Способ контроля натяжения высокопрочных болтов

Авторы патента:

G01L5/24 - для определения величины крутящего момента при затягивании гаек или других подобных им деталей машин (устройства для этой цели в гаечных ключах или отвертках B25B 23/14)

Владельцы патента RU 2658103:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (RU)

Изобретение относится к способам контроля натяжения высокопрочных болтов. Технический результат заключается в повышении точности и технологичности сборки фрикционных соединений при заводском изготовлении и монтаже пролетных строений и опор мостовых сооружений, несущих конструкций высотных зданий, стыков трубопроводов и деталей тяжелого машиностроения. Способ контроля натяжения высокопрочных болтов реализуется следующим образом: собирают болтовое соединение в соответствии с действующей документацией, на ось гайковерта устанавливают ведущую часть контрольной муфты, ведущую часть контрольной муфты через шпоночный элемент соединяют с ведомой частью контрольной муфты, которую соединяют с накидной гаечной головкой, гайковертом создают крутящий момент, необходимый для сборки фрикционного соединения, закручивают гайку на болт до среза шпоночного элемента, по срезу шпоночного элемента, прерывающего закручивание гайки, контролируют предельный момент закручивания, необходимый для требуемого натяжения высокопрочного болта и сжатия пакета элементов конструкции. 2 ил.

Изобретение относится к способам контроля натяжения высокопрочных болтов. Способ может использоваться для сборки фрикционных соединений при заводском изготовлении и монтаже пролетных строений и опор мостовых сооружений, несущих конструкций высотных зданий, стыков трубопроводов и деталей тяжелого машиностроения.

Известен способ контроля натяжения болтов на проектное усилие, в котором крутящий момент для закручивания гайки создают ручной тягой за рукоятку динамометрического ключа статического действия (СТП 006-97 Устройство соединений на высокопрочных болтах в стальных конструкциях мостов / Корпорация «Трансстрой», Москва, 1998 г., с. 18, 51-52). Контроль натяжения высокопрочного болта осуществляют визуально по показанию индикатора часового типа, установленного на ключе и регистрирующего предельную величину деформации тела ключа, определенную при тарировке и соответствующую требуемому моменту закручивания.

Недостатками данного способа являются: трудоемкость применения, связанная с необходимостью приложения силы до 600 Н к рукоятке ключа при создании требуемой величины крутящего момента; низкая точность контроля, связанная с удаленностью измерительного прибора от работника и невозможностью достоверного визуального контроля переменных показаний стрелочного индикатора; малая производительность в связи с необходимостью, каждые 4 часа беспрерывной работы и не менее двух раз за смену, тарировать ручные динамометрические ключи способом подвески контрольного груза, что увеличивает трудозатраты и продолжительность сборочных работ.

Известен способ контроля натяжения болтов на проектное усилие, в котором крутящий момент для закручивания гайки создают гидравлическим динамометрическим ключом, соединенным с пневмогидравлическим насосом (СТП 006-97 Устройство соединений на высокопрочных болтах в стальных конструкциях мостов / Корпорация «Трансстрой», Москва, 1998 г., с. 18, 42-51). Контроль натяжения высокопрочного болта осуществляют автоматически в результате срабатывания отсекателя момента затяжки или вручную поворачивают ручку пневмораспределителя при визуальном наблюдении предельного показания манометра насоса, предварительно определяемого при тарировке.

Недостатками данного способа являются: низкая производительность, в связи с необходимостью тарировки гидравлических динамометрических ключей, непосредственно перед их первым применением, после натяжения 1000 и 2000 болтов и затем каждый раз после натяжения 5000 болтов, либо в случае замены таких составных элементов ключа как гидроцилиндр или цепной барабан; сложность конструкции пневмогидравлического насоса, необходимость обеспечения и постоянного контроля герметичности и исправности элементов пневмогидравлической системы.

Известен способ, при котором крутящий момент, необходимый для натяжения болта, создают динамометрическим ключом с встроенным тензорезисторным мостом (ФРГ, №3804043, G01L 3/00, В25В 23/14, 1989). Ключ устанавливают на завинчиваемое резьбовое соединение и к рукоятке прикладывают усилие. Требуемое усилие натяжения высокопрочного болта контролируют тензорезисторным мостом, с измерительной диагонали которого сигнал, пропорциональный величине деформации упругого участка рукоятки ключа, поступает на вход контрольно-измерительного устройства, которое осуществляет процесс измерения и выдает информацию о величине крутящего момента на цифровой индикатор. При достижении требуемого значения крутящего момента затяжку прекращают и снимают ключ с затянутого резьбового соединения.

Недостаток данного способа заключается в трудоемкости создания требуемого крутящего момента, малой производительности в связи с необходимостью тарировки контрольно-измерительного устройства и ненадежностью способа при монтаже конструкции в условиях строительной площадки.

