Установка для измерения и контроля коэффициента закручивания болтов

Полезная модель относится к установкам для контроля качества резьбового соединения, в частности к установкам для определения коэффициента закручивания болтов.

Технической задачей предлагаемой полезной моделью является создание универсальной установки для контроля качества резьбового соединения, в частности определения коэффициента закручивания болтов, в широком размерном диапазоне и независимо от усилия затяжки резьбового соединения, а также облегчение эксплуатации установки.

Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для измерения и контроля усилия затяжки резьбового соединения, содержащее неподвижные верхнюю и нижнюю плиты, соединенные стойками, в плитах выполнены отверстия для размещения контролируемого болта и крепления динамометра, измеряющего усилия затяжки и соединенного с индикатором, динамометрический ключ, одеваемый на гайку, для измерения крутящего момента при затягивании гайки, причем устройство закреплено на опоре, внесены конструктивные изменения, позволяющие повысить точность и надежность определения коэффициента закручивания болтового соединения.

Коэффициент закручивания определяется по формуле:

где Мкр - крутящий момент, приложенный к гайке для натяжения болта на заданное усилие, Nx м (кгс × м);

Nx - усилие натяжения болта, кН (тс);

d - номинальный диаметр болта, мм.

Крутящий момент фиксируется на указателе динамометрического ключа, а усилие затяжки резьбового соединения на показывающем приборе устройства.

При некачественной резьбы, предусмотрена возможность разборки устройства и извлечения самого некачественного соединения.

Установка изготовлена и прошла промышленные испытания.

Пунктов формулы 2 из них 1 н.п; иллюстр.3.

Полезная модель относится к установкам для контроля качества резьбового соединения, в частности к установкам для определения коэффициента закручивания болтов.

Надежная работа резьбовых соединений может быть обеспечена только при оптимальном натяжении всех болтов. В условиях монтажной площадки определение усилия натяжения практически невозможно, поэтому принята методика косвенной оценки усилия натяжения через величину крутящего момента Мк, который необходимо приложить к гайке для получения заданного натяжения болта.

Соотношение между крутящим моментом и натяжением болта Nx определяется зависимостью: Мк=k*N*d, где к - коэффициент закручивания болта; d - номинальный диаметр болта, мм.

Значение коэффициента закручивания зависит от качества болтов, гаек и шайб и в среднем составляет 0,14-0,22.

В соответствии с Межгосударственным стандартом ГОСТ 22356-77 «Болты и гайки высокопрочные и шайбы. Общие технические условия». Предприятие-изготовитель должно проводить приемосдаточные испытания для проверки соответствия болтов, гаек, шайб требованиям настоящего стандарта.

Болты должны быть подвергнуты испытанию на:

- разрыв;

- растяжение образцов;

- определение ударной вязкости;

- разрыв на косой шайбе (по требованию потребителя);

- определение коэффициента закручивания;

- определение твердости.

Коэффициент закручивания (п.1.9) следует определять на специальной установке, позволяющей одновременно фиксировать натяжение болта N и крутящий момент Мк, прикладываемый к гайке, с точностью до ±5%. Методика определения приведена в приложении 2 к указанному ГОСТу, которое приводится ниже.

Установка состоит из поворачиваемого корпуса, в котором смонтировано динамометрическое устройство с измерительным прибором (обычно - индикатором часового типа с ценой деления до 0,01 мм) для измерения усилия натяжения болта. Динамометрическое устройство нижней частью крепится шарнирно к корпусу установки; через корпус установки, к верхней части динамометра присоединяется контролируемый болт.

В верхней части корпуса смонтирован червячный редуктор, связанный с электромотором. Передаточное число редуктора подбирается так, чтобы скорость вращения корпуса при работе приспособления была в пределах 10 об/мин.

Измерение крутящего момента, прикладываемого к гайке, проводится с помощью съемного динамометрического ключа с регистрирующим измерительным устройством. При вращении корпуса приспособления свободный конец ключа упирается в упор.

Тарировка регистрирующего измерительного прибора динамометрического ключа проводится с помощью грузов, подвешенных на свободном конце горизонтально закрепленного ключа. По результатам тарировки строится тарировочный график в координатах: Мк в Н* м (кгс*мм) - показание регистрирующего измерительного прибора ключа.

