本文通过对螺栓连接的受力分析,得出预紧力在塔机安装中的重要性,从而导出预紧力的应用方法。本文主要讨论塔式起重机的螺栓连接。

关键词:塔机螺栓连接预紧力应用

1. 受拉螺栓的预紧力与外力间的关系

图1为受拉螺栓连接的简图。若将螺母充分拧紧,则螺母在螺栓的轴线方向前进了h,必然会使螺栓受到预紧力而使板受到压力,假定沿板间将螺栓切断,用P代表预紧力,T代表板间的挤压力,由平衡条件得到P=T,即预紧力与挤压力相等,此时螺栓杆的伸长Δl1,板的挤压变形量为,若以E1和A1代表螺栓杆的弹性模量和截面积,E2和A2代表板的弹性模量和截面积,按虎克定律有:,,由于P=T。

(1)当外力N作用时,由于此力并不直接加在螺栓上,而是加在被连板上,因而将被连件趋于分开,压缩变形减小,减少了板间的挤压力,使挤压力由减小为,此时由平衡条件有:,见图2(a)。外力N继续增加,当加大到板间原来的压缩变形完全消失,=0,板间的挤压力也随之消失,,与之平衡的预紧力也随之消失。但并不意味着螺栓不承受拉力,反之,当板间的压缩变形完全消失后,螺栓相应被拉长了,使螺栓拉长的力的增量,,此时由力的平衡条件有:,见图2(b):

(2)一般情况下,E1和E2近似相等,但连接件的面积比螺杆的截面积A1大得多,假设E1=E2,A2=10A1,代入(2)式ΔP=0.1P。

由以上分析可知,拉力螺栓连接必须施加预紧力,被连接件受到挤压,当承受外力时,连接件间的挤压力随外力增大而减小,预紧力也减小。当外力加大到使两连接件刚好分开时预紧力减小为零,螺栓所受的拉力将大于原来静连接时施加的预紧力

2. 高强度螺栓连接的特点

高强度螺栓的杆身采用经过热处理的45号钢或合结钢,其性能等级为8.8级、10.9级或更高。螺母和垫圈为相应性能等级的钢材制成,安装时要求将螺栓拧得很紧,取得很大的预紧力,将构件接触面压紧。摩擦型的高强度螺栓完全依靠接触面间的摩擦力来传递剪力,并以出现滑移为承载能力的极限状态。承压型的高强度螺栓以连接失效为承载能力的极限状态,并以出现滑移为正常工作的极限状态。所施加的预紧力一般为螺栓材料净截面积与屈服极限乘积的0.7倍,所选用的最大工作拉力应小于预紧力,以使构件接触面间仍有残余预紧力,保证正常工作的可靠性。

塔机塔身标准节套管连接螺栓

塔身标准节为主要受力构件,工作时承受轴力、弯矩及扭矩。标准节间的联接,我厂采用套管连接螺栓,塔身主肢由单角钢组成,主肢端头和套管端头的平面上下连接,平面间的摩擦力可承受工作时由扭矩引起的剪力,因此,连接螺栓可视为摩擦型,而且用高强度螺栓联接,所以预紧力是一个不容忽视的问题。我们发现,相当多的在用塔机标准节连接高强度螺栓的预紧力均没达到规定数值,随着塔机工作时,塔身主肢的反复拉、压交变,螺母松弛,主肢端面间的间隙增大,使起重臂与塔身连接处的水平变位增大,引起塔身二次应力的拉大,使安全性减小,有的甚至酿成倒塔事故,因此预紧力的实施方法和数值控制是塔机安装的重要环节。

塔机设计规范和许多生产厂家的说明书均给出了连接螺栓的预紧力数值,用专用扳手来紧固,但在实施中存在一些具体问题,例如如何判断预紧力施加时被连接件充分贴紧的起始状态,在没有扭矩扳手的大多数场合下,如何用普通扳手达到规定的预紧力,我们在实际工作中采用的方法是:

塔机塔身接高完成后,空载载重小车位于最小幅度处,臂架旋转至塔身对角线方位,见图3,在塔机上部不平衡力矩自的作用下,靠近平衡重一侧的主肢A处于受压状态,主肢间的压力:,其中为标准节连接处上部自重引起的轴力。自、、b在塔机设计计算中已得出,故N为已知。由前拉力螺栓受力分析中已知此挤压力等于螺栓的初预紧力,A处螺栓的实施预紧力,其中P为单个螺栓的设计预紧力,n为单肢的连接螺栓数。为得到,螺母应拧进的行程,其中L是两连接套中螺栓的工作长度,是螺栓的杆身截面积。螺母所需转动角度。其中t为螺栓的螺纹导程。因<,故用普通扳手加套杆或用榔头敲打扳手尾部使螺母转动θ即可得到A处设计的预紧力。用同样的方法将平衡重对到C、B及D点,就可使一个连接面的所有螺栓具有一定的预紧力。

4. 塔机回转支承连接螺栓

根据工作受力特点,回转支承高强度螺栓连接应属于摩擦型,回转支承与上、下支承座的连接工作一般在地面完成,拧紧螺栓时,可用扭矩法或转角法在圆周方向对称均匀多次拧紧,达到规定的预紧力。

根据虎克定律对螺栓连接的受力分析,导出预紧力在塔机上的应用方法,在没有扭矩扳手的情况下,采用转角法可有效的达到和保证安装时规定的预紧力数值。