Размер резьбы рельсового болта, преднатяг и согласование крутящего момента

Почему размер резьбы определяет потолок предварительной нагрузки

Предварительная нагрузка — это напряжение, которое испытывает болт после затяжки, и именно оно фактически зажимает накладку или плечо зажима. Максимальный полезный предварительный натяг ограничен площадью напряжения резьбовой части, которая увеличивается примерно с квадратом диаметра. Болт М16 имеет площадь напряжения около 157 мм2; Болт M36 имеет площадь напряжения около 817 мм2, что примерно в 5,2 раза больше, поэтому при том же использовании его испытательной прочности M36 может выдерживать примерно в пять раз больший предварительный натяг, чем M16. В круглых цифрах для рельсового скрепления болт М16 класса 8,8 затягивается до предварительного натяга в районе 60–80 кН, а болт М36 класса 10,9 — до 450 кН. Разница между соседними размерами значительна: переход от M16 к M20, M24 и M30 увеличивает доступную предварительную нагрузку на 50–70 процентов на каждом шаге, поэтому соединения накладок для тяжелых-перевозок перемещаются на M24 и выше, как только этого требует нагрузка.

Torque — всего лишь средство предварительной нагрузки

При работе на путях установщик не может напрямую измерить натяжение болтов, поэтому в качестве практического показателя используется крутящий момент. Взаимосвязь между крутящим моментом и предварительным натягом определяется шагом резьбы, трением резьбы и трением головки, которые суммированы в классическом уравнении крутящего момента, используемом в VDI 2230: практическое правило для стальных болтов с нормальной смазкой заключается в том, что только около 10–15 процентов приложенного крутящего момента становится предварительным натягом, а остальная часть потребляется трением. Поскольку трение варьируется в зависимости от покрытия, смазки и состояния поверхности, один и тот же крутящий момент может создавать разную предварительную нагрузку на разные болты; Вот почему эталонные значения крутящего момента всегда указываются для определенного состояния трения и поэтому необходимо учитывать влияние обработки поверхности.

Для болтов,-оцинкованных методом погружения, коэффициент трения резьбы заметно отличается от болтов,-смазанных черным маслом, поэтому момент затяжки необходимо-расчитывать заново для фактического состояния покрытия и смазки, а не копировать из общей таблицы. На практике проектные организации устанавливают момент затяжки путем калибровки конкретной комбинации болта, гайки, шайбы и покрытия, а значения в приведенной ниже справочной таблице рассчитаны на чистую, слегка смазанную резьбу.

Практические эталонные значения крутящего момента

Следующие значения представляют собой типичные моменты затяжки при установке накладок рельса и крепежных болтов обычно используемых классов прочности при условии чистой резьбы и нормальной смазки; они являются отправной точкой для калибровки, а не заменой проектной спецификации крутящего момента.

Переход от M24 к M30 примерно удваивает крутящий момент и предварительную нагрузку, поэтому метод затяжки должен меняться в соответствии со спецификацией.

Почему требуются гидравлические ключи для M24 и выше

Ручной динамометрический ключ-типа, обычно используемый на гусеничном ходу, имеет практический верхний диапазон около 400 Н-м, что ниже расчетного крутящего момента болта M24 класса 10,9 при 800–900 Н-м и намного ниже 1500 Н-м для M30. Попытка достичь этих значений вручную не является ни точной, ни безопасной. Гидравлические динамометрические ключи охватывают диапазон от 500 до 5000 Н-м, прикладывают крутящий момент плавно, без ударов и удерживают заданное значение с повторяемостью обычно в пределах около 5 процентов. Они также устраняют человеческий фактор: при использовании ручного гаечного ключа каждый установщик прикладывает разное усилие, а разброс преднатяга в соединении накладок достаточно велик, чтобы некоторые болты оставались близкими к пределу текучести, а другие едва затягивались. Гидравлическая затяжка, в идеале сопровождаемая проверкой крутящего момента, обеспечивает небольшой разброс преднатяга и предсказуемость поведения соединения.

