1受拉螺栓的預緊力與外力間的關(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。
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預緊力在塔機上的應用方法

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    1受拉螺栓的預緊力與外力間的關(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(xù)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(jīng)過熱處理的45號鋼或合結(jié)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(gòu)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(xiàn)滑移為承載能力的極限狀態(tài)。承壓型的高強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(gòu)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(jié)套管連接螺栓
  塔身標準節(jié)為主要受力構(gòu)件,工作時承受軸力、彎矩及扭矩。標準節(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(lián)接,所以預緊力是一個不容忽視的問題。我們發(fā)現(xiàn),相當多的在用塔機標準節(jié)連接高強度螺栓的預緊力均沒達到規(guī)定數(shù)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(shù)值控制是塔機安裝的重要環(huán)節(jié)。塔機設計規(guī)范和許多生產(chǎn)廠家的說明書均給出了連接螺栓的預緊力數(shù)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(tài),在沒有扭矩扳手的大多數(shù)場合下,如何用普通扳手達到規(guī)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(zhuǎn)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(cè)的主肢A處于受壓狀態(tài),主肢間的壓力:,其中為標準節(jié)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(shù)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)支承連接螺栓
  根據(jù)工作受力特點,回轉(zhuǎn)支承高強度螺栓連接應屬于摩擦型,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,可用扭矩法或轉(zhuǎn)角法在圓周方向?qū)ΨQ均勻多次擰緊,達到規(guī)定的預緊力。
  5結(jié)束語
  以上根據(jù)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(zhuǎn)角法可有效的達到和保證安裝時規(guī)定的預緊力數(shù)值。

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