Siết chặt bu lông ổ trục xoay so với dùng cờ lê lực: Phương pháp nào mang lại lực siết trước ổn định cho bàn xoay máy xúc khai thác mỏ?

Tại sao sự nhất quán của lực siết bu lông lại quan trọng đối với ổ trục xoay: Vấn đề tải trọng không đồng đều mà không ai nhận ra cho đến khi ổ trục bị hỏng

Tôi đã thiết kế hệ thống truyền động xoay tại Yining Hydraulic trong mười lăm năm, và các khớp nối bu lông ổ trục xoay là nơi tôi nhận thấy khoảng cách lớn nhất giữa ý định trong bản vẽ kỹ thuật và việc thực hiện trên thực tế.Ổ trục xoay trên bàn xoay của máy xúc khai thác mỏ 200 tấn được cố định bằng 40-60 bu lông cường độ cao (thường là M42-M56, cấp 10.9 hoặc 12.9) được bố trí theo hình tròn có đường kính 2-3 mét.Mỗi bu lông phải duy trì một lực siết trước nhất định — thường là 60-70% tải trọng chịu lực của bu lông, tương ứng với 400-600 kN đối với bu lông M48 loại 10.9 — để ngăn vòng bi bị nhấc khỏi bề mặt lắp đặt dưới mômen lật sinh ra khi gầu xúc được chất đầy và mở rộng. Nếu lực siết trước không nhất quán, vòng bi sẽ chịu áp lực tiếp xúc không đều, và vòng bi sẽ bị biến dạng cục bộ dưới tải trọng — tạo ra hiện tượng gọi là "brinelling", trong đó các phần tử lăn lõm vào bề mặt vòng bi, gây ra hiện tượng bong tróc dẫn đến hỏng vòng bi hoàn toàn trong vòng 2.000-5.000 giờ hoạt động.

Vấn đề về tính nhất quán của lực siết ban đầu: các phương pháp dùng cờ lê lực siết tác dụng mô-men xoắn lên đầu bu lông hoặc đai ốc, và mối quan hệ giữa mô-men xoắn tác dụng và lực căng bu lông thu được phụ thuộc vào hệ số ma sát tại hai mặt tiếp xúc — tiếp xúc ren và tiếp xúc dưới đầu (hoặc dưới đai ốc).Mối quan hệ giữa mô-men xoắn và lực căng: T = K × F × d, trong đó T là mô-men xoắn tác dụng, K là hệ số đai ốc (thường là 0,15-0,22 đối với ren thép được bôi trơn), F là lực căng bu lông thu được, và d là đường kính danh nghĩa của bu lông. Vấn đề là K không phải là hằng số — nó thay đổi giữa các bu lông tùy thuộc vào độ hoàn thiện bề mặt ren, điều kiện bôi trơn, liệu bu lông đã được siết chặt trước đó hay chưa (ren tái sử dụng có giá trị K cao hơn vì các gờ nhám trên bề mặt đã bị làm phẳng), và liệu có mảnh vụn trong ren hay không.Ước tính hợp lý cho sự thay đổi của K trong điều kiện thực tế là +/-15-25%, điều này trực tiếp dẫn đến sự thay đổi +/-15-25% trong lực siết bu lông đối với cùng một mô-men xoắn được áp dụng.Đối với một bu lông cần lực siết trước 500 kN với hệ số K là 0,18 ở đường kính d là 48mm: T = 0,18 × 500.000 × 0,048 = 4.320 Nm. Nếu hệ số K thực tế thay đổi từ 0,15 đến 0,22 trên toàn bộ vòng tròn bu lông, thì cùng một mô-men xoắn 4.320 Nm sẽ tạo ra lực siết trước dao động từ 410 kN đến 600 kN — chênh lệch 46% giữa bu lông lỏng nhất và chặt nhất. TheoVDI 2230Theo tiêu chuẩn tính toán mối nối bu lông có hệ thống, việc siết chặt bằng mô-men xoắn đạt được độ phân tán tải trước là +/-25-35% ngay cả trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát, và điều kiện thực địa thường làm tăng con số này lên +/-35-50%.

