高強(qiáng)度螺栓在斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

樊增彬

（山鋼集團(tuán)日照公司煉鐵廠，山東 日照 276800）

1 斗輪堆取料機(jī)中高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用概述

高強(qiáng)螺栓連接是20世紀(jì)50年代逐步出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來(lái)的新型連接件，其主要特點(diǎn)在于施工簡(jiǎn)單，在動(dòng)載荷條件下不易松散，裝配方便而且受力性能好，因此在各種重型機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)件在施工時(shí)會(huì)使用鉚釘、普通螺栓、高強(qiáng)度螺栓焊接等方式進(jìn)行連接，但是因?yàn)殂T釘連接的方式會(huì)消耗大量人力、物力，因此現(xiàn)階段生產(chǎn)的設(shè)備已經(jīng)很少使用。在結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，以螺栓連接和焊接連接為主，主要針對(duì)的是結(jié)構(gòu)件連接位置和結(jié)構(gòu)件自身成型連接位置。

在斗輪堆取料機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，所使用的高強(qiáng)螺栓常見(jiàn)規(guī)格有m20、m22、m24。這些螺栓使用的材料主要為40b合金鋼、45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，在尺寸布局和連接形式方面高強(qiáng)螺栓和普通拉力螺栓類似孔徑會(huì)超過(guò)螺栓桿直徑約1mm～2mm。

2 高強(qiáng)度螺栓在斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1 高強(qiáng)度螺栓的表面處理

高強(qiáng)螺栓在表面處理時(shí)使用的工藝有4種：熱浸鋅、磷化、發(fā)藍(lán)和達(dá)克羅，其中我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定了螺栓當(dāng)中一般不使用熱浸鋅工藝。這些工藝有如下特點(diǎn)，首先發(fā)藍(lán)是對(duì)金屬進(jìn)行熱處理的一種重要方式，主要是讓金屬表面生成氧化膜，這樣可以通過(guò)致密的氧化膜與外部空氣隔絕，可以有效的防銹，使螺栓的使用壽命延長(zhǎng)。在外觀要求不高的條件下，可以通過(guò)發(fā)藍(lán)工藝來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行處理。磷化主要是通過(guò)電化學(xué)或者化學(xué)反應(yīng)使外部生成一種具有磷酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，這層膜也被叫作是磷化膜。磷化主要是為機(jī)體金屬提供進(jìn)一步的保護(hù)，避免金屬出現(xiàn)腐蝕等情況，主要在漆底前打底，這樣可以使漆膜層的附著力提升，而且具有較強(qiáng)的防護(hù)能力，在工藝當(dāng)中屬于金屬冷加工的范疇，可以起到潤(rùn)滑結(jié)膜的作用。達(dá)克羅涂層是一種銀灰色的涂層，外觀較為均勻，涂層當(dāng)中具有大量的鋁片和薄鋅片，其余部分為鉻酸鹽，性能優(yōu)異，可以有效防腐。熱浸鋅使熔融金屬和鐵基體之間反應(yīng)而生成合金層，這樣可以讓鍍層和基體有效結(jié)合，熱浸鋅的附著力強(qiáng)，而且鍍層非常均勻，具有較長(zhǎng)的使用壽命，優(yōu)點(diǎn)非常突出。

對(duì)當(dāng)前的斗輪堆取料機(jī)設(shè)備進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在綜合性價(jià)比和使用情況方面，高強(qiáng)螺栓磷化表面處理工藝較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，如果需要設(shè)備具有較強(qiáng)的抗輻射能力，可以使用達(dá)克羅。達(dá)克羅的應(yīng)用性能優(yōu)良，但是經(jīng)濟(jì)成本較高，在外觀要求不高的條件下使用發(fā)藍(lán)工藝處理，較為合適。當(dāng)前國(guó)標(biāo)當(dāng)中沒(méi)有涉及到熱浸鋅的內(nèi)容，由于熱浸鋅工藝會(huì)導(dǎo)致螺栓的性能等級(jí)降低，同時(shí)會(huì)對(duì)其外觀產(chǎn)生影響，因此，在國(guó)內(nèi)使用較少，國(guó)外目前有相應(yīng)的工藝。

2.2 摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的布置

在螺栓布局方面分為錯(cuò)列式和并列式。在斗輪載取料機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，因?yàn)槠涔に嚥⒉粡?fù)雜，所以一般使用并列式排布，對(duì)于一些特殊的地方需要使用錯(cuò)列式排布，錯(cuò)列式排布的優(yōu)點(diǎn)是在于可以使鋼板截面的削弱減少，這樣在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以使螺栓的使用數(shù)量減少。具體的結(jié)構(gòu)如下所示，左圖為并列式，右圖為錯(cuò)列式。