Тарировка динамометрического устройства осуществляется на разрывной машине с построением тарировочного графика в координатах: усилие N кН (тс) натяжения болта, - показание регистрирующего измерительного прибора динамометра.

Болт устанавливают в приспособление с постановкой шайбы под гайку. С помощью динамометрического ключа болт затягивают вращением гайки до заданного усилия натяжения, значение которого выбирается по таблице в зависимости от номинального диаметра резьбы болта и уровня его прочности.

В момент достижения заданного усилия натяжения болта N, определяемого по измерительному устройству динамометра прибора, фиксируют показания измерительного устройства динамометрического ключа, определяющее значение крутящего момента Мк, приложенного к гайке.

По найденным значениям Nx и Мк с учетом диаметра резьбы, определяется коэффициент закручивания К по формуле:

где Мк - крутящий момент, приложенный к гайке для натяжения болта при заданном усилии N в кН*м (кгс*мм);

N - усилие натяжения болта, кН (тс);

d - номинальный диаметр резьбы болта, мм.

Это установка имеет ряд недостатков, как конструктивных, так и в точности измерительного прибора, которые не соответствуют современным требованиям.

Кроме того, установка не имеет достаточной жесткости, что не позволяет испытывать на ней болты с относительно большим диаметром, т.к. отсутствие направляющих

может привести к перекосу корпуса устройства, соответственно к ошибкам измерения или привести к выходу динамометра из строя.

Известно устройство для измерения и контроля усилия затяжки резьбового соединения. Устройство содержит полый корпус, подпружиненный шток, имеющий буртик со сферической опорной поверхностью и кинематически связанный со стержнем индикатора. На корпусе закреплены индикатор и втулка. Один конец корпуса выполнен в виде цанги и размещен внутри втулки. Во втулке закреплены упорная шайба и кольцо, контактирующее с цангой. Другой конец корпуса выполнен в виде резьбового хвостовика, установленного в резьбовом отверстии крепежного элемента. Свободный конец штока выполнен сферическим и контактирует с дном осевого отверстия крепежного элемента (Патент РФ №2143105).

Требуемое усилие затяжки крепежного элемента гайкой определяется по показаниям индикатора, шкала которого протарирована по удлинению пружины.

Недостатком ее является сложность конструкции, связанная с необходимостью использования гидравлического органа, а также ослабление тела болта, в результате нарезки в нем внутренней резьбы под хвостовик штока.

В качестве датчика натяжения используется пружина, которая со временем стареет и требует замены и периодической тарировки.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для измерения и контроля усилия затяжки резьбовых соединений, которое содержит верхнюю и нижнюю плиты, соединенные стойками, приводной механизм и динамометр.

Устройство снабжено закрепленными в стойках верхним и нижним валиками, размещенным в верхней плите стаканом, в дне которого выполнено центральное отверстие под испытуемый элемент, резьбовой втулкой и размещенными в нижней плите пятой и подпятником со сферической поверхностью. В боковой поверхности стакана выполнены сквозные вертикальные окна, а под ними и перпендикулярно к ним - сквозные вертикальные пазы, через которые пропущен верхний валик. В резьбовой втулке выполнены вертикальные пазы, через которые пропущен нижний валик. Пята выполнена со сферической поверхностью, контактирующей со сферической поверхностью подпятника, и установлена с возможностью смещения относительно вертикальной оси. Приводной механизм выполнен в виде дифференциального винта, один конец которого соединен с пятой, а другой ввернут в резьбовую втулку. Динамометр соединен одним концом со стаканом, а другим - с резьбовой втулкой. На гайку испытуемого болта надевается динамометрический ключ. Все устройство крепится к опоре, которая может быть выполнена из швеллеров в виде рамы (Патент РФ №2142616).

Работает это устройство следующим образом. При заворачивании дифференциального винта контролируемое резьбовое соединение испытывает растяжение, которое необходимо воспроизвести при затяжке. Это усилие фиксируется на динамометре (по показаниям индикаторного прибора). Поворотом динамометрического ключа, установленного на гайке болта, определяется необходимый крутящий момент.

По этим показаниям определяется коэффициент закручивания по известной формуле (1).

