การขันน็อตยึดตลับลูกปืนแบบหมุนเทียบกับการใช้ประแจวัดแรงบิด: วิธีใดให้แรงกดล่วงหน้าที่สม่ำเสมอสำหรับแท่นหมุนของรถขุดเหมือง?

เหตุใดความสม่ำเสมอของแรงกดล่วงหน้าของสลักเกลียวจึงมีความสำคัญต่อตลับลูกปืนหมุน: ปัญหาการรับน้ำหนักที่ไม่สม่ำเสมอที่ไม่มีใครเห็นจนกว่าตลับลูกปืนจะเสียหาย

ผมทำงานออกแบบระบบขับเคลื่อนการหมุนที่บริษัท Yining Hydraulic มาเป็นเวลาสิบห้าปีแล้ว และผมเห็นว่าข้อต่อสลักแบริ่งการหมุนเป็นจุดที่มีช่องว่างระหว่างความตั้งใจในข้อกำหนดและการใช้งานจริงในภาคสนามมากที่สุดตลับลูกปืนหมุนบนแท่นหมุนของรถขุดเหมืองขนาด 200 ตัน ยึดด้วยสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 40-60 ตัว (โดยทั่วไปคือ M42-M56, Class 10.9 หรือ 12.9) จัดเรียงเป็นวงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-3 เมตรน็อตแต่ละตัวต้องรักษาแรงกดอัดเริ่มต้นตามที่กำหนดไว้ โดยทั่วไปคือ 60-70% ของแรงรับน้ำหนักสูงสุดของน็อต ซึ่งเทียบเท่ากับ 400-600 กิโลนิวตันสำหรับน็อต M48 Class 10.9 เพื่อป้องกันไม่ให้แหวนรองลูกปืนหลุดออกจากพื้นผิวติดตั้งภายใต้แรงบิดที่เกิดขึ้นเมื่อกระบะตักบรรทุกเต็มที่และยืดออก หากแรงกดอัดเริ่มต้นไม่สม่ำเสมอ แหวนรองลูกปืนจะได้รับแรงกดสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอ และแหวนรองจะเสียรูปเฉพาะจุดภายใต้แรงกด ทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่า "การเกิดรอยบุ๋ม" ซึ่งชิ้นส่วนที่หมุนได้จะกดลงบนพื้นผิวแหวนรอง ทำให้เกิดการหลุดลอกซึ่งจะลุกลามไปสู่ความเสียหายของลูกปืนโดยสมบูรณ์ภายใน 2,000-5,000 ชั่วโมงการใช้งาน

ปัญหาความสม่ำเสมอของแรงดึงเริ่มต้น: วิธีการใช้ประแจวัดแรงบิดจะใช้แรงบิดกับหัวโบลต์หรือน็อต และความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดที่ใช้กับแรงดึงของโบลต์ที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่พื้นผิวสองส่วน คือ การสัมผัสที่เกลียวและการสัมผัสใต้หัวโบลต์ (หรือใต้น็อต)ความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดและแรงดึง: T = K × F × d โดยที่ T คือแรงบิดที่ใช้ K คือค่าตัวประกอบน็อต (โดยทั่วไป 0.15-0.22 สำหรับเกลียวเหล็กที่หล่อลื่น) F คือแรงดึงของโบลต์ที่เกิดขึ้น และ d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของโบลต์ที่ระบุ ปัญหาคือ K ไม่ใช่ค่าคงที่ — มันแตกต่างกันไปในแต่ละโบลต์ ขึ้นอยู่กับความเรียบของพื้นผิวเกลียว สภาพการหล่อลื่น ว่าโบลต์เคยถูกขันมาก่อนหรือไม่ (เกลียวที่ใช้ซ้ำจะมีค่า K สูงกว่าเพราะความขรุขระของพื้นผิวถูกทำให้เรียบแล้ว) และว่ามีเศษสิ่งสกปรกอยู่ในเกลียวหรือไม่ค่าประมาณที่เหมาะสมสำหรับการเปลี่ยนแปลงค่า K ในสภาพสนามจริงคือ +/-15-25% ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดึงสลักเกลียว +/-15-25% สำหรับแรงบิดที่ใช้เท่ากันสำหรับสลักเกลียวที่ต้องการแรงดึงล่วงหน้า 500 kN โดยมีค่า K เท่ากับ 0.18 และเส้นผ่านศูนย์กลาง d เท่ากับ 48 มม.: T = 0.18 × 500,000 × 0.048 = 4,320 Nm หากค่า K เปลี่ยนแปลงระหว่าง 0.15 ถึง 0.22 ตลอดวงกลมของสลักเกลียว แรงบิด 4,320 Nm เท่าเดิมจะทำให้เกิดแรงดึงล่วงหน้าที่แตกต่างกันตั้งแต่ 410 kN ถึง 600 kN ซึ่งคิดเป็นความแตกต่าง 46% ระหว่างสลักเกลียวที่หลวมที่สุดและแน่นที่สุด ตามข้อมูลวีดีไอ 2230มาตรฐานการคำนวณข้อต่อสลักเกลียวอย่างเป็นระบบและการขันแน่นด้วยแรงบิดที่ควบคุมได้ จะทำให้ค่าความคลาดเคลื่อนของแรงดึงเริ่มต้นอยู่ที่ +/-25-35% แม้ภายใต้สภาวะควบคุมในห้องปฏิบัติการ และสภาวะภาคสนามโดยทั่วไปจะทำให้ค่านี้เพิ่มขึ้นเป็น +/-35-50%