Hệ thống căng bu lông thủy lực: Cách thức kéo căng trực tiếp loại bỏ biến số ma sát

Hệ thống căng bu lông thủy lực bỏ qua hoàn toàn quá trình chuyển đổi mô-men xoắn thành lực căng bằng cách tác dụng một áp suất thủy lực xác định lên bộ căng, bộ căng này kéo trực tiếp vào đầu bu lông, làm giãn nó một cách đàn hồi.Bộ căng bu lông bao gồm một xi lanh thủy lực với một tay kéo có ren được vặn vào phần mở rộng của đầu bu lông (bu lông phải có chiều dài ren lộ ra phía trên đai ốc ít nhất bằng một đường kính bu lông để bộ căng có thể kẹp chặt), một cầu đỡ tì vào bề mặt mối nối, và một ổ cắm cho phép siết chặt đai ốc bằng tay sau khi bu lông được kéo giãn. Trình tự hoạt động: lắp bộ căng vào bu lông, tác dụng áp suất thủy lực đến giá trị quy định (có thể tính toán từ diện tích piston hiệu dụng của bộ căng), bu lông giãn ra một cách đàn hồi (độ giãn dài 0,1-0,3mm đối với các bu lông ổ xoay thông thường), siết chặt đai ốc bằng tay bằng ổ cắm thông qua thân bộ căng, giải phóng áp suất thủy lực, và bu lông cố gắng trở lại chiều dài ban đầu - nhưng đai ốc ngăn cản điều đó, tạo ra lực siết trước quy định trong bu lông.

Độ chính xác của phương pháp căng thủy lực: +/-5-10%, so với +/-25-35% đối với phương pháp dùng cờ lê lực.Độ chính xác có được là do lực căng bu lông được kiểm soát bằng áp suất thủy lực, được đo và điều chỉnh với độ chính xác +/-1-2% bằng đồng hồ đo áp suất hoặc bộ chuyển đổi của bơm căng. Mô đun đàn hồi của bu lông (mô đun Young, 207 GPa đối với thép hợp kim) luôn ổn định trong phạm vi +/-2% đối với các bu lông cùng lô xử lý nhiệt. Biến số duy nhất là chiều dài kẹp hiệu dụng (chiều dài bu lông giữa đai ốc và ren ăn khớp đầu tiên), thay đổi trong khoảng +/-3-5% tùy thuộc vào độ sâu ăn khớp ren và chiều dài kẹp của bu lông.Sai số còn lại trong tải trọng trước khi căng xuất phát từ hai nguồn:(1) Sự giãn nở của bu lông sau khi giải phóng lực căng (mối nối bị nén khi bộ căng được tháo ra, làm giảm lực căng của bu lông từ 5-10% - được giải thích bằng cách áp dụng lực căng vượt mức 5-10% trong quá trình căng bu lông), và (2) Tương tác giữa các bu lông liền kề (căng bu lông số 2 làm giảm lực căng ở bu lông số 1 từ 10-15% vì lực căng của bu lông số 2 làm nén mối nối hơn nữa, làm giãn bu lông số 1 - được giải quyết bằng 3-4 lần căng bu lông). MỗiASME PCC-1Theo hướng dẫn lắp ráp mối nối bu lông, căng thủy lực là phương pháp được ưu tiên cho các mối nối bu lông đường kính lớn yêu cầu độ chính xác tải trước là +/-10% hoặc tốt hơn.