Несмотря на то, что это устройство обладает некоторыми преимуществами, по сравнению с известными устройствами, оно имеет ряд недостатков, а именно:

- испытываемый болт не фиксируется в неподвижной плите, а диаметр его ограничивается размером отверстия в ней, поэтому не исключен перекос болта, а следовательно, неточность определения крутящего момента;

- валики, фиксирующие положение стакана и резьбовую втулку при больших усилиях затяжки могут погнуться, поэтому их желательно сделать массивными, что соответственно увеличит размеры стоек.

Кроме того, устройство является переносным и при больших усилиях затяжки болтов требуется дополнительная помощь обслуживающего персонала.

Общим недостатком всех перечисленных устройств является то, что при некачественном изготовлении болтов, во время испытаний резьбового соединения может быть сорвана резьба.

Однако, быстрая разборка устройства для удаления резьбового соединения, ни в одном из известных технических решений, не предусмотрена.

Наиболее вероятна - удаление болта посредством газовой резки, однако, напряжение которое при этом испытывает устройство не может не отразиться на сроке его эксплуатации.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание универсальной установки для контроля качества резьбовых соединений, в частности определения коэффициента закручивания болтов, в широком размерном диапазоне, а также облегчение и удобство эксплуатации установки.

Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для измерения и контроля усилия затяжки резьбового соединения, содержащее неподвижные верхнюю и нижнюю плиты, соединенные стойками, в плитах выполнены отверстия для размещения контролируемого болта и крепления динамометра, измеряющего усилия затяжки и соединенного с индикатором, динамометрический ключ, одеваемый на

гайку, для измерения крутящего момента при затягивании гайки, причем устройство закреплено на опоре, внесены конструктивные изменения, а именно:

- введена подвижная каретка, состоящая из нижней и верхней плит, соединенных между собой стойками;

- на нижнюю неподвижную плиту установлена дополнительная плита, являющаяся направляющей при перемещении нижней плиты каретки;

- в верхнюю неподвижную плиту по центру установлена вставка, положение которой фиксируется клиньями и прижимными упорами;

- динамометр закреплен специальными гайками в верхней плите каретки и вставке и электрически соединен с показывающим прибором;

- в нижней неподвижной плите и нижней плите каретки предусмотрена возможность установки сменных чашек, имеющих отверстие, соответствующее размеру испытуемого болта;

- опора снабжена дополнительными упорами с возможностью крепления ее к фундаменту, а также дополнительными кронштейнами для установки показывающего прибора.

Кроме того, для универсальности установки, узел тарировки динамометрического ключа, расположен на опоре крепления устройства.

Введение дополнительной подвижной каретки, состоящей из нижней и верхней плиты, которые соединены стойками, позволяет придать жесткость измерительной части конструкции, за счет исключения перекоса положения динамометра, являющегося датчиком усилия затяжки резьбового соединения.

Использование сменных чашек для установки контролируемых болтов с различными диаметрами резьбы, а также наличие возможности крепления опоры устройства к фундаменту делают устройство универсальным и практически позволяет определять коэффициент закручивания в широком размерном диапазоне резьб.

Изменение конструкции верхней неподвижной плиты с установкой в ней вставки, фиксация которой осуществляется клиньями и прижимными упорами, позволяет обеспечить разборку устройства при повреждении резьбы у испытуемого резьбового соединения.

На фиг.1 и 2 представлена конструкция предлагаемого устройства. На фиг.1 представлено общий вид установки; на фиг.2 - конструкция основного узла устройства, причем на фиг.1 оно показано в рабочем - горизонтальном положении. На фиг.3 показан динамометрический ключ.

Установка включает устройство 1 для измерения и контроля усилия натяжения резьбового соединения и опору 4. Устройство 1 содержит: показывающий прибор 2, который установлен шарнирно на кронштейне 3 и электрически связан с динамометром 6, который является датчиком усилия натяжения резьбового соединения, а также прижимные упоры 7. Опора 4 выполнена в виде рамы и снабжена дополнительными упорами 5, а также узлом 8 тарировки динамометрического ключа.