Известен способ, при котором контроль натяжения высокопрочного болта осуществляют, регистрируя факт замедленного распространения трещины после затяжки болта (RU, №2560255, G01L 5/24, В25В 23/14, 20.08.2015). При этом используют такое явление, как акустическая эмиссия, т.е. регистрируют акустические колебания, возникающие в области вершины трещины при ее продвижении. Для регистрации сигналов акустической эмиссии на болтовое соединение перед затяжкой устанавливают специальный датчик-преобразователь сигналов акустической эмиссии. Если в процессе затяжки будет инициирован процесс замедленного распространения трещины, то возникающие вследствие этого сигналы акустической эмиссии могут быть зарегистрированы и распознаны, а болтовое соединение своевременно отбраковано.

Недостатками данного способа являются: сложность оборудования для контроля натяжения болтов методом акустической эмиссии; низкая точность контроля, поскольку метод акустической эмиссии, реализуемый с помощью акустического датчика, не позволяет контролировать величину натяжения высокопрочного болта, а только фиксирует начало процесса разрушений в материале, из которого изготовлены болты и гайки; необходимость специального обучения рабочих использованию сложных электронных приборов контроля и диагностики акустического сигнала.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ, при котором крутящий момент создают автоматическим гайковертом с двухэлементным реверсивным шпинделем, наружная часть которого закручивает гайку, а внутренняя - болт (Л.И. Гладштейн, В.М. Бабушкин, Б.Ф. Какулия, Р.В. Гафуров Высокопрочные болты для строительных стальных конструкций с контролем натяжения по срезу торцевого элемента // Труды ЦНИИПСК им. Мельникова / Промышленное и гражданское строительство, 2008 г., №5, с. 11-13). Контроль натяжения высокопрочных болтов производят по срезу концевого элемента, расположенного на болте специальной конструкции, который используют для устройства фрикционного соединения.

Недостатками данного способа являются: необходимость применения высокопрочных болтов нестандартной усложненной конструкции, требующих повышенного расхода высокопрочной стали для их изготовления; усложненная конструкция гайковерта с двухэлементным реверсивным шпинделем; низкая точность контроля усилия натяжения болта в силу неоднородности напряженного состояния в зоне среза концевого элемента на болте.

Задача предлагаемого способа заключается в повышении точности и технологичности контроля натяжения высокопрочных болтов.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля натяжения высокопрочных болтов, заключающемся в том, что собирают болтовое соединение в соответствии с действующей документацией, гайковертом создают крутящий момент, необходимый для закручивания гайки до создания в болте требуемого усилия натяжения, для передачи крутящего момента используют контрольную муфту со шпоночным элементом, на ось гайковерта устанавливают ведущую часть контрольной муфты, ведущую часть контрольной муфты через шпоночный элемент соединяют с ведомой частью контрольной муфты, которую соединяют с накидной гаечной головкой, закручивают гайку на болт до среза шпоночного элемента, по срезу шпоночного элемента, прерывающего закручивание гайки, контролируют предельный момент закручивания, необходимый для требуемого натяжения высокопрочного болта и сжатия пакета элементов конструкции.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена контрольная муфта со шпоночным элементом, а на фиг. 2 изображен поперечный разрез контрольной муфты по сечению, проходящему через шпоночный элемент.

Способ контроля натяжения высокопрочных болтов реализуется следующим образом: собирают болтовое соединение в соответствии с действующей документацией, на ось гайковерта 1 устанавливают ведущую часть контрольной муфты 2, ведущую часть контрольной муфты 2 через шпоночный элемент 3 соединяют с ведомой частью контрольной муфты 4, которую соединяют с накидной гаечной головкой 5, гайковертом создают крутящий момент необходимый для сборки фрикционного соединения, закручивают гайку 6 на болт 7 до среза шпоночного элемента 3, по срезу шпоночного элемента 3, прерывающего закручивание гайки 6, контролируют предельный момент закручивания, необходимый для требуемого натяжения высокопрочного болта 7 и сжатия пакета элементов конструкции 8 через шайбы 9 и 10.

Повышение точности заявляемого способа контроля натяжения высокопрочных болтов по сравнению с прототипом достигается существованием экспериментально установленной зависимости расчетного сопротивления стали срезу от предела текучести стали (п. 8.8, табл. 8.3, СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы»):

R_s=0,58 R_yn/γ_m, где

R_s - расчетное сопротивление стали срезу;

R_yn - предел текучести стали;

γ_m - 1,025 - коэффициент надежности по материалу для стали марки Ст3 (п. 8.8, табл. 8.4, СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы»),

а также от определенной зависимости усилия, срезающего шпоночный элемент, от крутящего момента, создаваемого для закручивания гайки:

P=M/z, где

Р - усилие, срезающее шпоночный элемент;

М - предельная величина крутящего момента, создаваемого для закручивания гайки;

z - расстояние от оси вращения шпинделя гайковерта 1 до плоскости среза шпоночного элемента 3 (фиг. 2).

Разрушение материала шпоночного элемента 3 происходит при достижении предельной величины касательных напряжений в плоскости среза шпонки на цилиндрической поверхности контакта, ведущего 2 и ведомого 4 элементов контрольной муфты. Предельная величина касательных напряжений достигается единовременно по всей длине шпоночного элемента 3 и приводит к его срезу и прекращению передачи крутящего момента от оси гайковерта на гайку 6.