การขันน็อตด้วยระบบไฮดรอลิก: การยืดโดยตรงช่วยขจัดตัวแปรแรงเสียดทานได้อย่างไร

การขันน็อตด้วยระบบไฮดรอลิกจะข้ามขั้นตอนการแปลงแรงบิดเป็นแรงดึงโดยสิ้นเชิง ด้วยการใช้แรงดันไฮดรอลิกที่ทราบค่ากับตัวดึง ซึ่งจะดึงแกนน็อตโดยตรง ทำให้แกนน็อตยืดออกอย่างยืดหยุ่นตัวปรับความตึงประกอบด้วยกระบอกไฮดรอลิกที่มีตัวดึงแบบเกลียวซึ่งขันเข้ากับส่วนต่อขยายของสลักเกลียว (สลักเกลียวต้องมีเกลียวโผล่พ้นน็อตอย่างน้อยหนึ่งเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียวเพื่อให้ตัวปรับความตึงจับได้) สะพานที่กดกับพื้นผิวข้อต่อ และเบ้าที่ช่วยให้สามารถขันน็อตลงด้วยมือได้หลังจากที่สลักเกลียวยืดออกแล้ว ลำดับการทำงาน: ติดตั้งตัวปรับความตึงบนสลักเกลียว ใช้แรงดันไฮดรอลิกตามค่าที่กำหนด (คำนวณได้จากพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบของตัวปรับความตึง) สลักเกลียวยืดออกอย่างยืดหยุ่น (การยืดตัว 0.1-0.3 มม. สำหรับสลักเกลียวแบริ่งหมุนทั่วไป) ขันน็อตลงให้แน่นด้วยมือโดยใช้เบ้าผ่านตัวปรับความตึง ปล่อยแรงดันไฮดรอลิก และสลักเกลียวพยายามกลับคืนสู่ความยาวเดิม — แต่น็อตจะป้องกันไม่ให้กลับคืน ทำให้เกิดแรงดึงล่วงหน้าตามที่กำหนดในสลักเกลียว