На фиг.2 показаны: нижняя 9 и верхняя 10 неподвижные плиты, которые соединены между собой стойками 11, нижняя 12 и верхняя 14 плиты подвижной каретки, которые крепятся между собой стойками 13, причем положение верхней плиты подвижной каретки поддерживается воротником 15 путем его фиксации на стойках 11. В верхней неподвижной плите 10 выполнено центральное отверстие, в котором установлена вставка 16, имеющая клиновидный паз для крепления ее клиньями 17, положение которых фиксируется прижимными упорами 7. В вставке 16 и верхней плите 14 подвижной каретки выполнены выемки, в которых размещены специальные (форма их не стандартная) гайки 19, предназначенные для крепления динамометра 6. В центральные отверстия нижней неподвижной плиты 9 и нижней плиты 12 подвижной каретки устанавливаются сменные чашки 18, имеющие отверстие, соответствующие диаметру испытуемого болта 21. На нижней неподвижной плите 9 размещена направляющая плита 20.

Испытуемый болт 21 и гайка 22 имеют шайбы. На гайку 22 надевается динамометрический ключ 23, снабженный измерителем крутящего момента 24 (фиг.3).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Испытуемый болт устанавливается в отверстие съемной чашки 18 и на него накручивается от руки гайка 22 до тех пор, пока это возможно. Далее, затяжку болта 21 производят путем закручивания гайки 22 динамометрическим ключом 23, снабженным индикатором 24 крутящего момента, до тех пор, пока не будет достигнуто заданное усилие Nx натяжения резьбового соединения. Под усилием натяжения нижняя плита 12 подвижной каретки перемещается вниз к нижней неподвижной плите 9, причем направляющая плита 20 исключает возможность перекоса каретки. Заданное усилие фиксируется динамометром 6 и высвечивается на цифровом показывающем приборе 2, который электрически соединен с динамометром 6. Соответствующее значение крутящего момента Мк будет зафиксировано на указателе 24 динамометрического ключа 23. На основании полученных результатов по формуле 1 определяется фактический коэффициент закручивания болта, который должен быть в пределах 0,14-0,20.

В случае, если до достижения заданного крутящего момента резьба на болте будет сорвана, то устройство разбирается, в следующей последовательности: снимаются

прижимные упоры 7; вставка 16 освобождается от клиньев 17, в результате чего вставка 16 и верхняя плита 14 подвижной каретки опускаются и нагрузка с динамометра, а соответственно с испытуемого резьбового соединения снимается. Затем съемные чашки 18 с некачественным резьбовым соединением вынимаются соответственно из нижней неподвижной плиты 9 и нижней плиты 12 подвижной каретки. Демонтаж его осуществляется выбранным способом, например, на разрывном прессе.

Если, для испытаний взяты высокопрочные болты, имеющие размеры от М22 до М27, усилие натяжения которых велико, рекомендуется установку крепить к фундаменту или массивной опоре, с помощью упоров 5.

В настоящее время установка изготовлена и прошла промышленные испытания, которые показали ее надежность, удобство в эксплуатации, а также возможность обслуживания установки одним оператором.

1. Установка для измерения и контроля коэффициента закручивания болтов, содержащая опору, на которой смонтировано устройство для измерения и контроля усилия натяжения болтового соединения, включающее неподвижные верхнюю и нижнюю плиты, соединенные стойками, в нижней плите выполнено отверстие для установки испытуемого болта, а в верхней плите предусмотрена возможность крепления динамометра, фиксирующего усилие натяжения резьбового соединения, соединенного с показывающим прибором, динамометрический ключ, снабженный индикатором для измерения крутящего момента и надеваемый на гайку болтового соединения, отличающаяся тем, что в устройство дополнительно введена подвижная каретка, включающая нижнюю и верхнюю плиты, соединенные стойками, и способная перемещаться вниз в дополнительной направляющей плите, установленной на нижней неподвижной плите, причем динамометр крепится специальными гайками, установленными в верхней плите подвижной каретки и дополнительной вставке, закрепленной в центральном отверстии верхней неподвижной плиты с помощью клиньев и прижимных упоров, а в центральных отверстиях нижней неподвижной плиты и нижней плиты подвижной каретки установлены сменные чашки, имеющие отверстия, соответствующие диаметру резьбы испытуемого болтового соединения.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что опора снабжена дополнительными упорами с возможностью крепления ее к фундаменту.