžka (dĺžka skrutky medzi maticou a prvým zapojeným závitom), ktorá sa mení o +/-3-5 % v závislosti od hĺbky zapojenia závitu a dĺžky uchopenia skrutky.Zvyšková chyba v predpätí v napätí pochádza z dvoch zdrojov:(1) uvoľnenie skrutky po uvoľnení napätia (spoj sa stláča po odstránení napínača, čím sa znižuje napätie skrutky o 5 – 10 % – čo je spôsobené aplikáciou 5 – 10 % pretlaku počas napínacieho prechodu) a (2) interakcia susedných skrutiek (napínacia skrutka č. 2 znižuje napätie v skrutke č. 1 o 10 – 15 %, pretože napätie skrutky č. 2 ďalej stláča spoj, čím sa uvoľňuje skrutka č. 1 – čo sa rieši 3 – 4 napínacími prechodmi).ASME PCC-1V súlade s pokynmi pre montáž skrutkových spojov je hydraulické napínanie preferovanou metódou pre skrutkové spoje s veľkým priemerom, ktoré vyžadujú presnosť predpätia +/- 10 % alebo lepšiu.

Napínacie prihrávky: Protokol 3-4 prihrávok, ktorý nikto nechce robiť, ale každý ho potrebuje

Jediný napínací krok – pri ktorom sa každá skrutka napne raz po kružnici – vytvára zmeny predpätia o 30 – 50 %, pretože každé ďalšie napnutie skrutky stláča spoj a uvoľňuje predtým napnuté skrutky.Mechanizmus: keď je skrutka č. 1 napnutá na 500 kN, lokálne stlačí spoj okolo skrutky č. 1. Keď je skrutka č. 2 (vedľa skrutky č. 1) napnutá, dodatočné stlačenie spoja v oblasti medzi skrutkami č. 1 a č. 2 spôsobí mierne zníženie hrúbky spoja v upínacej zóne skrutky č. 1 – čím sa napätie skrutky č. 1 zníži približne o 10 – 15 %. Ako napínanie postupuje po kružnici, každá skrutka postupne stráca napätie a prvá napnutá skrutka stráca najviac – zvyčajne končí na 50 – 60 % svojho počiatočného napätia po napnutí všetkých skrutiek v kružnici.

Správny postup napínania: 3-4 prechody po roztečnej kružnici skrutiek, pričom prvý prechod je pri 50-60 % konečného napätia na upevnenie spoja a nasledujúce prechody sú pri 100 % konečného napätia.Krok 1: napnite všetky skrutky na 60 % konečného predpätia (napr. 300 kN pre špecifikáciu 500 kN) – toto čiastočne usadí spoj a zníži relaxačný účinok v nasledujúcich prechodoch. Krok 2: napnite všetky skrutky na 100 % konečného predpätia (500 kN). Krok 3: opätovne napnite všetky skrutky na 100 % konečného predpätia – tento prechod zvyčajne obnoví 10 – 15 % napätia v prvej polovici skrutiek, ktoré sa uvoľnili počas prechodu 2, a relaxačný účinok v prechode 3 sa zníži na 3 – 5 %, pretože spoj je teraz úplne usadený. ​​Krok 4 (voliteľné, ale odporúčané pre kritické spoje): opätovne napnite na 100 % a overte, či žiadna skrutka nestratila viac ako 5 % napätia medzi napnutím a overovacím meraním (pomocou ultrazvukového meradla predĺženia skrutiek, ak je k dispozícii). PriHydraulické systémy YiningNaše postupy inštalácie otočného pohonu zahŕňajú povinný 4-stupňový protokol napínania pre všetky skrutkové spoje otočných ložísk na banských zariadeniach a ku každej dodávke otočného pohonu dodávame napínacie čerpadlo, napínač a dokumentáciu k postupu.

