Prečo veľkosť závitu nastavuje strop predpätia
Predpätie je napätie, ktoré skrutka nesie po utiahnutí, a je to to, čo v skutočnosti upína rybinu alebo rameno spony. Maximálne použiteľné predpätie je limitované oblasťou napätia závitovej časti, ktorá rastie zhruba so štvorcom priemeru. Skrutka M16 má oblasť napätia približne 157 mm2; skrutka M36 má napínaciu plochu asi 817 mm2, čo je zhruba 5,2-krát väčšia, takže pri rovnakom využití svojej odolnosti dokáže M36 udržať asi päťkrát väčšie predpätie ako M16. V okrúhlych číslach pre službu upevňovania koľajníc je skrutka M16 v triede 8,8 utiahnutá na predpätie v oblasti 60 až 80 kN, zatiaľ čo skrutka M36 v triede 10,9 môže byť utiahnutá smerom k 450 kN. Skok medzi susednými veľkosťami je značný: prechod z M16 na M20 na M24 na M30 zvyšuje dostupné predpätie o 50 až 70 percent v každom kroku, a preto sa ťažké spoje ťažných dosiek presúvajú na M24 a vyššie, len čo si to zaťaženie vyžaduje.
Krútiaci moment je len prostriedkom na predpätie
Pri práci na koľajniciach inštalatér nemôže merať napätie skrutiek priamo, preto sa ako praktická náhrada používa krútiaci moment. Vzťah medzi krútiacim momentom a predpätím sa riadi stúpaním závitu, trením závitu a trením hlavy, zhrnutým v klasickej rovnici krútiaceho momentu, ktorú používa VDI 2230: pravidlom pre oceľové skrutky s normálnym mazaním je, že len asi 10 až 15 percent aplikovaného krútiaceho momentu sa stane predpätím a zvyšok sa spotrebuje trením. Pretože sa trenie mení v závislosti od povlaku, mazania a stavu povrchu, rovnaký krútiaci moment môže spôsobiť rôzne predpätia na rôznych skrutkách; to je dôvod, prečo sú referenčné hodnoty krútiaceho momentu vždy uvádzané pre definovaný stav trenia a prečo je potrebné brať do úvahy vplyv povrchovej úpravy.
V prípade žiarovo-pozinkovaných skrutiek sa koeficient trenia závitu výrazne líši od čiernych-naolejovaných skrutiek, takže uťahovací moment musí byť pre-odvodený pre skutočný stav povlaku a mazania a nie skopírovaný zo všeobecnej tabuľky. V praxi inžinierske organizácie nastavujú montážny moment kalibráciou na skutočnej kombinácii skrutky, matice, podložky a povlaku a hodnoty v nižšie uvedenej rýchlej referenčnej tabuľke predpokladajú čisté, mierne naolejované závity.
Praktické referenčné hodnoty krútiaceho momentu
Nasledujúce hodnoty sú typickými inštalačnými momentmi pre príložku koľajnice a upevňovacie skrutky pri bežne používaných triedach pevnosti, za predpokladu čistých závitov a normálneho mazania; sú východiskovými bodmi pre kalibráciu, nie náhradou projektovej špecifikácie krútiaceho momentu.
| Niť | stupňa | Typický rozsah predpätia (kN) | Typický uťahovací moment (N-m) |
|---|---|---|---|
| M16 | 8.8 | 60-80 | 250-300 |
| M20 | 8.8 | 95-125 | 400-450 |
| M24 | 10.9 | 160-200 | 800-900 |
| M30 | 10.9 | 250-310 | 1500-1600 |
Skok z M24 na M30 zhruba zdvojnásobuje krútiaci moment a predpätie, preto sa musí spôsob uťahovania meniť so špecifikáciou.
Prečo sú pre M24 a vyššie potrebné hydraulické kľúče
Manuálny klik{0}}momentový kľúč bežne používaný na dráhe má praktický horný rozsah okolo 400 N{2}}m, čo je pod konštrukčným krútiacim momentom skrutky M24 triedy 10,9 pri 800 až 900 N-m a hlboko pod oblasťou 1500 N-m M30. Pokus o dosiahnutie týchto hodnôt ručne nie je presný ani bezpečný. Hydraulické momentové kľúče pokrývajú rozsah 500 až 5 000 N-m, aplikujú krútiaci moment plynulo bez otrasov a držia cieľovú hodnotu s opakovateľnosťou zvyčajne v rozmedzí približne 5 percent. Odstraňujú tiež ľudský faktor: s ručným kľúčom každý inštalatér aplikuje inú silu a rozptyl v predpätí na spoji podložky je dostatočne veľký na to, aby niektoré skrutky zostali takmer tesné a iné sotva dotiahnuté. Hydraulické uťahovanie, ideálne nasledované auditom krútiaceho momentu, udržuje rozptyl predpätia malý a správanie kĺbov predvídateľné.
