Napenjanje vijakov vrtljivega ležaja v primerjavi z momentnim ključem: katera metoda zagotavlja enakomerno prednapenjanje vrtljivih ploščadi rudarskih bagrov?

Zakaj je doslednost prednapetosti vijakov pomembna za vrtljive ležaje: Problem neenakomerne obremenitve, ki ga nihče ne vidi, dokler ležaj ne odpove

V podjetju Yining Hydraulic že petnajst let načrtujem sisteme za pogon vrtenja, pri vijačnih spojih vrtljivih ležajev pa opažam največjo vrzel med namenom specifikacije in izvedbo na terenu.Vrtljivi ležaj na 200-tonski vrtljivi ploščadi rudarskega bagra je pritrjen s 40–60 visokotrdnostnimi vijaki (običajno M42–M56, razred 10.9 ali 12.9), razporejenimi v krožnem vzorcu vijakov s premerom 2–3 metre.Vsak vijak mora vzdrževati določeno prednapetost – običajno 60–70 % dokazne obremenitve vijaka, kar ustreza 400–600 kN za vijak M48 razreda 10.9 – da se prepreči dvig ležajnega obroča z montažne površine zaradi prevračalnega momenta, ki nastane, ko je žlica popolnoma obremenjena in iztegnjena. Če je prednapetost nedosledna, je kontaktni tlak na ležajnem obroču neenakomeren, obroč pa se pod obremenitvijo lokalno deformira – kar ustvari stanje, imenovano "brinelling", kjer kotalni elementi vdolbijo površino obroča, kar povzroči oluščenje, ki napreduje do popolne odpovedi ležaja v 2000–5000 obratovalnih urah.

Problem doslednosti prednapetosti: metode z momentnim ključem uporabljajo navor na glavo vijaka ali matico, razmerje med uporabljenim navorom in posledično napetostjo vijaka pa je odvisno od koeficienta trenja na dveh vmesnikih – stiku navoja in stiku pod glavo (ali pod matico).Razmerje med navorom in napetostjo: T = K × F × d, kjer je T uporabljeni navor, K je faktor matice (običajno 0,15–0,22 za mazane jeklene navoje), F je nastala napetost vijaka in d je nazivni premer vijaka. Težava je v tem, da K ni konstanta – spreminja se med vijaki glede na površinsko obdelavo navoja, stanje mazanja, ali je bil vijak predhodno zategnjen (ponovno uporabljeni navoji imajo višjo vrednost K, ker so bile površinske hrapavosti sploščene) in ali so v navojih ostanki.Razumna ocena variacije K v terenskih pogojih je +/-15–25 %, kar neposredno pomeni +/-15–25 % variacijo prednapetosti vijakov pri enakem uporabljenem navoru.Za vijak, ki zahteva prednapetost 500 kN s K 0,18 pri d 48 mm: T = 0,18 × 500.000 × 0,048 = 4.320 Nm. Če se K dejansko giblje med 0,15 in 0,22 po krožnici vijaka, enakih 4.320 Nm navora povzroči prednapetosti v območju od 410 kN do 600 kN – 46-odstotno razliko med najohlapnejšimi in najbolj zategnjenimi vijaki. Glede naVDI 2230Sistematični standardi za izračun vijačnih spojev, zategovanje z nadzorom navora doseže razpon prednapetosti +/-25-35 % tudi v nadzorovanih laboratorijskih pogojih, terenski pogoji pa ta razpon običajno povečajo na +/-35-50 %.

Hidravlično napenjanje vijakov: Kako neposredno raztezanje odpravi trenje

Hidravlično napenjanje vijakov v celoti zaobide pretvorbo navora v napetost, tako da na napenjalec, ki neposredno vleče čep vijaka in ga elastično razteza, deluje znani hidravlični tlak.Napenjalec je sestavljen iz hidravličnega cilindra z navojnim snemalnikom, ki se privije na podaljšek vijaka (vijak mora imeti izpostavljeno dolžino navoja nad matico, ki je enaka vsaj enemu premeru vijaka, da se napenjalec oprime), mostička, ki se naslanja na površino spoja, in vtičnice, ki omogoča ročno zavrtenje matice po raztegnitvi vijaka. Zaporedje delovanja: napenjalec je nameščen na vijak, hidravlični tlak se uporabi do določene vrednosti (izračunano iz efektivne površine bata napenjalnika), vijak se elastično raztegne (0,1–0,3 mm raztezka za tipične vijake z vrtljivim ležajem), matica se s prsti privije navzdol s pomočjo vtičnice skozi telo napenjalnika, hidravlični tlak se sprosti in vijak se poskuša vrniti na prvotno dolžino – vendar matica to prepreči in ustvari določeno prednapetost v vijaku.