Príprava skrutiek: Tri faktory, ktoré premenia dokonalý postup napínania na neúspešný spoj

Aj pri hydraulickom napínaní môžu tri faktory prípravy skrutiek znížiť skutočné predpätie na 50 – 70 % špecifikovanej hodnoty a všetky tri sa počas inštalácie v teréne bežne prehliadajú.Faktor jedna: mazanie závitu – závity skrutiek a dosadacia plocha matice musia byť mazané špecifikovaným mazivom (zvyčajne pastou s disulfidom molybdénu, zmesou proti zadieraniu alebo mazivom odporúčaným výrobcom skrutky), aby sa dosiahlo konzistentné trenie závitu počas napínania. Suché závity alebo závity mazané iným mazivom, ako je špecifikované, menia koeficient trenia a odpor matice pri doťahovaní, čo spôsobuje čiastočné uvoľnenie matice počas uvoľnenia napätia. Faktor dva: dĺžka zovretia skrutky – nezávitový driek skrutky medzi hlavou a prvým zapojeným závitom musí byť aspoň 3-4-násobok priemeru skrutky, aby sa skrutka elasticky natiahla so správnou tuhosťou pružiny. Skrutka s dĺžkou zovretia menšou ako 2-násobok priemeru má veľmi vysokú tuhosť pružiny, čo znamená, že pri rovnakom predĺžení vyžaduje väčšiu napínaciu silu a je citlivejšia na uvoľnenie. Faktor tri: rovinnosť spojovacej plochy – montážne plochy pod hlavou skrutky a maticou musia byť ploché s toleranciou 0,1 mm nad priemerom ložiska. Nerovný povrch spôsobuje v skrutke okrem ťahového napätia aj ohybové napätie, čím sa znižuje efektívne predpätie a únavová životnosť skrutky o 30 – 50 %.

Overenie po napnutí: predpätie skrutky je možné overiť meraním predĺženia skrutky ultrazvukovým meradlom na skrutky (metóda impulz-ozvena, meranie doby prechodu ultrazvukového impulzu cez dĺžku skrutky).Meranie predĺženia pred a po napnutí udáva skutočné napätie skrutky, ktoré je vynásobené plochou prierezu skrutky a Youngovým modulom, čo udáva skutočné predpätie. Toto je jediná priama metóda merania predpätia skrutky pri nainštalovaní – meranie krútiaceho momentu (kontrola momentu odtrhnutia) nekoreluje s predpätím po napnutí skrutky, pretože statické trenie (moment odtrhnutia) je počas uťahovania vyššie ako dynamické trenie.Hydraulické systémy YiningOdporúčame ultrazvukové overenie predĺženia skrutiek pre otočné ložiskové skrutky na banských lopatách s priemerom točne presahujúcim 2,5 metra, kde nekonzistentné predpätie spôsobuje nerovnomerné zaťaženie ložiskovej dráhy, ktoré sa nedá zistiť, kým nezačne zlyhanie ložiska. Pozrite si tiež nášho sprievodcuintegrácia a montáž otočnej prevodovkypre dodatočné vedenie skrutkových spojov.

Externé referencie: Výpočet skrutkových spojov podľa VDI 2230 · Skrutkové spoje ASME PCC-1 · Klasifikácia DNV · Hydraulické systémy podľa normy ISO 4413 · SAE International · Normy AGMA · Pravidlá ABS

Ešte jedno posledné upozornenie z pätnástich rokov používania otočných pohonov v prevádzke: nikdy znovu nepoužívajte skrutky otočných ložísk po ich odstránení. Skrutky vystavené plnému predpätiu podliehajú plastickej deformácii v prvých niekoľkých závitoch a opätovné napnutie použitej skrutky spôsobuje nepredvídateľné predpätie – zvyčajne o 15 – 25 % nižšie ako pri novej skrutke pri rovnakom napínacom tlaku – pretože zóna plastickej deformácie zväčšila efektívnu upínaciu dĺžku.

Pre špecifikácie skrutiek otočných ložísk, odporúčania napínacieho zariadenia alebo overenie návrhu vlastného skrutkového spoja kontaktujte náš technický tím v spoločnosti Yining Hydraulic – máme pripravenú dokumentáciu k napínaciemu zariadeniu a postupu pre váš konkrétny model otočného pohonu.