ความแม่นยำในการปรับแรงดึงล่วงหน้าด้วยระบบไฮดรอลิก: +/- 5-10% เมื่อเทียบกับ +/- 25-35% สำหรับวิธีการใช้ประแจวัดแรงบิดความแม่นยำมาจากการควบคุมแรงดึงของสลักเกลียวด้วยแรงดันไฮดรอลิก ซึ่งวัดและควบคุมด้วยความแม่นยำ +/- 1-2% โดยเกจวัดแรงดันหรือทรานสดิวเซอร์ของปั๊มดึง ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นของสลักเกลียว (โมดูลัสของยัง 207 GPa สำหรับเหล็กอัลลอย) มีความสม่ำเสมอภายใน +/- 2% สำหรับสลักเกลียวจากล็อตการอบชุบความร้อนเดียวกัน ตัวแปรเดียวคือความยาวในการยึดที่มีประสิทธิภาพ (ความยาวของสลักเกลียวระหว่างน็อตและเกลียวแรกที่เข้าล็อก) ซึ่งแตกต่างกันไป +/- 3-5% ขึ้นอยู่กับความลึกของการล็อกเกลียวและความยาวของการจับยึดสลักเกลียวความคลาดเคลื่อนที่เหลืออยู่ในการปรับแรงดึงล่วงหน้าเกิดจากสองสาเหตุ:(1) การคลายตัวของสลักเกลียวหลังจากการคลายแรงดึง (ข้อต่อจะถูกบีบอัดเมื่อถอดตัวปรับแรงดึงออก ทำให้แรงดึงของสลักเกลียวลดลง 5-10% — ซึ่งคำนวณได้จากการใช้แรงดึงเกิน 5-10% ในระหว่างการดึง) และ (2) ปฏิสัมพันธ์ของสลักเกลียวที่อยู่ติดกัน (การดึงสลักเกลียวหมายเลข 2 จะลดแรงดึงในสลักเกลียวหมายเลข 1 ลง 10-15% เนื่องจากแรงดึงของสลักเกลียวหมายเลข 2 ทำให้ข้อต่อถูกบีบอัดมากขึ้น ส่งผลให้สลักเกลียวหมายเลข 1 คลายตัว — ซึ่งแก้ไขได้โดยการดึง 3-4 รอบ) ต่อASME PCC-1แนวทางการประกอบข้อต่อแบบใช้สลักเกลียว ระบุว่า การขันด้วยระบบไฮดรอลิกเป็นวิธีการที่นิยมใช้สำหรับข้อต่อแบบใช้สลักเกลียวขนาดใหญ่ที่ต้องการความแม่นยำในการขันล่วงหน้า +/-10% หรือดีกว่า

ขั้นตอนการปรับความตึง: โปรโตคอล 3-4 ขั้นตอนที่ไม่มีใครอยากทำ แต่ทุกคนจำเป็นต้องทำ

การขันน็อตเพียงครั้งเดียว—โดยการขันน็อตแต่ละตัวให้ตึงรอบวงกลมหนึ่งรอบ—จะทำให้เกิดความแปรผันของแรงดึงเริ่มต้น 30-50% เนื่องจากน็อตแต่ละตัวที่ถูกขันให้ตึงจะไปบีบอัดข้อต่อและคลายแรงดึงของน็อตที่ถูกขันให้ตึงก่อนหน้านี้กลไกการทำงาน: เมื่อขันน็อตตัวที่ 1 ให้แน่นด้วยแรง 500 กิโลนิวตัน มันจะบีบอัดข้อต่อเฉพาะจุดรอบๆ น็อตตัวที่ 1 เมื่อขันน็อตตัวที่ 2 (ที่อยู่ติดกับน็อตตัวที่ 1) ให้แน่น การบีบอัดเพิ่มเติมของข้อต่อในบริเวณระหว่างน็อตตัวที่ 1 และ 2 จะทำให้ความหนาของข้อต่อในบริเวณที่น็อตตัวที่ 1 ยึดอยู่ลดลงเล็กน้อย ส่งผลให้แรงดึงของน็อตตัวที่ 1 ลดลงประมาณ 10-15% เมื่อการขันให้แน่นดำเนินไปรอบวงกลม แรงดึงของน็อตแต่ละตัวจะค่อยๆ ลดลง และน็อตตัวแรกที่ถูกขันจะสูญเสียแรงดึงมากที่สุด โดยทั่วไปแล้วจะเหลือแรงดึงเพียง 50-60% ของแรงดึงเริ่มต้นหลังจากที่ขันน็อตทุกตัวในวงกลมเสร็จแล้ว

