塔式起重機(jī)螺栓連接的預(yù)緊力及應(yīng)用方法

摘要:本文通過對(duì)螺栓連接的受力分析，得出預(yù)緊力在塔機(jī)安裝中的重要性，從而導(dǎo)出預(yù)緊力的應(yīng)用方法。本文主要討論塔式起重機(jī)的螺栓連接.

　　關(guān)鍵詞:塔機(jī)螺栓連接預(yù)緊力應(yīng)用

　　1受拉螺栓的預(yù)緊力與外力間的關(guān)系

　　圖1為受拉螺栓連接的簡圖。若將螺母充分?jǐn)Q緊，則螺母在螺栓的軸線方向前進(jìn)了h，必然會(huì)使螺栓受到預(yù)緊力而使板受到壓力，假定沿板間將螺栓切斷，用P代表預(yù)緊力，T代表板間的擠壓力，由平衡條件得到P=T，即預(yù)緊力與擠壓力相等，此時(shí)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(dāng)外力N作用時(shí)，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(shí)由平衡條件有：，見圖2(a)。外力N繼續(xù)增加，當(dāng)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(yù)緊力也隨之消失。但并不意味著螺栓不承受拉力，反之，當(dāng)板間的壓縮變形完全消失后，螺栓相應(yīng)被拉長了，使螺栓拉長的力的增量，，此時(shí)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(shè)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(yù)緊力，被連接件受到擠壓，當(dāng)承受外力時(shí)，連接件間的擠壓力隨外力增大而減小，預(yù)緊力也減小。當(dāng)外力加大到使兩連接件剛好分開時(shí)預(yù)緊力減小為零，螺栓所受的拉力將大于原來靜連接時(shí)施加的預(yù)緊力。

　　2高強(qiáng)度螺栓連接的特點(diǎn)

　　高強(qiáng)度螺栓的桿身采用經(jīng)過熱處理的45號(hào)鋼或合結(jié)鋼，其性能等級(jí)為8.8級(jí)、10.9級(jí)或更高。螺母和墊圈為相應(yīng)性能等級(jí)的鋼材制成，安裝時(shí)要求將螺栓擰得很緊，取得很大的預(yù)緊力，將構(gòu)件接觸面壓緊。摩擦型的高強(qiáng)度螺栓完全依靠接觸面間的摩擦力來傳遞剪力，并以出現(xiàn)滑移為承載能力的極限狀態(tài)。承壓型的高強(qiáng)度螺栓以連接失效為承載能力的極限狀態(tài)，并以出現(xiàn)滑移為正常工作的極限狀態(tài)。所施加的預(yù)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(yīng)小于預(yù)緊力，以使構(gòu)件接觸面間仍有殘余預(yù)緊力，保證正常工作的可靠性。

　　3塔機(jī)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)套管連接螺栓

　　塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為主要受力構(gòu)件，工作時(shí)承受軸力、彎矩及扭矩。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間的聯(lián)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(shí)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(qiáng)度螺栓聯(lián)接，所以預(yù)緊力是一個(gè)不容忽視的問題。我們發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)多的在用塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力均沒達(dá)到規(guī)定數(shù)值，隨著塔機(jī)工作時(shí)，塔身主肢的反復(fù)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(yīng)力的拉大，使安全性減小，有的甚至釀成倒塔事故，因此預(yù)緊力的實(shí)施方法和數(shù)值控制是塔機(jī)安裝的重要環(huán)節(jié)。

　　塔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范和許多生產(chǎn)廠家的說明書均給出了連接螺栓的預(yù)緊力數(shù)值，用專用扳手來緊固，但在實(shí)施中存在一些具體問題，例如如何判斷預(yù)緊力施加時(shí)被連接件充分貼緊的起始狀態(tài)，在沒有扭矩扳手的大多數(shù)場合下，如何用普通扳手達(dá)到規(guī)定的預(yù)緊力，我們在實(shí)際工作中采用的方法是：

　　塔機(jī)塔身接高完成后，空載載重小車位于最小幅度處，臂架旋轉(zhuǎn)至塔身對(duì)角線方位，見圖3，在塔機(jī)上部不平衡力矩自的作用下，靠近平衡重一側(cè)的主肢A處于受壓狀態(tài)，主肢間的壓力：，其中為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接處上部自重引起的軸力。自、、b在塔機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)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(yù)緊力，A處螺栓的實(shí)施預(yù)緊力，其中P為單個(gè)螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)緊力，n為單肢的連接螺栓數(shù)。為得到，螺母應(yīng)擰進(jìn)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(zhuǎn)動(dòng)角度。其中t為螺栓的螺紋導(dǎo)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(zhuǎn)動(dòng)θ即可得到A處設(shè)計(jì)的預(yù)緊力。用同樣的方法將平衡重對(duì)到C、B及D點(diǎn)，就可使一個(gè)連接面的所有螺栓具有一定的預(yù)緊力。

　　4塔機(jī)回轉(zhuǎn)支承連接螺栓

　　根據(jù)工作受力特點(diǎn)，回轉(zhuǎn)支承高強(qiáng)度螺栓連接應(yīng)屬于摩擦型，回轉(zhuǎn)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(shí)，可用扭矩法或轉(zhuǎn)角法在圓周方向?qū)ΨQ均勻多次擰緊，達(dá)到規(guī)定的預(yù)緊力。

　　5結(jié)束語

　　以上根據(jù)虎克定律對(duì)螺栓連接的受力分析，導(dǎo)出預(yù)緊力在塔機(jī)上的應(yīng)用方法，在沒有扭矩扳手的情況下，采用轉(zhuǎn)角法可有效的達(dá)到和保證安裝時(shí)規(guī)定的預(yù)緊力數(shù)值。