圖1 螺栓布置形式

在斗輪堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中使用的主要為大型工字截面。在蓋板受力方向方面主要為拉壓方向，在此過(guò)程中可以承擔(dān)較大的載荷，腹板位置在受力方向方面主要是剪力，相比而言載荷較小。因此在蓋板上使用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，通常只需要使用三排螺栓，而在腹板位置使用兩排螺栓進(jìn)行連接，就可以符合要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)高強(qiáng)螺栓的直徑大小進(jìn)行有效控制，依照螺栓直徑的大小對(duì)螺栓布局的間距進(jìn)行控制，合理地進(jìn)行高強(qiáng)螺栓的布設(shè)。

3 斗輪堆取料機(jī)中高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用的控制

3.1 高強(qiáng)度螺栓副的裝配控制

在現(xiàn)場(chǎng)施工前需要注意檢驗(yàn)扭矩系數(shù)和與拉力，在保證各參數(shù)符合要求后才能進(jìn)行施工，另外需要注意不能在雨雪天對(duì)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行施工。

通常在螺栓的頭側(cè)和螺母一側(cè)進(jìn)行安裝，在安裝的過(guò)程中需要注意觀察墊圈孔的位置，需要保證有倒角側(cè)與螺栓頭緊密連接，不能出現(xiàn)反裝等問(wèn)題，與此同時(shí)還需要注意螺母帶圓臺(tái)面的位置，需要順著墊圈有倒角位置進(jìn)行安裝，以提高安裝過(guò)程中的穩(wěn)定性，保證安裝質(zhì)量。

在安裝時(shí)需要使高強(qiáng)螺栓自由穿入孔中，如果無(wú)法自由出入，也不能使用強(qiáng)行敲打等情況，以免對(duì)孔洞產(chǎn)生影響。穿孔時(shí)不能使用氣割方式進(jìn)行擴(kuò)孔，而需要使用絞刀小心地絞孔。在調(diào)整之后，最大直徑需要控制在1.2倍螺栓直徑以內(nèi)。在修孔過(guò)程中需要有效地使連接板和母材貼緊，避免出現(xiàn)鐵屑順著縫隙進(jìn)入母材和連接板的情況，在絞孔后需要將孔邊的毛刺快速的清除，并且注意處理周邊的鐵屑。

另外，需要保證螺栓穿入的方向一致，螺母需要設(shè)置在容易觀察的一側(cè)，另外還需要注意在相關(guān)位置的高強(qiáng)度螺栓緊固后及時(shí)使用高強(qiáng)度螺栓替換一些定位螺栓和臨時(shí)固定的螺栓，避免遺忘導(dǎo)致后續(xù)使用時(shí)設(shè)備的緊固度不足。

在緊固高強(qiáng)度螺栓時(shí)，需要從鋼度較大位置向自由端逐步展開，在此過(guò)程中從同一節(jié)點(diǎn)位置逐步向四周緊固，這樣可以進(jìn)一步使連接板和木材緊密貼合。需要保證接頭位置高強(qiáng)度螺栓的有效安裝，并且從螺栓群的中部逐步向外部展開，在安裝時(shí)需要保證擰緊螺栓。在螺栓群中部開始初擰、復(fù)擰、終擰，并且向四周擴(kuò)散逐個(gè)擰緊，每擰緊一次，則需要使用不同顏色的油漆進(jìn)行標(biāo)記，防止出現(xiàn)漏擰等情況。

3.2 高強(qiáng)度螺栓緊固方法

在高強(qiáng)度螺栓螺紋連接時(shí)通過(guò)緊固螺母形成預(yù)拉力，不能出現(xiàn)漏擰、欠擰或超擰，確保數(shù)值準(zhǔn)確。在施工過(guò)程中對(duì)螺栓的緊固程度進(jìn)行有效控制，較為常用的有控制螺母轉(zhuǎn)角法、控制扭矩法、控制螺栓伸長(zhǎng)法等，如果螺栓較長(zhǎng)，則需要注意消除長(zhǎng)螺栓彈性形變所造成的誤差，進(jìn)一步提高螺栓緊固的效果。

3.2.1 控制扭矩法

為了確保在實(shí)際應(yīng)用時(shí)各個(gè)位置的高強(qiáng)度螺栓能夠被擰緊，在緊固過(guò)程中主要分為兩步，首先進(jìn)行初擰。在擰凝時(shí)使用的工具為普通扳手，施加的利約為終擰的50%，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)逐步使板疊靠攏，其次為終擰，在終擰過(guò)程中需要使用力矩扳手進(jìn)行，力矩扳手需要顯示扭矩值。在施工時(shí)需要將扭矩值的偏差控制在10%以內(nèi)?？刂婆ぞ胤ㄊ钱?dāng)前我國(guó)在螺栓緊固方面使用的最為廣泛的方法。

因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步消耗，所以，在施工過(guò)程中需要合理地設(shè)置扭矩，在原有扭矩基礎(chǔ)上提高10%作為補(bǔ)償。，需要依照一定順序進(jìn)行扭剪型高強(qiáng)度螺栓的初擰、終擰，在終擰過(guò)程中需要擰掉梅花卡頭。個(gè)別螺栓由于施工條件，無(wú)法通過(guò)專用扳手進(jìn)行操作，可以依照大六角高強(qiáng)度螺栓用扭矩法進(jìn)行施工。

