Натягування болта поворотного підшипника проти динамометричного ключа: який метод забезпечує стабільний попередній натяг поворотних платформ екскаватора?

Чому важлива стабільність попереднього натягу болтів для поворотних підшипників: проблема нерівномірного навантаження, яку ніхто не бачить, доки не вийде з ладу підшипник

Я проектую системи приводів повороту в Yining Hydraulic вже п'ятнадцять років, і саме болтові з'єднання підшипників повороту - це те, де я бачу найбільший розрив між задумом специфікації та виконанням на практиці.Поворотний підшипник на поворотному столі 200-тонного гірничого екскаватора кріпиться 40-60 високоміцними болтами (зазвичай M42-M56, клас 10.9 або 12.9), розташованими по колу діаметром 2-3 метри.Кожен болт повинен підтримувати заданий попередній натяг — зазвичай 60-70% від допустимого навантаження болта, що відповідає 400-600 кН для болта M48 класу 10.9 — щоб запобігти відриву кільця підшипника від монтажної поверхні під дією моменту перекидання, що виникає, коли ківш екскаватора повністю завантажений та висунутий. Якщо попереднє натягування нерівномірне, кільце підшипника відчуває нерівномірний контактний тиск, і кільце локально деформується під навантаженням, створюючи стан, який називається «бринеллінг», коли елементи кочення вдавлюються в поверхню кільця, ініціюючи відкол, який прогресує до повного руйнування підшипника протягом 2000-5000 робочих годин.

Проблема узгодженості попереднього натягу: методи динамометричного ключа прикладають крутний момент до головки болта або гайки, а співвідношення між прикладеним крутним моментом і результуючим натягом болта залежить від коефіцієнта тертя на двох поверхнях інтерфейсу — контакті різьби та контакті під головкою (або під гайкою).Залежність крутного моменту від натягу: T = K × F × d, де T – прикладений крутний момент, K – коефіцієнт затягування гайки (зазвичай 0,15-0,22 для змащеної сталевої різьби), F – результуючий натяг болта, а d – номінальний діаметр болта. Проблема полягає в тому, що K не є постійною величиною — вона змінюється між болтами залежно від обробки поверхні різьби, стану змащення, того, чи був болт попередньо затягнутий (повторно використана різьба має вище значення K, оскільки нерівності поверхні були вирівняні), та чи є в різьбі сміття.Обґрунтована оцінка коливання K в польових умовах становить +/-15-25%, що безпосередньо перекладається у коливання попереднього натягу болта на +/-15-25% для того самого прикладеного крутного моменту.Для болта, що вимагає попереднього натягу 500 кН з K 0,18 при d 48 мм: T = 0,18 × 500 000 × 0,048 = 4320 Нм. Якщо K фактично змінюється від 0,15 до 0,22 по окружності болта, той самий крутний момент 4320 Нм створює попередній натяг від 410 кН до 600 кН — різниця в 46% між найслабшими та найщільнішими болтами. Згідно зVDI 2230Згідно зі стандартами систематичного розрахунку болтових з'єднань, затягування з контрольованим крутним моментом досягає розкиду попереднього натягу +/-25-35% навіть у контрольованих лабораторних умовах, а польові умови зазвичай збільшують цей показник до +/-35-50%.

Гідравлічне натягування болтів: як пряме розтягування усуває змінну тертя

Гідравлічне натягування болтів повністю обходить перетворення крутного моменту в натяг, застосовуючи відомий гідравлічний тиск до натягувача, який безпосередньо натягує шпильку болта, пружно розтягуючи її.Натягувач складається з гідравлічного циліндра з різьбовим знімачем, який накручується на подовжувач шпильки болта (болт повинен мати відкриту довжину різьби над гайкою, що дорівнює принаймні одному діаметру болта, щоб натягувач міг його захопити), містка, який спирається на поверхню з'єднання, та гнізда, яке дозволяє повертати гайку вручну після розтягування болта. Послідовність дій: натягувач встановлюється на болт, прикладається гідравлічний тиск до заданого значення (розраховується за ефективною площею поршня натягувача), болт пружно розтягується (подовження 0,1-0,3 мм для типових болтів поворотного підшипника), гайка затягується від руки за допомогою гнізда через корпус натягувача, гідравлічний тиск скидається, і болт намагається повернутися до своєї початкової довжини, але гайка перешкоджає цьому, створюючи заданий попередній натяг у болті.