Čo sa pokazí, keď sa závit a krútiaci moment nezhodujú
Klasickou chybou inštalácie je nadmerné{0}}utiahnutie malej skrutky. Skrutka povolí v závitovej časti, trvalé predĺženie znamená, že predpätie nie je možné udržať a pri prevádzkových vibráciách spoj stráca svoju zvieraciu silu; skrutka potom funguje pri ohybe a únave a nakoniec sa zlomí, zvyčajne pri prvom záberovom závite. Pri-krútení veľkou skrutkou sa spoj od začiatku uvoľní: medzera medzi podložkou sa otvára a zatvára pod každým kolesom, skrutka zaznamenáva striedavý strih a ohýbanie, koľajnice sa lámu a geometria spoja sa zhoršuje. Spoj, ktorý je takto uvoľnený, spotrebuje hodiny údržby neúmerne k jeho dĺžke a je známym zdrojom chýb na konci koľajnice. Technická oprava je vždy rovnaká: vyberte veľkosť závitu tak, aby požadované predpätie bolo pohodlne v rámci kapacity skrutky, a nastavte krútiaci moment tak, aby sa predpätie dosiahlo bez prekročenia približne 80 až 90 percent skúšobného napätia.
Dlhé vlákna a stabilita predpätia na ťažkých{0}}ťažných linkách
Na ťažkých-kĺboch záleží aj na dĺžke závitu v zábere. Dlhší záber závitu zvyšuje počet zaťažených závitov, rovnomernejšie rozkladá zaťaženie, znižuje koncentráciu napätia v prvom závite a znižuje šmykové napätie na jednotku dĺžky záberu. Skrutky s dlhšími závitovými časťami tiež tolerujú pružnejšie namáhanie, čo pomáha kĺbu udržať predpätie pri teplotných cykloch a opakovaných nárazoch. Toto je technický dôvod, prečo sú ťažké-ťažné skrutky s prelismi špecifikované s dlhšími dĺžkami závitu a prečo náhrada za automobilovú skrutku s krátkym-závitom nie je nikdy prijateľná v dráhovej prevádzke.
FAQ
Prečo je predpätie dôležitejšie ako samotný krútiaci moment?
Pretože predpätie je skutočná upínacia sila, ktorá udržuje spoj tesný a komponenty v pohybe; krútiaci moment je len praktickým spôsobom na vytvorenie predpätia a rovnaký krútiaci moment môže poskytnúť rôzne predpätia pri rôznych podmienkach trenia.
Aký krútiaci moment je potrebný pre koľajnicovú skrutku M24 triedy 10,9?
Typický montážny moment je v rozsahu 800 až 900 N-m pri normálnom mazaní, ktoré vytvára predpätie približne 160 až 200 kN; hodnota by mala byť kalibrovaná pre skutočný náter a mazivo.
Môže ručný momentový kľúč správne utiahnuť skrutky M30?
Nie. Konštrukčný krútiaci moment skrutky M30 triedy 10,9 je okolo 1500 N-m a viac, čo je ďaleko za praktickým rozsahom ručných-kľúčov; je potrebný hydraulický momentový kľúč.
Prečo pozinkované skrutky potrebujú rôzne hodnoty uťahovacieho momentu?
Pretože vrstva zinku mení koeficient trenia závitu, a preto mení zlomok krútiaceho momentu, ktorý sa premieňa na predpätie; uťahovací moment musí byť pre-odvodený pre stav galvanizovaného povrchu, zvyčajne s namazanými závitmi.
Čo sa stane, ak je skrutka utiahnutá cez hranicu medze?
Skrutka sa trvalo natiahne, predpätie sa uvoľní pod konštrukčnú hodnotu a pri vibráciách sa spoj uvoľní; skrutka potom nesie cykly únavy pri ohýbaní a typicky zlyhá v koreni závitu.
Ako sa overuje správne predbežné načítanie na mieste?
S auditom krútiaceho momentu pomocou kalibrovaného kľúča, meraním dodatočného uhla natočenia alebo pomocou indikátora priameho napätia, ako je napríklad podložka-indikujúca zaťaženie; akceptačným kritériom je predpätie v rámci špecifikovaného pásma, nielen hodnota kľúča.