动车组设备安装用螺栓扭矩计算及强度校核.pdf

解盲
工芝/工装/員/追断/测/维修/改造 SOLUTION
动车组设备安装用螺栓扭矩计算及强度校核
文强,张博言
(南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266111)
摘要:为了保证设备安装的可靠性,对动车组设备安装用的螺栓预紧有非常严格的扭力要求。较详细地计算和研究了动
车组设备安装中螺栓螺纹联接的预紧方法螺栓强度的核算、预紧力的控制等;为螺栓连接强度的校核提供了理论依据。
关键词:预緊力;扭矩系数;轴向静载荷
中图分类号:TH14
文献标志码:B文章编号:1002-2333(2014)04-0229-02
0引言
Fp
由于高速动车组结构的特殊性,动车组主要的大型电
器设备(如主变压器、牵引变流器、制动控制装置等)均采
用螺栓连接方式吊挂安装在车底。为保证这些大型设备间
安装的可靠性,对其所使用的螺栓均有严格的扭矩要求。
螺栓若紧固扭矩不足,会造成设备与安装梁间有相对位
移,造成螺栓受变应力而拉断;若预紧扭矩过大,则螺栓螺
纹会由弹性变形发展成塑性变形,甚至超出螺栓的许用应
力而使螺栓拧断。因此确定合适的螺栓扭矩值,保证螺栓
有足够的连接强度,是动车组设备安装可靠的关键。
图1受轴向承重载荷图2受轴向承重载荷
1螺栓扭矩计算
作用前受力图
作用后受力图
螺栓联接的扭矩计算,主要是根据联接的类型、联接螺栓施加的压力F作用,螺栓只受预紧力作用;移去起
的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件,确定螺栓的受重设备后,在轴向承重载荷F的作用下,两接合面有分
力,然后按相应的强度条件计算螺栓可用的紧固扭矩范离趋势,该处压力由F减为F,称为残余预紧力,并同时
围值。
也作用于螺栓。
动车组车下设备安装方式为螺栓紧固吊挂,排除因
由分析可知,螺栓所受总拉力F应为轴向承重载荷
安装不良等原因造成的其他外力因素,实际螺栓受力为F与残余预紧力F'之和,即:F=Fe+FP。
轴向静载荷,即设备的重量。设备安装时,先用液压小车
螺栓的预紧力计算公式为F=F+(1-A)Fe(2)
等起重设备将要安装的设备托起到安装高度,安装螺栓,
螺栓的残余预紧力计算公式为F=Ko·Fe(3)
推开起重设备,再紧固螺栓。
因此,由式(1)、(2)、(3)联立可推出:F=(1+K。-A)F(4)
对螺栓在此过程中的受力状态进行分析如图1、图2此即为螺栓施加预紧力与所安装设备的重量关系式。而
所示。在移开起重设备前,即螺栓还未承受设备重量时,F=G/n,因此式(4)可化为:F=(1+Ko-A)Gn
(5)
给螺栓施加一定的预紧力F,设备与安装梁的接合面受其中:。为螺栓所受轴向总载荷,N;Fc为螺栓所受轴向
3所示。
了机组一直存在的热耗高和低压缸5、6段抽汽口超温等
3)低压末级隔板汽封采用悬挂式低直径汽封,汽封问题,消除了设备运行中存在的不安全隐患,使机组的运
直径降低,减小了漏汽面积,提高了末级效率。
行更加安全、可靠,并且大大提高了机组的经济效益。
2.5对低压缸汽封间隙进行调整
[参考文献]
按照哈汽厂提供的新的通流间隙对高中低压缸动叶[1]新智平.电厂汽轮机原理及系统[M.北京:中国电力出版社,
叶顶、隔板汽封间隙、端部汽封间隙进行调整。
2006
3改造后效果分析
[2]李少华,姚亮,宋东辉,等.汽轮机缸效率和热耗值之间关系的
根据改造后热力试验报告计算,机组热耗下降约
分析研究[J].黑龙江电力,2012(2):89.
[3]刘海昌.600MW火电机组低压缸抽汽超温治理[J].黑龙江电
13.24g/(kW·h),年可节约资金1600万元,可见机组改造
力,2012(12):470-474.
(编辑吴天
后的节能效果和经济效益都较改造前有了明显的改善。
4结语
作者简介;吴桐(1982-),女,工程师。
机组通过抽汽插管、低压缸、隔板、叶片改造后,解决收稿日期:2014-01-05
机械工程师2014年第4期』229
学免兔ww, kululu,eo
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承重载荷,N;F为预紧力,N;F为残余预紧力,N;A为相
螺纹牙破坏多为发生剪切和挤压弯曲破坏。螺杆受
对刚度(查表获得,金属为0.2~-0.3);K。为残余预紧力系轴向载荷F,螺杆与螺母的旋合圈数为x,假设螺纹各圈
数(轴向静载荷一般连接为0.2-0.6,重要连接为1.5~所受应力平均分布,则每圈螺纹所承受的载荷为F6k,作
1.8);G为设备总重量,N;n为螺栓个数。
用于螺纹中径圈上。则可得
在施工中常用扭力扳手对螺栓进行紧固。为便于施
螺纹所受剪切应力r=F/(mdbz)。
工中的应用,将上述螺栓所用预紧力换算成扭矩值,即:
螺纹所受弯曲应力o=M。S
M=1.1K?FP'D。
(6)其中:M,为螺纹所受弯曲力,N,M=(h),h为螺纹牙
其中:K为扭矩系数,目前施工规范中规定扭矩系数K=
0.11~0.15,标准偏差≤0.01;D为螺栓公称直径,mm。
的工作高度,mm;S,为螺纹部分螺栓截面积,m2,Sn=
理论分析和使用实践证明,适当选用较大的预紧力Tdb46;d4为螺栓小径,mm;b为螺纹牙根的宽度,mm,b=
对螺栓联接的可靠性和螺栓的疲劳强度都是有利的,但xP,P为螺距,x为宽度系数,普通螺纹x=0.87,梯形螺纹
过大的预紧力会导致螺栓和联接的尺寸增大,实际生产x=065,锯齿螺纹x=0.74,矩形螺纹x=0.5
中可根据产品要求和实践选择经验数据值。一般受轴向
由此可得:
o,=3 FM/(dbz
(10)
工作载荷作用的钢螺栓的预紧力可参考表1的数值确
而实际中螺纹的受力分布是相当不均匀的。在开始
定。对于重要联接和有特殊要求的螺栓,则应根据其使用的3圈螺纹承受了大部分的轴向力,约为总拉伸力的
实践确定,并在装配图或安装作业指导书中标注出,以便60%,而第1圈则承受了总力的25%~30%左右,从第1圈
安装时进行控制。
到第5圈承受了总拉伸力的80%,到第10时负荷趋于
表1部分螺栓预紧力值
零。这就是经常发现在螺纹第1圈处容易断裂的原因。因
螺纹规格5.8级6.8级8.8级10.9级12.9级
此在计算螺纹的应力时,必须考虑螺纹各圈载荷不均的
M12
24.8
28.3
37.7
55.4
64.9
因素,将平均分布应力除以载荷不均系数K2来弥补螺纹
M16
46.1
52.7
70.3
103.3
在前3圈负荷的不均匀性。上述螺纹受力应为:
M20
73.0
88.2109.8
161.2
188.7
螺纹所受剪切应力r=F/(Kamd1bz)。
(11)
M24
118.6158.1
232.3
271.8
螺纹所受弯曲应力=3Fh(Kzmd1b2)。
(12)
M30
164.9188.5251.3359.1432.0
M42
329.3376.3501.8737.0
8