Что идет не так, когда резьба и крутящий момент не совпадают

Чрезмерная-затяжка небольшого болта — это классическая ошибка при установке. Болт поддается резьбе, постоянное удлинение означает, что предварительный натяг не может поддерживаться, а при рабочей вибрации соединение теряет силу зажима; затем болт работает при изгибе и усталости и в конечном итоге ломается, обычно при первом зацеплении с резьбой. При -затяжке большого болта соединение с самого начала остается свободным: зазор накладки открывается и закрывается под каждым колесом, болт испытывает попеременный сдвиг и изгиб, концы рельса деформируются, и геометрия соединения ухудшается. Соединение, ослабленное таким образом, отнимает часы обслуживания, непропорционально его длине, и является известным источником дефектов концов рельс-. Техническое решение всегда одно и то же: выберите размер резьбы так, чтобы требуемая предварительная нагрузка находилась в пределах допустимой нагрузки болта, и установите крутящий момент так, чтобы предварительная нагрузка достигалась, не превышая примерно 80–90 процентов испытательного напряжения.

Длинная резьба и стабильность предварительной нагрузки на тяжелых-магистральных линиях

При работе с тяжелыми-сочленениями длина резьбы также имеет значение. Более длинное зацепление резьбы увеличивает количество нагруженных витков, более равномерно распределяет нагрузку, уменьшает концентрацию напряжений на первой витке и снижает напряжение сдвига на единицу длины зацепления. Болты с более длинными резьбовыми секциями также выдерживают более упругие деформации, что помогает соединению сохранять предварительную нагрузку при температурных циклах и повторяющихся ударах. Это инженерная причина, по которой болты с накладными пластинами для тяжелых-магистральных перевозок имеют большую длину резьбы и почему замена автомобильных болтов с короткой-резьбой никогда не приемлема при эксплуатации гусеничных дорог.

Часто задаваемые вопросы

Почему предварительная нагрузка важнее самого крутящего момента?

Потому что предварительная нагрузка — это фактическая сила зажима, которая удерживает соединение плотно и компоненты не перемещаются; крутящий момент — это всего лишь практический способ создания предварительной нагрузки, и один и тот же крутящий момент может давать разные предварительные нагрузки при разных условиях трения.

Какой момент затяжки требуется для рельсового болта М24 класса 10,9?

Типичный крутящий момент при установке находится в диапазоне от 800 до 900 Н-м при нормальной смазке, которая обеспечивает предварительную нагрузку примерно от 160 до 200 кН; значение должно быть откалибровано для фактического покрытия и смазки.

Можно ли правильно затянуть болты М30 ручным динамометрическим ключом?

Нет. Расчетный крутящий момент болта M30 класса 10,9 составляет около 1500 Н-м и выше, что значительно превышает практический диапазон ручных-ключевых гаечных ключей; требуется гидравлический динамометрический ключ.

Почему оцинкованным болтам нужны разные значения крутящего момента?

Поскольку слой цинка изменяет коэффициент трения резьбы и, следовательно, изменяет долю крутящего момента, которая преобразуется в предварительную нагрузку; момент затяжки должен быть пересчитан-для состояния оцинкованной поверхности, обычно со смазанной резьбой.

Что произойдет, если болт будет затянут сверх предела текучести?

Болт постоянно растягивается, предварительная нагрузка снижается ниже расчетного значения, и под действием вибрации соединение разбалтывается; тогда болт подвергается усталостным циклам при изгибе и обычно выходит из строя у основания резьбы.

Как проверяется правильность предварительной загрузки на месте?

При проверке крутящего момента с использованием калиброванного ключа, путем измерения дополнительного угла поворота или с помощью индикатора прямого натяжения, такого как шайба,-индикаторная нагрузка; Критерием приемки является предварительная нагрузка в пределах указанного диапазона, а не просто показания ключа.