Natančnost prednapetosti hidravličnega napenjanja: +/-5-10 % v primerjavi z +/-25-35 % pri metodah z momentnim ključem.Natančnost izhaja iz dejstva, da napetost vijakov nadzira hidravlični tlak, ki ga z natančnostjo +/-1-2 % meri in regulira manometer ali pretvornik napenjalne črpalke. Modul elastičnosti vijaka (Youngov modul, 207 GPa za legirano jeklo) je pri vijakih iz iste serije toplotne obdelave dosleden znotraj +/-2 %. Edina spremenljivka je efektivna dolžina vpenjanja (dolžina vijaka med matico in prvim vpenjajočim se navojem), ki se spreminja za +/-3-5 %, odvisno od globine vpenjanja navoja in dolžine vpenjanja vijaka.Preostala napaka pri napeti prednapetosti izvira iz dveh virov:(1) sprostitev vijaka po sprostitvi napetosti (spoj se stisne, ko se napenjalec odstrani, kar zmanjša napetost vijaka za 5–10 % – kar je posledica 5–10 % prekomerne napetosti med napenjanjem) in (2) interakcija sosednjih vijakov (napenjalni vijak št. 2 zmanjša napetost v vijaku št. 1 za 10–15 %, ker napetost vijaka št. 2 dodatno stisne spoj, zaradi česar se vijak št. 1 sprosti – kar se obravnava s 3–4 napenjanjem).ASME PCC-1V skladu s smernicami za sestavljanje vijačnih spojev je hidravlično napenjanje prednostna metoda za vijačne spoje velikega premera, ki zahtevajo natančnost prednapetja +/- 10 % ali boljšo.

Napenjalne podaje: protokol 3-4 podaje, ki ga nihče noče izvajati, a ga vsi potrebujejo

En sam napenjalni prehod – kjer se vsak vijak napne enkrat po krogu – povzroči 30–50-odstotne spremembe prednapetosti, ker vsaka naslednja napetost vijaka stisne spoj in sprosti predhodno napete vijake.Mehanizem: ko je vijak št. 1 napet na 500 kN, stisne spoj lokalno okoli vijaka št. 1. Ko je vijak št. 2 (ob vijaku št. 1) napet, dodatno stiskanje spoja na območju med vijakoma št. 1 in št. 2 povzroči, da se debelina spoja v vpenjalnem območju vijaka št. 1 nekoliko zmanjša – napetost vijaka št. 1 se zmanjša za približno 10–15 %. Ko napenjanje napreduje po krogu, vsak vijak postopoma izgublja napetost, prvi napeti vijak pa izgubi največ – običajno se konča pri 50–60 % svoje začetne napetosti, potem ko so vsi vijaki v krogu napeti.

Pravilen protokol napenjanja: 3-4 prehodi po krogu vijakov, pri čemer je prvi prehod pri 50-60 % končne napetosti za utrditev spoja, naslednji prehodi pa pri 100 % končne napetosti.1. korak: vse vijake napnite na 60 % končne prednapetosti (npr. 300 kN za specifikacijo 500 kN) – to delno učvrsti spoj in zmanjša učinek sprostitve v naslednjih prehodih. 2. korak: vse vijake napnite na 100 % končne prednapetosti (500 kN). 3. korak: vse vijake ponovno napnite na 100 % končne prednapetosti – ta prehod običajno povrne 10–15 % napetosti v prvi polovici vijakov, ki so se sprostili med 2. korakom, učinek sprostitve v 3. koraku pa se zmanjša na 3–5 %, ker je spoj zdaj popolnoma učvršćen. 4. korak (neobvezno, vendar priporočljivo za kritične spoje): ponovno napnite na 100 % in preverite, ali noben vijak med napenjanjem in preverjanjem ne izgubi več kot 5 % napetosti (z uporabo ultrazvočnega merilnika raztezka vijakov, če je na voljo). PriYining HidravlikaNaši postopki namestitve obračalnih pogonov vključujejo obvezen 4-prehodni protokol napenjanja za vse vijačne spoje obračalnih ležajev na rudarski opremi, poleg tega pa ob vsaki dobavi obračalnih pogonov dobavljamo napenjalno črpalko, napenjalec in dokumentacijo o postopku.

