液压拉伸器的设计

液压拉伸器的设计

0液压拉伸预紧技术在承受重量机械，尤其是大型化工机械、拆卸压力力容器、大型压力机等设备的安装中，最大的螺钉连接通常是为了确保连接产品之间的有效、可靠连接，并确保其刚性和稳定性。螺母的预紧力是保证螺连接质量的重要因素。通常直径较小的螺栓主要靠扳手拧紧螺母来实现预紧,而大型螺栓一般靠榔头敲击扳手或采用液压扳手的方法,重要设备也可以采用螺栓加热的方法来实现预紧。这些预紧方法对设备、螺栓及密封材料不仅有损伤,而且常常由于预紧力不均匀而造成容器的泄漏及联接件变形等事故。目前国际上广泛采用液压拉伸预紧技术实现大型螺栓的预紧,该技术利用液压拉伸器作为螺栓预紧工具,该设备具有操作简单、使用方便、预紧效率高、螺栓的伸长量和预紧力可以精确控制等优点。实践证明,采用液压拉伸技术进行螺栓预紧,对设备的损伤小,联接组件受力均匀,同时可以避免由于受力不均和冲击载荷而引起的螺栓扭断现象,保证了螺栓联接的可靠性。1螺栓预紧系统的工作原理螺栓的液压拉伸预紧利用液压拉伸器完成螺栓的预紧。液压拉伸器是一种先进的螺栓预紧和拆卸工具,在使用中,根据螺栓的型号及数量的多少,可以单个使用,也可以成组使用(串联和并联)。多个拉伸器并联使用,不仅效率高,还可以保证多个螺栓承受的预紧力大小基本相等,因而具有较广泛的通用性。液压拉伸器的组成如图1所示,它包括液压泵站、分配器、截止阀、高压软管和液压拉伸缸等部件。其中液压泵站是整个系统的动力源,它由阀式配流轴向柱塞泵及组合式控制阀和油箱等组成;液压拉伸缸是实现螺栓液压拉伸预紧的执行元件,由液压缸和支承部分组成;分配器的作用是将油泵输出的高压油分流后送至各个液压拉伸缸,实现同步驱动多个拉伸装置的任务;分配器上设置有多个截止阀,用于控制油路的通断,每两个截止阀控制一台拉伸器的两个液压腔,或一个截止阀控制一台拉伸器的一个液压腔。螺栓的液压拉伸原理如图2所示,电动油泵输出的高压油,经高压软管输送至液压缸4,液压缸4在预定的压力作用下,使液压缸中的活塞上移,从而使螺栓受拉并产生拉伸力,拉伸力通过螺栓1作用在被拉伸螺栓6上。随着活塞杆的运动,将螺栓6拉伸达到某一伸长量(在材料的弹性范围内),这时,被拉伸螺栓6与螺母8之间出现缝隙。随着液压缸中的油的增多,活塞上移也越大,螺栓杆与螺母的端面间隙也随之增大。这时,紧固螺栓,拧紧螺母8,松卸加在螺栓上的载荷,就完成了螺栓的预紧工作。为了使螺栓的预紧力均匀,满足密封要求,必须确保每个螺栓的伸长量均在计算允许的范围内,若某个螺栓的伸长量超差,则需进行调整拉伸操作。2螺栓拉伸性能al根据虎克定律,当给螺栓加一轴向载荷,在该螺栓材料的弹性变形阶段,其伸长量与所加载荷成正比关系,其计算公式为:ΔL1=N⋅LE⋅AL(1)ΔL1=Ν⋅LE⋅AL(1)L=LE+1.25d;AL=π⋅d2c4AL=π⋅dc24其中:ΔL1—螺栓拉伸后的伸长量(mm);N—螺栓所承受的载荷(N);L—螺栓工作状态下的有效长度(mm);E—螺栓材料的弹性模量(N/mm2);LE—螺栓两头螺纹根部之间的距离(mm);d—螺栓的公称直径(mm);dc—螺栓危险截面的计算直径(mm);AL—螺栓截面积(mm2)。