塔式起重機螺栓連接的預緊力及應用方法

真正

1受拉螺栓的預緊力與外力間的關系     圖1為受拉螺栓連接的簡圖。若將螺母充分擰緊，則螺母在螺栓的軸線方向前進了h，必然會使螺栓受到預緊力而使板受到壓力，假定沿板間將螺栓切斷，用P代表預緊力，T代表板間的擠壓力，由平衡條件得到P=T，即預緊力與擠壓力相等，此時螺栓桿的伸長Δl1，板的擠壓變形量為，若以E1和A1代表螺栓桿的彈性模量和截面積，E2和A2代表板的彈性模量和截面積，按虎克定律有：，，由于P=T。     (1)當外力N作用時，由于此力并不直接加在螺栓上，而是加在被連板上，因而將被連件趨于分開，壓縮變形減小，減少了板間的擠壓力，使擠壓力由減小為，此時由平衡條件有：，見圖2(a)。外力N繼續增加，當加大到板間原來的壓縮變形完全消失，=0，板間的擠壓力也隨之消失，，與之平衡的預緊力也隨之消失。但并不意味著螺栓不承受拉力，反之，當板間的壓縮變形完全消失后，螺栓相應被拉長了，使螺栓拉長的力的增量，，此時由力的平衡條件有：，見圖2(b)：     (2)一般情況下，E1和E2近似相等，但連接件的面積比螺桿的截面積A1大得多，假設E1=E2，A2=10A1，代入(2)式ΔP=0.1P。     由以上分析可知，拉力螺栓連接必須施加預緊力，被連接件受到擠壓，當承受外力時，連接件間的擠壓力隨外力增大而減小，預緊力也減小。當外力加大到使兩連接件剛好分開時預緊力減小為零，螺栓所受的拉力將大于原來靜連接時施加的預緊力。
    2高強度螺栓連接的特點     高強度螺栓的桿身采用經過熱處理的45號鋼或合結鋼，其性能等級為8.8級、10.9級或更高。螺母和墊圈為相應性能等級的鋼材制成，安裝時要求將螺栓擰得很緊，取得很大的預緊力，將構件接觸面壓緊。摩擦型的高強度螺栓完全依靠接觸面間的摩擦力來傳遞剪力，并以出現滑移為承載能力的極限狀態。承壓型的高強度螺栓以連接失效為承載能力的極限狀態，并以出現滑移為正常工作的極限狀態。所施加的預緊力一般為螺栓材料凈截面積與屈服極限乘積的0.7倍，所選用的最大工作拉力應小于預緊力，以使構件接觸面間仍有殘余預緊力，保證正常工作的可靠性。
    3塔機塔身標準節套管連接螺栓     塔身標準節為主要受力構件，工作時承受軸力、彎矩及扭矩。標準節間的聯接，我廠采用套管連接螺栓，塔身主肢由單角鋼組成，主肢端頭和套管端頭的平面上下連接，平面間的摩擦力可承受工作時由扭矩引起的剪力，因此，連接螺栓可視為摩擦型，而且用高強度螺栓聯接，所以預緊力是一個不容忽視的問題。我們發現，相當多的在用塔機標準節連接高強度螺栓的預緊力均沒達到規定數值，隨著塔機工作時，塔身主肢的反復拉、壓交變，螺母松弛，主肢端面間的間隙增大，使起重臂與塔身連接處的水平變位增大，引起塔身二次應力的拉大，使安全性減小，有的甚至釀成倒塔事故，因此預緊力的實施方法和數值控制是塔機安裝的重要環節。 塔機設計規范和許多生產廠家的說明書均給出了連接螺栓的預緊力數值，用專用扳手來緊固，但在實施中存在一些具體問題，例如如何判斷預緊力施加時被連接件充分貼緊的起始狀態，在沒有扭矩扳手的大多數場合下，如何用普通扳手達到規定的預緊力，我們在實際工作中采用的方法是：
    塔機塔身接高完成后，空載載重小車位于最小幅度處，臂架旋轉至塔身對角線方位，見圖3，在塔機上部不平衡力矩自的作用下，靠近平衡重一側的主肢A處于受壓狀態，主肢間的壓力：，其中為標準節連接處上部自重引起的軸力。自、、b在塔機設計計算中已得出，故N為已知。由前拉力螺栓受力分析中已知此擠壓力等于螺栓的初預緊力，A處螺栓的實施預緊力，其中P為單個螺栓的設計預緊力，n為單肢的連接螺栓數。為得到，螺母應擰進的行程，其中L是兩連接套中螺栓的工作長度，是螺栓的桿身截面積。螺母所需轉動角度。其中t為螺栓的螺紋導程。因＜，故用普通扳手加套桿或用榔頭敲打扳手尾部使螺母轉動θ即可得到A處設計的預緊力。用同樣的方法將平衡重對到C、B及D點，就可使一個連接面的所有螺栓具有一定的預緊力。
    4塔機回轉支承連接螺栓     根據工作受力特點，回轉支承高強度螺栓連接應屬于摩擦型，回轉支承與上、下支承座的連接工作一般在地面完成，擰緊螺栓時，可用扭矩法或轉角法在圓周方向對稱均勻多次擰緊，達到規定的預緊力。
" I! K. `" y2 D+ b# h/ O. Y    5結束語     以上根據虎克定律對螺栓連接的受力分析，導出預緊力在塔機上的應用方法，在沒有扭矩扳手的情況下，采用轉角法可有效的達到和保證安裝時規定的預緊力數值。
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完