Kỹ thuật chuyền bóng căng: Quy trình 3-4 đường chuyền mà không ai muốn thực hiện nhưng ai cũng cần

Một lần siết chặt duy nhất — trong đó mỗi bu lông được siết chặt một vòng — tạo ra sự biến thiên lực siết trước từ 30-50% vì mỗi bu lông được siết chặt tiếp theo sẽ nén mối nối và làm giãn các bu lông đã được siết chặt trước đó.Cơ chế: khi bu lông số 1 được siết chặt đến 500 kN, nó sẽ nén khớp nối cục bộ xung quanh bu lông số 1. Khi bu lông số 2 (liền kề với bu lông số 1) được siết chặt, sự nén thêm của khớp nối trong khu vực giữa bu lông số 1 và số 2 làm cho độ dày của khớp nối trong vùng kẹp của bu lông số 1 giảm nhẹ — làm giảm lực siết của bu lông số 1 khoảng 10-15%. Khi quá trình siết chặt diễn ra xung quanh vòng tròn, mỗi bu lông sẽ mất lực siết dần dần, và bu lông được siết chặt đầu tiên sẽ mất lực siết nhiều nhất — thường kết thúc ở mức 50-60% lực siết ban đầu sau khi tất cả các bu lông trong vòng tròn đã được siết chặt.

Quy trình siết bu lông đúng cách: Siết 3-4 vòng quanh vòng tròn bu lông, vòng đầu tiên siết ở mức 50-60% lực siết cuối cùng để cố định mối nối, và các vòng tiếp theo siết ở mức 100% lực siết cuối cùng.Bước 1: Siết chặt tất cả các bu lông đến 60% lực siết trước cuối cùng (ví dụ: 300 kN cho thông số kỹ thuật 500 kN) — điều này giúp cố định một phần mối nối và giảm hiệu ứng giãn nở trong các bước tiếp theo. Bước 2: Siết chặt tất cả các bu lông đến 100% lực siết trước cuối cùng (500 kN). Bước 3: Siết chặt lại tất cả các bu lông đến 100% lực siết trước cuối cùng — bước này thường khôi phục 10-15% lực căng ở nửa đầu các bu lông bị giãn nở trong bước 2, và hiệu ứng giãn nở trong bước 3 giảm xuống còn 3-5% vì mối nối hiện đã được cố định hoàn toàn. Bước 4 (tùy chọn nhưng được khuyến nghị cho các mối nối quan trọng): Siết chặt lại đến 100% và kiểm tra xem không có bu lông nào bị mất quá 5% lực căng giữa lần siết chặt và lần đo kiểm tra (sử dụng máy đo độ giãn dài bu lông siêu âm nếu có).Thủy lực YiningQuy trình lắp đặt bộ truyền động quay của chúng tôi bao gồm quy trình căng bắt buộc 4 bước cho tất cả các mối nối bu lông ổ trục quay trên thiết bị khai thác mỏ, và chúng tôi cung cấp bơm căng, dụng cụ căng và tài liệu hướng dẫn quy trình kèm theo mỗi lần giao bộ truyền động quay.

Chuẩn bị bu lông: Ba yếu tố biến quy trình siết bu lông hoàn hảo thành mối nối hỏng.

