電力輸配電鐵塔緊固件的松動(dòng)和防松方法

竇金峰，韓寶林，宋廣偉，杜三偉

河南電力器材公司，河南 漯河 462000

0 引言

螺紋連接能夠獲得很大的連接力，具有互換性，又具有便于拆裝、成本低的特點(diǎn)，因此在電力輸配電鐵塔上得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著電力輸配電鐵塔正朝著高速、大功率的方向發(fā)展，對(duì)電力輸配電鐵塔緊固件的松動(dòng)和防松問題提出了更高的要求。

1）螺紋緊固件的性能能被預(yù)知，并且離散度小；2）擰緊力矩與螺栓伸長(zhǎng)的關(guān)系是準(zhǔn)確的、穩(wěn)定的；3）螺母的要求是不會(huì)發(fā)生松動(dòng)和咬死的現(xiàn)象。

1 電力輸配電鐵塔緊固件的松動(dòng)原因

1.1 初始松動(dòng)

在擰緊緊固件之后，緊固件在工作的過程中，各個(gè)接觸面會(huì)隨著工作過程中的振動(dòng)進(jìn)一步減少不平度和微觀粗糙程度。緊固件與連接件的接觸面被壓陷導(dǎo)致緊固件的連接狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致預(yù)緊力喪失，出現(xiàn)緊固件松動(dòng)的現(xiàn)象。這種出事擰緊狀態(tài)所引起的松動(dòng)稱為初始松動(dòng)[2]。

1.2 壓陷松動(dòng)

如果電力輸配電鐵塔緊固件的連接面上施加的壓力過大時(shí)將會(huì)倒是連接面的表面會(huì)產(chǎn)生塑性的環(huán)狀壓陷。如果這種壓陷不斷地加強(qiáng)的話將會(huì)導(dǎo)致緊固件預(yù)緊力的喪失，出現(xiàn)緊固件松動(dòng)的現(xiàn)象。緊固件的壓陷是必然現(xiàn)象。避免這種壓陷產(chǎn)生的松動(dòng)的主要方法有兩種：一種是增加緊固件上安裝一個(gè)法蘭；另一種方法是在連接面之間安裝一個(gè)具有較高硬度的淬硬墊圈。

1.3 緊固件自松

經(jīng)驗(yàn)表明，螺紋連接松動(dòng)最常見的失效原因是自松，引起松動(dòng)的最頻繁的原因是自松。自松的機(jī)理[3]：

在緊固件的連接中，緊固件與連接件的接觸面之間存在摩擦力。因此緊固件的松動(dòng)需要克服二者接觸面上的摩擦力，所需要的力矩為M1：

作用于螺栓或螺釘上的預(yù)緊力，也稱軸力或夾緊力；d2為螺紋中徑；ρ為三角形螺紋摩擦角為螺紋接觸面之間的摩擦系數(shù)；β為牙型半角；α為緊固件螺紋螺旋線升角。

緊固件被擰緊后，與連接件的接觸面上產(chǎn)生的摩擦力附加力矩M2為：

式中：μ2為緊固件與被連接件接觸面之間的摩擦系數(shù)；D2緊固件(接觸面)的平均直徑。

當(dāng)緊固件連接開始的松動(dòng)時(shí)，需要克服的摩擦力的力矩M為：

由公式（3）知道，只有在摩擦力總力矩M等于或小于零的情況下，緊固件才會(huì)開始松動(dòng)。在緊固件的連接中在受靜載荷時(shí)，其摩擦角ρ始終大于升角α（滿足自鎖條件），因此公式（3）括號(hào)內(nèi)的總值不會(huì)等于或小于零，因此摩擦力總力矩M將不會(huì)小于等于零，因此緊固件不會(huì)松動(dòng)。這種松動(dòng)方式成為緊固件的自松。緊固件在不斷地震動(dòng)過程中接觸面的摩擦阻力逐漸減小，緊固件逐漸從細(xì)微的松動(dòng)到最后完全松脫。

2 防松措施

電力輸配電鐵塔緊固件的松動(dòng)問題一直是人們研究的熱點(diǎn)問題，人們經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了很多緊固件防松動(dòng)的方法。這些方法總結(jié)起來主要有摩擦放松方法，直接鎖住、破壞運(yùn)動(dòng)副關(guān)系和粘結(jié)等方法。

2.1 摩擦防松

1）控制預(yù)緊力

這種方法的原理是利用螺紋的自鎖條件來保證不喪失預(yù)緊力來防松。這種方法利用當(dāng)時(shí)螺紋的自鎖條件，不需要改變螺栓、螺母的結(jié)構(gòu)。在一些場(chǎng)合中可以在安裝現(xiàn)場(chǎng)直接通過帶測(cè)力裝置的安裝機(jī)測(cè)試緊固件的控制預(yù)緊力。常用的方法有采用測(cè)量螺栓應(yīng)力或應(yīng)變形的方法來測(cè)定預(yù)緊力。

2）有效力矩型緊固件

有效力矩型緊固件的特點(diǎn)是在緊固件上增加一個(gè)不隨外力變化的有效力矩。全金屬有效力矩型鎖緊螺母主要包括3類，一類是通過螺母體的變形來引起螺紋的變形，從而產(chǎn)生由于內(nèi)外螺紋局部的干涉而產(chǎn)生有效力矩；另一類是通過將有效力矩部分剪薄、收口或者是開槽收口的方法；第三類方法是通過在螺母體內(nèi)嵌入金屬彈性元件的方法，利用這種方法外螺紋迫使彈性元件變形，從而產(chǎn)生有效力矩。帶尼龍嵌件的防松緊固件的工作原理是通過尼龍柱本身的彈性作用將會(huì)與內(nèi)螺紋緊密地結(jié)合在一起，尼龍緊固件嵌入在螺釘桿部的橫向孔內(nèi)。

3）使用墊圈

目前主要使用的墊圈類型包括彈性墊圈、彈簧墊圈和平墊圈3種。彈性墊圈通過緊固件擰緊的過程中將它扭曲的齒壓平這種方法來壓緊螺紋副軸身。彈性墊圈會(huì)出現(xiàn)劃傷零件表面的現(xiàn)象，但是在某些情況下劃破零件表面是有利的，比如說劃破表面涂漆的零件上的接線柱，可以保證導(dǎo)電性。平墊圈主要是通過增加接觸面的摩擦系數(shù)，增加接觸面摩擦力，從而防止緊固件松動(dòng)

2.2 其他的方法

1）直接鎖住

這種方法是指在緊固件安裝好之后，為了防止松動(dòng)，再在它們上面安上止動(dòng)元件。目前常用的止動(dòng)元件有：開口銷、串聯(lián)鋼絲和止動(dòng)墊圈等。

2）破壞運(yùn)動(dòng)副關(guān)系

這種方法是指一種通過破壞堅(jiān)固件的形狀，從而使緊固件不能按照螺紋的方向與緊固件嚙合，將原先的運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系破壞的方法。常用的破換運(yùn)動(dòng)服關(guān)系的方法有：欲拆卸，使用較大的扭矩將螺母擰出。

3）粘結(jié)

這種方法是利用膠液堅(jiān)固件與連接件粘合在一起，通過膠液的緊固作用來避免緊固件的松動(dòng)。這種方法連接的緊固件要通過施加總偶的力矩來拆卸。

3 結(jié)論

緊固件防松技術(shù)正日益地受到人們的重視，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。緊固件研究、生產(chǎn)和使用者正在通過實(shí)驗(yàn)不斷地發(fā)展新的緊固件防松技術(shù)以及開發(fā)新的防松緊固件產(chǎn)品。

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