УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИ ОСЛАБЛЕНИИ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВОГО РАЗЪЁМНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Устройство относится к средствам индикации растягивающей нагрузки в крепежных деталях, учитывающим возможность разрушения от усталости материала.
При эксплуатации групповых резьбовых соединений, подверженных действию переменных нагрузок, наблюдается со временем ослабление затяжки отдельных болтов или шпилек вследствие пластических деформаций деталей соединения. Причиной этого может быть неравномерность затяжки при монтаже, неоднородность химического состава материала крепежных деталей, неравномерность распределения рабочей нагрузки между болтами. В результате, менее затянутые болты (шпильки) оказываются менее нагруженными, а более затянутые - перегруженными. В менее нагруженных резьбовых соединениях может произойти самоотвинчивание гаек. В перегруженных болтах при переменных нагрузках со временем появляются усталостные трещины, приводящие к полному разрушению болта. Практика эксплуатации групповых болтовых соединений показывает, что болты разрушаются поочередно в течение длительного периода времени и, когда суммарная площадь прочного сечения болтов достигнет критического значения, происходит внезапное разрушение последних рабочих болтов. Последствия таких внезапных разрушений катастрофичны. Наиболее ярким примером является катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году. Непосредственной причиной аварии явился обрыв шпилек крепления крышки гидротурбины.
К серьезным последствиям также может привести разрушение болтов крепления крышек цилиндров мощных судовых две и других крышек сосудов находящихся под переменным давлением. Известны случаи падения поворотных грузоподъемных кранов из-за усталостного разрушения болтов крепления опорно-поворотного устройства.
Для предупреждения аварий, инструкциями по эксплуатации опасных промышленных объектов, предусматривается периодический контроль за состоянием затяжки ответственных резьбовых соединений и ультразвуковую диагностику материала болтов и шпилек. Однако эти меры не всегда эффективны из-за нарушений правил эксплуатации и технического обслуживания. Кроме того усталостное разрушение может произойти и в период между плановыми ремонтами или ТО. Поэтому необходимы устройства, обеспечивающие непрерывный контроль за состоянием затяжки ответственных резьбовых соединений во время эксплуатации.
Известны способы контроля затяжки с помощью динамометрических ключей и упругих шайб. Однако эти методы не обеспечивают непрерывного контроля затяжки во время эксплуатации. Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство индикации нагрузки по патенту WO 2014106752 (А2). Недостатком этого устройства является сложная конструкция гайки с датчиком деформации, наличие дополнительных факторов концентрации напряжений в теле гайки, а так же отсутствие постоянного контроля затяжки резьбового соединения.
Целью полезной модели является создание простого и надежного устройства для сигнализации при ослаблении затяжки резьбового разъемного соединения, обеспечивающего непрерывный контроль во время эксплуатации.
Поставленная цель достигается путем применения устройства, содержащего две шайбы с лапками, установленных под соседние гайки, пружинный натяжитель, состоящий из корпуса, пружины, гайки регулировки предварительного натяга, подвижного упора, тяги и стержня, а также микровыключатель с кнопкой, включенный в цепь аварийно-предупредительной сигнализации, при этом концы лапок шайб подвижно соединены с тягой и стержнем натяжителя, а микровыключатель неподвижно соединен с корпусом натяжителя так, что между кнопкой микровыключателя и подвижным упором пружины остается небольшой зазор.
Варианты подвижного соединения концов лапок шайб с тягой и стержнем натяжителя могут быть различными. Например, в лапке может быть отверстие, а на конце тяги или стержня - крюк, располагающийся в указанном отверстии. Другим вариантом является наличие на лапке выступа (например, отогнутого язычка), а на конце тяги кольца, которое свободно на него одевается. Еще одним вариантом является наличие в лапке отверстия, на конце тяги кольца, а их соединение обеспечивается посредством отдельной детали (например, шплинта). Возможны и другие варианты подвижного соединения, которые не влияют на суть полезной модели.
На фиг. 1 представлена конструкция устройства для сигнализации;
на фиг. 2 представлен общий вид шайбы с лапкой;
на фиг. 3 представлена конструкция устройства для сигнализации (показан вид по стрелке А).
На фиг. 1 представлена конструкция устройства для сигнализации, содержащего две шайбы с лапками 1 и 2, установленные под соседние гайки, натяжитель, состоящий из корпуса 3, пружины 4, гайки регулировки предварительного натяга 5, подвижного упора 6, тяги 7 и стержня 8, подвижно соединенных с концами лапок. Микровыключатель 9 с кнопкой 10 неподвижно соединен с корпусом 3 натяжителя, а контакты 11 микровыключателя подключены к электрической цепи аварийно-предупредительной сигнализации (не показана). Для исключения самоотвинчивания гаек рекомендуется использовать известные способы стопорения (не показаны).
Монтаж устройства: после установки двух шайб с лапками под соседние гайки в положение, при котором углы между лапками и тягами будут примерно 90°, производится затяжка гаек динамометрическим ключом. Затем устанавливается натяжитель. Необходимая длина тяги 7 натяжителя подбирается из условия обеспечения зазора между кнопкой микровыключателя и подвижным упором 1-3 мм. Длина вылета стержня 8 может регулироваться путем его завинчивания в упор 6 на нужную длину. На величину зазора влияет также положение отверстия в лапке шайбы 1, с которым соединена тяга 7, а также положение отверстия в лапке шайбы 2, с которым соединен стержень 8. Для создания необходимого натяга пружины 4 завинчивается гайка 5. Контакты микровыключателя 11 подключаются к электрической цепи аварийно-предупредительной сигнализации. Устройство готово к работе. Общее количество таких устройств определяется из условия: одно устройство на два болта (шпильки), но при необходимости, можно установить одно устройство на один болт. В этом случае конец тяги или стержня необходимо подвижно закрепить на поверхности одной из соединяемых деталей.
Устройство для сигнализации работает следующим образом.
Если во время эксплуатации резьбового соединения происходит ослабление затяжки одного из двух болтов (шпилек), например из-за пластической деформации деталей соединения (ползучести металла), самоотвинчивания гайки или усталостного разрушения болта (шпильки), то момент трения на торцах гайки и шайбы уменьшается. Под действием пружины 4 натяжителя тяга 7 поворачивет шайбу 1, при этом подвижный упор 6 нажимает кнопку 10 микровыключателя 9. При замыкании контактов 11 микровыключателя 9, через электрическую цепь подается сигнал на панель аварийно-предупредительной сигнализации.