ขั้นตอนการขันให้แน่นที่ถูกต้อง: ขัน 3-4 รอบวงกลมของสลักเกลียว โดยรอบแรกขันให้แน่นที่ 50-60% ของแรงดึงสุดท้าย เพื่อให้ข้อต่อเข้าที่ และรอบต่อๆ ไปขันให้แน่นที่ 100% ของแรงดึงสุดท้ายขั้นตอนที่ 1: ขันน็อตทั้งหมดให้แน่นที่ 60% ของแรงดึงสุดท้าย (เช่น 300 kN สำหรับข้อกำหนด 500 kN) — ขั้นตอนนี้จะช่วยให้ข้อต่อเข้าที่บางส่วนและลดผลกระทบจากการคลายตัวในขั้นตอนต่อไป ขั้นตอนที่ 2: ขันน็อตทั้งหมดให้แน่นที่ 100% ของแรงดึงสุดท้าย (500 kN) ขั้นตอนที่ 3: ขันน็อตทั้งหมดให้แน่นอีกครั้งที่ 100% ของแรงดึงสุดท้าย — ขั้นตอนนี้โดยทั่วไปจะช่วยคืนแรงดึง 10-15% ในน็อตครึ่งแรกที่คลายตัวระหว่างขั้นตอนที่ 2 และผลกระทบจากการคลายตัวในขั้นตอนที่ 3 จะลดลงเหลือ 3-5% เนื่องจากข้อต่อเข้าที่อย่างสมบูรณ์แล้ว ขั้นตอนที่ 4 (เป็นทางเลือก แต่แนะนำสำหรับข้อต่อที่สำคัญ): ขันให้แน่นอีกครั้งที่ 100% และตรวจสอบว่าไม่มีน็อตตัวใดสูญเสียแรงดึงเกิน 5% ระหว่างการขันและการวัดตรวจสอบ (โดยใช้เครื่องวัดการยืดตัวของน็อตแบบอัลตราโซนิคหากมี)ยี่หนิง ไฮดรอลิกขั้นตอนการติดตั้งชุดขับเคลื่อนหมุนของเราประกอบด้วยโปรโตคอลการขันแน่น 4 รอบที่เป็นข้อบังคับสำหรับข้อต่อสลักเกลียวแบริ่งหมุนทั้งหมดในอุปกรณ์เหมืองแร่ และเราจัดเตรียมปั๊มขันแน่น ตัวขันแน่น และเอกสารขั้นตอนการทำงานให้พร้อมกับการส่งมอบชุดขับเคลื่อนหมุนทุกครั้ง

การเตรียมสลักเกลียว: สามปัจจัยที่เปลี่ยนขั้นตอนการขันให้แน่นที่สมบูรณ์แบบให้กลายเป็นข้อต่อที่ล้มเหลว

แม้จะใช้ระบบปรับความตึงด้วยไฮดรอลิกแล้วก็ตาม ปัจจัยการเตรียมสลักเกลียวสามประการสามารถลดแรงดึงจริงลงเหลือเพียง 50-70% ของค่าที่กำหนด และทั้งสามประการนี้มักถูกมองข้ามไปในระหว่างการติดตั้งภาคสนามปัจจัยที่หนึ่ง: การหล่อลื่นเกลียว — เกลียวของสลักเกลียวและพื้นผิวรับแรงของน็อตต้องได้รับการหล่อลื่นด้วยสารหล่อลื่นที่กำหนด (โดยทั่วไปคือสารหล่อลื่นโมลิบเดนัมไดซัลไฟด์ สารป้องกันการติดขัด หรือสารหล่อลื่นที่ผู้ผลิตสลักเกลียวแนะนำ) เพื่อให้ได้แรงเสียดทานของเกลียวที่สม่ำเสมอในระหว่างการขัน เกลียวที่แห้งหรือเกลียวที่หล่อลื่นด้วยสารหล่อลื่นที่แตกต่างจากที่กำหนดจะเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและเปลี่ยนแปลงความต้านทานการคลายตัวของน็อต ทำให้ตัวน็อตคลายตัวบางส่วนในระหว่างการคลายแรงดึง ปัจจัยที่สอง: ความยาวของส่วนที่ยึดสลักเกลียว — ส่วนของสลักเกลียวที่ไม่มีเกลียวระหว่างหัวสลักเกลียวและเกลียวแรกที่ยึดต้องมีความยาวอย่างน้อย 3-4 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของสลักเกลียว เพื่อให้สลักเกลียวสามารถยืดตัวได้อย่างยืดหยุ่นด้วยอัตราสปริงที่ถูกต้อง สลักเกลียวที่มีความยาวส่วนที่ยึดน้อยกว่า 2 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางจะมีอัตราสปริงสูงมาก ซึ่งหมายความว่าต้องใช้แรงดึงมากขึ้นสำหรับการยืดตัวเท่ากันและมีความไวต่อการคลายตัวมากกว่า ปัจจัยที่สาม: ความเรียบของพื้นผิวข้อต่อ — พื้นผิวการติดตั้งใต้หัวสลักเกลียวและน็อตต้องเรียบภายใน 0.1 มม. เหนือเส้นผ่านศูนย์กลางรับแรง พื้นผิวที่ไม่เรียบจะทำให้เกิดความเค้นดัดในสลักเกลียว นอกเหนือจากความเค้นดึง ซึ่งจะลดแรงอัดล่วงหน้าที่มีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของสลักเกลียวลง 30-50%