Повышение технологичности заявляемого способа контроля натяжения высокопрочных болтов по сравнению с прототипом заключается в отсутствии необходимости изготовления болтов нестандартной конструкции и возможности использования для устройства фрикционных соединений стандартных высокопрочных болтов, гаек, шайб и накидных гаечных головок.

Способ контроля натяжения высокопрочных болтов, заключающийся в том, что собирают болтовое соединение в соответствии с действующей документацией, гайковертом создают крутящий момент, необходимый для закручивания гайки до создания в болте требуемого усилия натяжения, отличающийся тем, что для передачи крутящего момента используют контрольную муфту со шпоночным элементом, на ось гайковерта устанавливают ведущую часть контрольной муфты, ведущую часть контрольной муфты через шпоночный элемент соединяют с ведомой частью контрольной муфты, которую соединяют с накидной гаечной головкой, закручивают гайку на болт до среза шпоночного элемента, по срезу шпоночного элемента, прерывающего закручивание гайки, контролируют предельный момент закручивания, необходимый для требуемого натяжения высокопрочного болта и сжатия пакета элементов конструкции.

Похожие патенты:

Цифровой моментный ключ // 2632053

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений в процессе сборки и эксплуатации машин или оборудования. Цифровой моментный ключ для затяжки резьбовых соединений снабжен вторым и третьим блоками памяти и переключателем программ, информационные выходы второго блока памяти подключены ко вторым входам первого цифрового компаратора, информационные выходы третьего блока памяти подключены ко вторым входам второго цифрового компаратора, адресные входы второго и третьего блоков памяти и порта сопряжения с персональным компьютером соединены с выходами переключателя программ, а первый блок памяти снабжен дополнительными адресными входами, соединенными с выходами переключателя программ.

Способ измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений и динамометрический ключ для его осуществления // 2621363

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для контроля крутящего момента затяжки резьбовых соединений. Способ заключается в приложении к затянутому резьбовому соединению крутящего момента, перевод резьбового соединения из состояния покоя в состояние движения, поворот на заданный угол, не превышающий 2÷4°, и измерение крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения, дополнительный поворот на заданный угол с измерением крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения и определения крутящего момента затяжки.

Способ контроля уровня затяжки болта или шпильки // 2616732

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в машиностроении, системах автоматического управления и использоваться для контроля затяжки резьбового соединения при воздействии на него как статических, так и динамических (вибрационных и ударных) нагрузок, а также при комплексном воздействии этих нагрузок.

Способ и устройство для оценки целостности соединения оборудования для управления производственным процессом // 2608057

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к контролирующим системам, и могут быть использованы для отслеживания целостности компонентов технологической установки.

Способ затяжки резьбовых соединений динамометрическим ключом с гироскопическим датчиком угла поворота, установленным в корпусе ключа и динамометрический ключ для его осуществления // 2598974

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений в процессе сборки и эксплуатации машин и оборудования. Технический результат заключается в повышении точности контроля угла поворота гайки при затяжке резьбового соединения путем учета погрешности от упругой деформации элементов конструкции ключа.

Пневматический контрольно-диагностический стенд // 2597630

Изобретение относится к устройствам для испытаний резьбовых соединений и настройки гайковертов. Устройство содержит установочную плиту 1, размещенные на ней опору 2, кронштейны 3 и 4, а также корончатую втулку 5, установленную на опоре 2, вспомогательные втулки 6 и 7, сменные втулки 8 и 9.

Способ выбора наилучшего образца гайки для обеспечения прочности резьбового соединения // 2589628

Способ выбора наилучшего образца гайки для обеспечения прочности резьбового соединения может найти применение при исследовании ответственных резьбовых соединений, например резьбовых соединений, предназначенных для гидроагрегатов ГЭС или для сосудов, работающих под высоким давлением.

Цифровой динамометрический ключ // 2585907

Изобретение относится к ручному инструменту, а именно к динамометрическим ключам для затяжки с тарированным крутящим моментом резьбовых соединений, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Способ затяжки резьбовых соединений и устройство для его осуществления // 2579343

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при затяжке резьбовых соединений. Способ затяжки резьбовых соединений, заключающийся в приложении к гайке крутящего момента, измерения текущего значения момента, поворот гайки на заданный угол после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, останов процесса завинчивания после поворота гайки на заданный угол, отвинчивание гайки и повторная затяжка до достижения требуемого значения момента, что при повторной затяжке производится измерение угла поворота гайки, после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, при этом, если после окончания повторной затяжки угол поворота гайки попадает в поле допуска образованного значениями минимально допустимого и максимально допустимого углов поворота гайки, то соединение считается затянутым качественно, если же угол поворота гайки вышел из поля допуска образованного минимально допустимыми и максимально допустимыми значениями углов поворота гайки, то считается, что соединение затянуто с дефектом.

Способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением // 2560255

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций и направлено на возможность осуществления сплошного контроля натяжения болта.