实际计算中,还要考虑一定的余量,所以螺栓的预紧拉伸伸长量ΔL为:ΔL=ΔL1+δ(2)其中:δ为预留的伸长量(mm)。在实际估算时,ΔL1通常取为拉紧螺栓有效长度L的0.0006～0.0007倍,在此基础上加上预留伸长量即可。螺母的旋转角度θ,与螺栓的螺距P和拉伸伸长量ΔL有关,即:θ=ΔL×360°/P(3)3液压缸加压p的影响在进行液压拉伸预紧之前,需确定螺栓加载预紧时液压拉伸器的油压设定值,即液压拉伸器输出到液压缸上的压力值。显然,液压缸中油的压力越高,输出的螺栓预紧力就越大,螺栓的伸长量也就越大。液压拉伸缸可以单个使用,也可两个以上串联成组使用。若采用增力缸式的串联成组使用,则预紧力增加的倍数与液压缸串联个数相等。若螺栓预紧力为F0,螺栓所承受的载荷为N,油泵的油压为p,液压缸活塞的面积为AH,螺栓材料的弹性模量为E,螺栓工作状态下的有效长度为L,螺栓的伸长量为ΔL且螺栓中的应力低于弹性极限时,可以得出螺栓的受力和伸长量公式:F0=p·AH(4)N=F0(5)ΔL=N⋅LE⋅AL(6)ΔL=Ν⋅LE⋅AL(6)联立(4)～(6)式,可得液压缸油压p的表达式:p=ΔLL⋅ALAHE=ε⋅k⋅E(7)p=ΔLL⋅ALAΗE=ε⋅k⋅E(7)其中:ε=ΔL/L为螺栓的相对伸长量;k=AL/AH为螺栓截面积与活塞截面积的比值;E为螺栓材料的弹性模量。由公式(7)可知,液压缸的油压p仅与螺栓的相对伸长量ε、螺栓与活塞截面积的比值k以及材料的弹性模量E有关,对于给定的螺栓,液压缸的油压p与相对伸长量ε成正比。因此,螺栓的预紧力F0可以通过控制液压缸的油压p而精确地得到。液压缸的油压p与相对伸长量ε的关系如图3所示。由图3可知,当施加在螺栓上的拉伸力超过螺栓的弹性极限,即螺栓的相对伸长量大于弹性伸长量εe时,拉伸曲线不再是直线,这时,螺栓的变形也不再是弹性变形。因此,在进行拉伸时,如果液压缸的压力过大,就会使螺栓的拉伸变形超过弹性范围,对螺栓造成损害。为此,必须根据公式(7)确定合理的油压p。4螺栓预紧与伸长量的关系(1)在加压时,压力应逐渐提高,每提高一定压力,要稳压后再提高,以免产生冲击拉伸力,影响螺栓的预紧效果。(2)在拉伸过程中,应注意液压缸的行程,避免因拉伸量过大而损伤液压缸。(3)采用分阶段预紧时,若分两个阶段加载,载荷分配原则为:第一阶段加载量应为总载荷的60%～70%,第二阶段加载量应为总载荷的100%;若分三个阶段加载,其载荷分配原则为:第一阶段加载量应为总载荷的60%左右,第二阶段加载量应为总载荷的80%左右,第三阶段加载量为总载荷的100%。(4)采用分步预紧时,螺栓预紧的次序应对称合理地安排,还应减少后预紧的螺栓对先预紧的螺栓的影响,同时应使操作简单、方便。(5)在加载前后对螺栓进行测量时,测量前必须将测量杆提前几小时放入螺栓中心孔内,以消除测量杆热胀冷缩的影响,提高测量结果的准确性;在螺栓预紧前和预紧后的两次测量中,应保持测量仪器(千分表)在螺栓的同一方位上。(6)由图3的预紧力F与伸长量ΔL的关系曲线可以看出,在螺栓材料的弹性变形范围内,螺栓的预紧力F与螺栓的伸长量ΔL成正比。当预紧应力超过螺栓材料的屈服极限σs时,随着伸长量的增加,预紧力不但不增加,反而会降低,甚至会降为零。因此,在进行预紧时,应保证螺栓的