Priprava vijakov: Trije dejavniki, ki spremenijo popoln postopek napenjanja v neuspešen spoj

Tudi pri hidravličnem napenjanju lahko trije faktorji priprave vijakov zmanjšajo dejansko prednapetost na 50–70 % določene vrednosti, vsi trije pa se med namestitvijo na terenu pogosto spregledajo.Prvi dejavnik: mazanje navoja – navoje vijakov in ležajno površino matice je treba namazati s predpisanim mazivom (običajno molibden disulfidno pasto, sredstvo proti zatikanju ali mazivo, ki ga priporoča proizvajalec vijaka), da se doseže enakomerno trenje navoja med napenjanjem. Suhi navoji ali navoji, mazani z drugačnim mazivom od predpisanega, spremenijo koeficient trenja in upor matice pri zategovanju, zaradi česar se matica med sproščanjem napetosti delno odvije. Drugi dejavnik: dolžina prijema vijaka – nenavojno steblo vijaka med glavo in prvim navojem mora biti vsaj 3–4-kratnik premera vijaka, da se vijak elastično raztegne s pravilno togostjo vzmeti. Vijak z dolžino prijema, manjšo od 2-kratnika premera, ima zelo visoko togost vzmeti, kar pomeni, da za enak raztezek potrebuje večjo napenjalno silo in je bolj občutljiv na sprostitev. Tretji dejavnik: ravnost spojne površine – pritrdilne površine pod glavo vijaka in matico morajo biti ravne znotraj 0,1 mm nad premerom ležaja. Neravna površina povzroča poleg natezne napetosti tudi upogibno napetost v vijaku, kar zmanjša efektivno prednapetost in utrujenostno življenjsko dobo vijaka za 30–50 %.

Preverjanje po napenjanju: prednapetost vijakov je mogoče preveriti z merjenjem raztezka vijakov z ultrazvočnim merilnikom za vijake (metoda impulznega odmeva, merjenje časa kroženja ultrazvočnega impulza skozi dolžino vijaka).Meritev raztezka pred in po napenjanju da dejansko napetost vijaka, ki se pomnoži s površino prečnega prereza vijaka in Youngovim modulom, da dejansko prednapetost. To je edina neposredna metoda merjenja prednapetosti nameščenega vijaka – meritev navora (preverjanje odlomnega navora) ni povezana s prednapetostjo, ko je vijak napet, ker je statično trenje (odlomni navor) med zategovanjem večje od dinamičnega trenja. PriYining Hidravlika, priporočamo ultrazvočno preverjanje raztezanja vijakov za vrtljive ležajne vijake na rudarskih bagrih s premerom vrtljive mize, večjim od 2,5 metra, kjer nedosledna prednapetost povzroča neenakomerno obremenitev ležajnega obroča, ki je ni mogoče zaznati, dokler se ne začne odpoved ležaja. Glejte tudi naš vodnik ointegracija in montaža vrtljivega menjalnikaza dodatno vodenje vijačnih spojev.

Zunanje reference: Izračun vijačnih spojev po VDI 2230 · Vijačni spoji ASME PCC-1 · Klasifikacija DNV · Hidravlični sistemi po standardu ISO 4413 · SAE International · Standardi AGMA · Pravila ABS

Še zadnje opozorilo po petnajstih letih uporabe vrtljivih pogonov: vijakov vrtljivih ležajev nikoli ne uporabljajte ponovno po odstranitvi. Vijaki, ki so izpostavljeni polni prednapetosti, se v prvih nekaj navojih plastično deformirajo, ponovno napenjanje rabljenega vijaka pa povzroči nepredvidljivo prednapetost – običajno 15–25 % nižjo kot pri novem vijaku pri enakem napenjalnem tlaku – ker je območje plastične deformacije povečalo efektivno dolžino vpenjanja.

Za specifikacije vijakov vrtljivih ležajev, priporočila za napenjalno opremo ali preverjanje zasnove vijačnih spojev po meri se obrnite na našo inženirsko ekipo pri Yining Hydraulic – imamo pripravljeno dokumentacijo o napenjalni opremi in postopkih za vaš specifični model vrtljivega pogona.