Способ контроля натяжения высокопрочных болтов
METHOD FOR CONTROLING THE OF TENSION OF HIGH-STRENGTH BOLTS

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»):
s
yn
m
R=0,58 R/γ, где
s
R - расчетное сопротивление стали срезу;
yn
R - предел текучести стали;
m
γ - 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.