Ngay cả với phương pháp căng thủy lực, ba yếu tố chuẩn bị bu lông có thể làm giảm lực siết thực tế xuống còn 50-70% giá trị quy định, và cả ba yếu tố này thường bị bỏ qua trong quá trình lắp đặt tại công trường.Yếu tố thứ nhất: bôi trơn ren — ren bu lông và bề mặt chịu lực của đai ốc phải được bôi trơn bằng chất bôi trơn được chỉ định (thường là bột molypden disulfua, hợp chất chống kẹt hoặc chất bôi trơn được nhà sản xuất bu lông khuyến nghị) để đạt được ma sát ren ổn định trong quá trình siết chặt. Ren khô hoặc ren được bôi trơn bằng chất bôi trơn khác với chất được chỉ định sẽ làm thay đổi hệ số ma sát và làm thay đổi lực cản khi siết chặt của đai ốc, khiến đai ốc bị lỏng một phần trong quá trình giải phóng lực căng. Yếu tố thứ hai: chiều dài phần thân bu lông — phần thân không ren của bu lông giữa đầu và ren ăn khớp đầu tiên phải dài ít nhất gấp 3-4 lần đường kính bu lông để bu lông giãn nở đàn hồi với độ cứng lò xo chính xác. Bu lông có chiều dài phần thân nhỏ hơn 2 lần đường kính có độ cứng lò xo rất cao, nghĩa là nó cần lực siết chặt lớn hơn để đạt được cùng độ giãn dài và nhạy cảm hơn với sự giãn nở. Yếu tố thứ ba: độ phẳng của bề mặt khớp nối — các bề mặt lắp đặt dưới đầu bu lông và đai ốc phải phẳng trong phạm vi 0,1mm trên đường kính chịu lực. Bề mặt không phẳng gây ra ứng suất uốn trong bu lông ngoài ứng suất kéo, làm giảm tải trọng trước hiệu quả và tuổi thọ mỏi của bu lông từ 30-50%.

Kiểm tra sau khi siết chặt: có thể kiểm tra lực siết trước của bu lông bằng cách đo độ giãn dài của bu lông bằng máy đo bu lông siêu âm (phương pháp xung-dội, đo thời gian truyền khứ hồi của xung siêu âm dọc theo chiều dài bu lông).Phép đo độ giãn dài trước và sau khi siết chặt cho biết độ biến dạng thực tế của bu lông, khi nhân với diện tích mặt cắt ngang và mô đun Young sẽ cho ra lực siết trước thực tế. Đây là phương pháp đo trực tiếp duy nhất cho lực siết trước của bu lông đã lắp đặt — phép đo mô-men xoắn (kiểm tra mô-men xoắn phá vỡ) không tương quan với lực siết trước sau khi bu lông đã được siết chặt vì ma sát tĩnh (mô-men xoắn phá vỡ) cao hơn ma sát động trong quá trình siết chặt.Thủy lực YiningChúng tôi khuyến nghị sử dụng phương pháp kiểm tra độ giãn dài bu lông bằng sóng siêu âm đối với các bu lông ổ trục xoay trên máy xúc khai thác mỏ có đường kính bàn xoay vượt quá 2,5 mét, nơi tải trọng trước không nhất quán gây ra tải trọng không đều trên vòng bi mà không thể phát hiện được cho đến khi ổ bi bắt đầu hỏng. Xem thêm hướng dẫn của chúng tôi về...tích hợp và lắp đặt hộp số xoayđể được hướng dẫn thêm về mối nối bu lông.

Tài liệu tham khảo bên ngoài: Tính toán mối nối bu lông VDI 2230 · Mối nối bu lông ASME PCC-1 · Phân loại DNV · Hệ thống thủy lực ISO 4413 · SAE Quốc tế · Tiêu chuẩn AGMA · Quy tắc ABS

Một lời cảnh báo cuối cùng từ kinh nghiệm mười lăm năm vận hành hệ thống truyền động xoay: không bao giờ được tái sử dụng các bu lông ổ trục xoay sau khi đã tháo chúng ra. Các bu lông chịu tải trọng tối đa sẽ bị biến dạng dẻo ở vài ren đầu tiên khi tiếp xúc, và việc siết chặt lại một bu lông đã qua sử dụng sẽ tạo ra tải trọng không thể dự đoán được — thường thấp hơn 15-25% so với bu lông mới ở cùng áp suất siết — vì vùng biến dạng dẻo đã làm tăng chiều dài kẹp hiệu quả.

Để biết thông số kỹ thuật bu lông ổ trục xoay, khuyến nghị về thiết bị căng hoặc xác minh thiết kế mối nối bu lông tùy chỉnh, hãy liên hệ với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi tại Yining Hydraulic — chúng tôi có sẵn thiết bị căng và tài liệu quy trình dành riêng cho mô hình truyền động xoay cụ thể của bạn.