Точність попереднього натягу гідравлічного натягу: +/-5-10%, порівняно з +/-25-35% для методів динамометричного ключа.Точність пояснюється тим, що натяг болта контролюється гідравлічним тиском, який вимірюється та регулюється з точністю +/-1-2% за допомогою манометра або датчика натяжного насоса. Модуль пружності болта (модуль Юнга, 207 ГПа для легованої сталі) є послідовним у межах +/-2% для болтів з однієї партії термічної обробки. Єдиною змінною є ефективна довжина затиску (довжина болта між гайкою та першою різьбою, що зачіпається), яка змінюється на +/-3-5% залежно від глибини зачіплення різьби та довжини захоплення болта.Залишкова похибка попереднього натягу походить з двох джерел:(1) розслаблення болта після зняття натягу (з'єднання стискається, коли натягувач знімається, зменшуючи натяг болта на 5-10% — що пояснюється застосуванням надмірного натягу 5-10% під час проходу натягу), та (2) взаємодія суміжних болтів (натяг болта №2 зменшує натяг у болті №1 на 10-15%, оскільки натяг болта №2 ще більше стискає з'єднання, розслабляючи болт №1 — що вирішується 3-4 проходами натягу).ASME PCC-1Згідно з інструкціями щодо складання болтових з'єднань, гідравлічне натягування є кращим методом для болтових з'єднань великого діаметра, що потребують точності попереднього натягу +/-10% або вище.

Напружені паси: протокол 3-4 пасів, який ніхто не хоче робити, але який потрібен усім

Один прохід натягу, де кожен болт натягується один раз по колу, призводить до коливань попереднього натягу на 30-50%, оскільки кожне наступне натягнення болта стискає з'єднання та розслабляє попередньо натягнуті болти.Механізм: коли болт №1 натягується до 500 кН, він локально стискає з'єднання навколо болта №1. Коли болт №2 (суміжний з болтом №1) натягується, додаткове стиснення з'єднання в області між болтами №1 та №2 призводить до незначного зменшення товщини з'єднання в зоні затиску болта №1, зменшуючи натяг болта №1 приблизно на 10-15%. У міру того, як натягування відбувається по колу, кожен болт поступово втрачає натяг, і перший натягнутий болт втрачає найбільше — зазвичай закінчуючи натягом 50-60% від початкового натягу після того, як усі болти по колу будуть натягнуті.

Правильний протокол натягу: 3-4 проходи по колу болтів, причому перший прохід виконується з натягом 50-60% від кінцевого значення для фіксації з'єднання, а наступні проходи - зі натягом 100%.Прохід 1: натягніть усі болти до 60% від кінцевого попереднього натягу (наприклад, 300 кН для специфікації 500 кН) — це частково фіксує з'єднання та зменшує ефект релаксації в наступних проходах. Прохід 2: натягніть усі болти до 100% кінцевого попереднього натягу (500 кН). Прохід 3: повторно натягніть усі болти до 100% кінцевого попереднього натягу — цей прохід зазвичай відновлює 10-15% натягу в першій половині болтів, які розслабилися під час проходу 2, а ефект релаксації в проході 3 зменшується до 3-5%, оскільки з'єднання тепер повністю фіксоване. Прохід 4 (необов'язково, але рекомендується для критичних з'єднань): повторно натягніть до 100% та перевірте, чи жоден болт не втратив більше 5% натягу між натягом та перевірочним вимірюванням (використовуючи ультразвуковий вимірювач видовження болтів, якщо є).Гідравлічний центр ІнінНаші процедури встановлення поворотного приводу включають обов'язковий 4-прохідний протокол натягу для всіх болтових з'єднань поворотних підшипників на гірничодобувному обладнанні, і ми надаємо натяжний насос, натягувач та документацію з процедури з кожною доставкою поворотного приводу.