การตรวจสอบหลังการขันให้แน่น: สามารถตรวจสอบแรงดึงเริ่มต้นของสลักเกลียวได้โดยการวัดการยืดตัวของสลักเกลียวด้วยเกจวัดสลักเกลียวแบบอัลตราโซนิค (วิธีพัลส์-เอโค โดยวัดเวลาการเดินทางไปกลับของคลื่นอัลตราโซนิคผ่านความยาวของสลักเกลียว)การวัดการยืดตัวก่อนและหลังการขันให้แน่นจะให้ค่าความเครียดจริงของสลักเกลียว ซึ่งเมื่อคูณด้วยพื้นที่หน้าตัดของสลักเกลียวและค่าโมดูลัสของยัง จะได้ค่าแรงดึงเริ่มต้นจริง นี่เป็นวิธีการวัดแรงดึงเริ่มต้นของสลักเกลียวที่ติดตั้งแล้วโดยตรงเพียงวิธีเดียว การวัดแรงบิด (การตรวจสอบแรงบิดที่ทำให้คลายออก) ไม่มีความสัมพันธ์กับแรงดึงเริ่มต้นเมื่อสลักเกลียวถูกขันให้แน่นแล้ว เนื่องจากแรงเสียดทานสถิต (แรงบิดที่ทำให้คลายออก) สูงกว่าแรงเสียดทานจลน์ในระหว่างการขันให้แน่นยี่หนิง ไฮดรอลิกเราขอแนะนำให้ทำการตรวจสอบการยืดตัวของสลักเกลียวด้วยคลื่นอัลตราโซนิคสำหรับสลักเกลียวแบริ่งหมุนบนรถขุดเหมืองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแท่นหมุนเกิน 2.5 เมตร เนื่องจากแรงกดล่วงหน้าที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการรับน้ำหนักที่รางแบริ่งไม่เท่ากัน ซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้จนกว่าแบริ่งจะเริ่มเสียหาย โปรดดูคู่มือของเราเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้วยการบูรณาการและการติดตั้งชุดเกียร์หมุนสำหรับคำแนะนำเพิ่มเติมเกี่ยวกับการยึดด้วยสลักเกลียว

แหล่งอ้างอิงภายนอก: การคำนวณข้อต่อสลักเกลียว VDI 2230 · ข้อต่อสลักเกลียว ASME PCC-1 · การจำแนกประเภทของ DNV · ระบบไฮดรอลิก ISO 4413 · เอสเออี อินเตอร์เนชั่นแนล · มาตรฐาน AGMA · กฎ ABS

ข้อควรระวังสุดท้ายจากประสบการณ์ 15 ปีในการติดตั้งระบบขับเคลื่อนแบบหมุน: ห้ามนำสลักเกลียวตลับลูกปืนแบบหมุนกลับมาใช้ใหม่หลังจากถอดออกแล้ว สลักเกลียวที่รับแรงดึงเต็มที่ จะเกิดการเสียรูปพลาสติกในเกลียวไม่กี่เกลียวแรกที่ยึดอยู่ และการขันสลักเกลียวที่ใช้แล้วซ้ำจะทำให้แรงดึงไม่แน่นอน โดยทั่วไปจะต่ำกว่าสลักเกลียวใหม่ 15-25% สำหรับแรงดึงเท่ากัน เนื่องจากบริเวณที่เสียรูปพลาสติกได้เพิ่มความยาวในการยึดจับที่มีประสิทธิภาพขึ้น

หากต้องการข้อมูลจำเพาะของสลักเกลียวแบริ่งหมุน คำแนะนำเกี่ยวกับอุปกรณ์ปรับความตึง หรือการตรวจสอบการออกแบบข้อต่อสลักเกลียวแบบกำหนดเอง โปรดติดต่อทีมวิศวกรของเราที่ Yining Hydraulic — เรามีอุปกรณ์ปรับความตึงและเอกสารขั้นตอนพร้อมสำหรับรุ่นไดรฟ์หมุนเฉพาะของคุณ