在施工過(guò)程中，需要注意對(duì)扭矩進(jìn)行合理設(shè)置，在原有扭矩條件下提升10%，以此作為補(bǔ)償。為了保證螺栓群所有螺栓都能夠有效的擰緊，在施工過(guò)程中需要依照一定順序來(lái)對(duì)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行初擰和終擰，在此過(guò)程中需要將梅花卡頭擰掉，對(duì)于一些無(wú)法擰掉梅花卡頭的螺栓，可以使用大六角高強(qiáng)度螺栓，用扭矩法進(jìn)行施工。

3.2.2 控制螺栓伸長(zhǎng)法

控制螺栓伸長(zhǎng)法主要用于對(duì)螺栓伸長(zhǎng)量進(jìn)行控制，以達(dá)到控制預(yù)緊力的效果，擰緊螺母前需要注意對(duì)螺栓的原始長(zhǎng)度L1進(jìn)行記錄，保證Ll的準(zhǔn)確性。其次在施加預(yù)緊力，將其擰緊后測(cè)量螺栓長(zhǎng)度L2，并且對(duì)L1和L2的值進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算，這樣就可以有效的將力矩是否符合標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來(lái)，這種方式在我國(guó)應(yīng)用不多。

3.2.3 控制螺母轉(zhuǎn)角法

轉(zhuǎn)角法主要是利用螺栓的應(yīng)變，也就是螺栓擰緊過(guò)程中轉(zhuǎn)過(guò)的角度來(lái)進(jìn)行控制，以便獲取需要的預(yù)緊力。高強(qiáng)度螺栓轉(zhuǎn)角施工過(guò)程中需要進(jìn)行初擰和終擰。在初擰時(shí)，主要目的在于將板間縫隙的影響消除，并且將螺栓逐步擰緊，通常初擰的扭矩為終擰扭距的1/2，主要的操作目的為使板縫緊密貼合，而后從初擰做出的標(biāo)記線開始，逐步使用扳手進(jìn)行終擰。終擰時(shí)一般旋轉(zhuǎn)1/3圈到2/3圈，在操作過(guò)程中，有效地對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，無(wú)論使用何種方式進(jìn)行緊固，初擰結(jié)束后的螺栓都需要進(jìn)行標(biāo)記，并且注意對(duì)螺栓的擰緊扭矩進(jìn)行控制，防止產(chǎn)生漏擰等問(wèn)題。

3.3 高強(qiáng)度螺栓連接位置的處理

高強(qiáng)螺栓連接安裝前需要對(duì)摩擦面進(jìn)行有效的預(yù)處理，主要使用砂輪打磨、噴砂或者人工鋼絲涂刷等方式進(jìn)行處理。一般需要將表面的油漆、油污有效去除，確保連接位置的摩擦因數(shù)。通常條件下，在處理好的摩擦面生赤銹后就可以進(jìn)行螺栓的安裝，一般需要在露天位置保存約10天左右，通過(guò)砂輪打磨時(shí)，打磨范圍需要在螺栓直徑的4倍以上。打磨過(guò)程中，打磨方向和受力方向垂直，打磨后需要保證摩擦面沒(méi)有明顯不平整處。通過(guò)噴砂的方式進(jìn)行摩擦面的處理，可以直接進(jìn)行螺栓的安裝，不必等到接觸面出現(xiàn)赤銹。

鋼板和型鋼高強(qiáng)度連接位置需要保證孔邊無(wú)毛刺，板邊平整，接頭位置需要注意不能出現(xiàn)變形或翹曲。如果出現(xiàn)需要進(jìn)行矯正，以避免對(duì)摩擦面產(chǎn)生損傷，保證摩擦面能夠有效貼合。在接觸面出現(xiàn)縫隙時(shí)，需要依照規(guī)范要求進(jìn)行控制和處理。

3.4 高強(qiáng)度螺栓檢查驗(yàn)收

大六角頭強(qiáng)度螺栓在終擰結(jié)束之后，需要判斷是否出現(xiàn)漏擰、欠擰等情況，可以使用0.3～0.5公斤的小錘進(jìn)行敲檢。如果發(fā)現(xiàn)欠擰、漏擰等現(xiàn)象，需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)擰。如果發(fā)現(xiàn)超擰則需要將其更換，對(duì)扭矩值的檢測(cè)非常重要，需要在終擰工作結(jié)束1小時(shí)后，48小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行檢查，檢查總量需要在結(jié)點(diǎn)數(shù)的10%以上，數(shù)量在10個(gè)以上。單個(gè)節(jié)點(diǎn)檢查時(shí)，數(shù)量需要在螺栓數(shù)量10%以上，數(shù)量不能少于兩個(gè)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析高強(qiáng)螺栓的各種工藝，使斗輪堆取料機(jī)的力學(xué)結(jié)構(gòu)更為合理，在計(jì)算時(shí)適當(dāng)處理斗輪堆取料機(jī)，使斗輪堆取料機(jī)極其符合設(shè)計(jì)要求，又能夠控制成本，保證安全高效的運(yùn)行。