Підготовка болтів: три фактори, які перетворюють ідеальну процедуру натягу на невдале з'єднання

Навіть за умови гідравлічного натягу, три коефіцієнти підготовки болтів можуть зменшити фактичне попереднє натягнення до 50-70% від заданого значення, і всі три часто не враховуються під час польового монтажу.Фактор перший: змащування різьби — різьбу болта та опорну поверхню гайки необхідно змащувати зазначеним мастилом (зазвичай пастою дисульфіду молібдену, протизадирним складом або рекомендованим виробником болта мастилом) для досягнення рівномірного тертя різьби під час натягу. Суха різьба або різьба, змащена іншим мастилом, ніж зазначено, змінює коефіцієнт тертя та опір гайки стисненню, що призводить до часткового розкручування гайки під час зняття натягу. Фактор другий: довжина захоплення болта — нерізьбовий стрижень болта між головкою та першою зачепленою різьбою повинен бути щонайменше в 3-4 рази більшим за діаметр болта, щоб болт пружно розтягувався з правильною жорсткістю пружини. Болт із довжиною захоплення менше ніж у 2 рази має дуже високу жорсткість пружини, тобто для того ж видовження потрібна більша сила натягу та є більш чутливим до розслаблення. Фактор третій: площинність поверхні з'єднання — монтажні поверхні під головкою болта та гайкою повинні бути плоскими в межах 0,1 мм від діаметра підшипника. Нерівна поверхня викликає в болті напруження згину на додаток до напруження розтягу, що зменшує ефективне попереднє натягнення та втомну довговічність болта на 30-50%.

Перевірка після натягу: попередній натяг болта можна перевірити, вимірявши видовження болта ультразвуковим болтоміром (імпульсно-ехо-метод, вимірювання часу проходження ультразвукового імпульсу по довжині болта).Вимірювання видовження до та після натягу дає фактичне значення деформації болта, яке, помножене на площу поперечного перерізу болта та модуль Юнга, дає фактичне попереднє натягнення. Це єдиний прямий метод вимірювання встановленого попереднього натягу болта — вимірювання крутного моменту (перевірка моменту відриву) не корелює з попереднім натягом після натягу болта, оскільки статичне тертя (момент відриву) вище, ніж динамічне тертя під час затягування.Гідравлічний центр Інін, ми рекомендуємо ультразвукову перевірку видовження болтів для поворотних підшипникових болтів на гірничих екскаваторах з діаметром поворотного столу понад 2,5 метра, де нерівномірне попереднє навантаження призводить до нерівномірного навантаження на кільце підшипника, яке не може бути виявлено до початку руйнування підшипника. Дивіться також наш посібник зінтеграція та монтаж поворотного редукторадля додаткового керівництва болтовими з'єднаннями.

Зовнішні посилання: Розрахунок болтових з'єднань згідно з VDI 2230 · Болтові з'єднання ASME PCC-1 · Класифікація DNV · Гідравлічні системи ISO 4413 · SAE International · Стандарти AGMA · Правила ABS

І останнє застереження після п'ятнадцяти років експлуатації поворотних приводів: ніколи не використовуйте повторно болти поворотного підшипника після їх видалення. Болти, що піддаються повному попередньому натягу, зазнають пластичної деформації в перших кількох зачеплених різьбах, а повторне натягування використаного болта призводить до непередбачуваного попереднього натягу — зазвичай на 15-25% нижче, ніж у нового болта за того ж тиску натягу — оскільки зона пластичної деформації збільшила ефективну довжину затиску.

Щоб отримати технічні характеристики болтів поворотного підшипника, рекомендації щодо натяжного обладнання або перевірку конструкції болтових з'єднань на замовлення, зверніться до нашої інженерної команди в Yining Hydraulic — у нас є документація щодо натяжного обладнання та процедур, готова для вашої конкретної моделі поворотного приводу.