高強度螺栓在斗輪堆取料機結構中的應用

樊增彬

（山鋼集團日照公司煉鐵廠，山東 日照 276800）

1 斗輪堆取料機中高強度螺栓應用概述

高強螺栓連接是20世紀50年代逐步出現并迅速發展起來的新型連接件，其主要特點在于施工簡單，在動載荷條件下不易松散，裝配方便而且受力性能好，因此在各種重型機械領域應用較為廣泛。斗輪堆取料機結構件在施工時會使用鉚釘、普通螺栓、高強度螺栓焊接等方式進行連接，但是因為鉚釘連接的方式會消耗大量人力、物力，因此現階段生產的設備已經很少使用。在結構件生產過程中，以螺栓連接和焊接連接為主，主要針對的是結構件連接位置和結構件自身成型連接位置。

在斗輪堆取料機的鋼結構當中，所使用的高強螺栓常見規格有m20、m22、m24。這些螺栓使用的材料主要為40b合金鋼、45優質碳素結構鋼，在尺寸布局和連接形式方面高強螺栓和普通拉力螺栓類似孔徑會超過螺栓桿直徑約1mm～2mm。

2 高強度螺栓在斗輪堆取料機結構中的應用

2.1 高強度螺栓的表面處理

高強螺栓在表面處理時使用的工藝有4種：熱浸鋅、磷化、發藍和達克羅，其中我國國標規定了螺栓當中一般不使用熱浸鋅工藝。這些工藝有如下特點，首先發藍是對金屬進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。在外觀要求不高的條件下，可以通過發藍工藝來進一步進行處理。磷化主要是通過電化學或者化學反應使外部生成一種具有磷酸鹽的化學轉化膜，這層膜也被叫作是磷化膜。磷化主要是為機體金屬提供進一步的保護，避免金屬出現腐蝕等情況，主要在漆底前打底，這樣可以使漆膜層的附著力提升，而且具有較強的防護能力，在工藝當中屬于金屬冷加工的范疇，可以起到潤滑結膜的作用。達克羅涂層是一種銀灰色的涂層，外觀較為均勻，涂層當中具有大量的鋁片和薄鋅片，其余部分為鉻酸鹽，性能優異，可以有效防腐。熱浸鋅使熔融金屬和鐵基體之間反應而生成合金層，這樣可以讓鍍層和基體有效結合，熱浸鋅的附著力強，而且鍍層非常均勻，具有較長的使用壽命，優點非常突出。

對當前的斗輪堆取料機設備進行分析可以發現，在綜合性價比和使用情況方面，高強螺栓磷化表面處理工藝較為簡單，應用廣泛，如果需要設備具有較強的抗輻射能力，可以使用達克羅。達克羅的應用性能優良，但是經濟成本較高，在外觀要求不高的條件下使用發藍工藝處理，較為合適。當前國標當中沒有涉及到熱浸鋅的內容，由于熱浸鋅工藝會導致螺栓的性能等級降低，同時會對其外觀產生影響，因此，在國內使用較少，國外目前有相應的工藝。

2.2 摩擦型高強度螺栓連接的布置

在螺栓布局方面分為錯列式和并列式。在斗輪載取料機的鋼結構當中，因為其工藝并不復雜，所以一般使用并列式排布，對于一些特殊的地方需要使用錯列式排布，錯列式排布的優點是在于可以使鋼板截面的削弱減少，這樣在實際應用時可以使螺栓的使用數量減少。具體的結構如下所示，左圖為并列式，右圖為錯列式。

圖1 螺栓布置形式

在斗輪堆取料機鋼結構當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，在此過程中可以承擔較大的載荷，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度螺栓連接時，通常只需要使用三排螺栓，而在腹板位置使用兩排螺栓進行連接，就可以符合要求。在設計過程中需要對高強螺栓的直徑大小進行有效控制，依照螺栓直徑的大小對螺栓布局的間距進行控制，合理地進行高強螺栓的布設。

3 斗輪堆取料機中高強度螺栓應用的控制

3.1 高強度螺栓副的裝配控制

在現場施工前需要注意檢驗扭矩系數和與拉力，在保證各參數符合要求后才能進行施工，另外需要注意不能在雨雪天對高強度螺栓進行施工。

通常在螺栓的頭側和螺母一側進行安裝，在安裝的過程中需要注意觀察墊圈孔的位置，需要保證有倒角側與螺栓頭緊密連接，不能出現反裝等問題，與此同時還需要注意螺母帶圓臺面的位置，需要順著墊圈有倒角位置進行安裝，以提高安裝過程中的穩定性，保證安裝質量。

在安裝時需要使高強螺栓自由穿入孔中，如果無法自由出入，也不能使用強行敲打等情況，以免對孔洞產生影響。穿孔時不能使用氣割方式進行擴孔，而需要使用絞刀小心地絞孔。在調整之后，最大直徑需要控制在1.2倍螺栓直徑以內。在修孔過程中需要有效地使連接板和母材貼緊，避免出現鐵屑順著縫隙進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，螺母需要設置在容易觀察的一側，另外還需要注意在相關位置的高強度螺栓緊固后及時使用高強度螺栓替換一些定位螺栓和臨時固定的螺栓，避免遺忘導致后續使用時設備的緊固度不足。

在緊固高強度螺栓時，需要從鋼度較大位置向自由端逐步展開，在此過程中從同一節點位置逐步向四周緊固，這樣可以進一步使連接板和木材緊密貼合。需要保證接頭位置高強度螺栓的有效安裝，并且從螺栓群的中部逐步向外部展開，在安裝時需要保證擰緊螺栓。在螺栓群中部開始初擰、復擰、終擰，并且向四周擴散逐個擰緊，每擰緊一次，則需要使用不同顏色的油漆進行標記，防止出現漏擰等情況。

3.2 高強度螺栓緊固方法

在高強度螺栓螺紋連接時通過緊固螺母形成預拉力，不能出現漏擰、欠擰或超擰，確保數值準確。在施工過程中對螺栓的緊固程度進行有效控制，較為常用的有控制螺母轉角法、控制扭矩法、控制螺栓伸長法等，如果螺栓較長，則需要注意消除長螺栓彈性形變所造成的誤差，進一步提高螺栓緊固的效果。

3.2.1 控制扭矩法

為了確保在實際應用時各個位置的高強度螺栓能夠被擰緊，在緊固過程中主要分為兩步，首先進行初擰。在擰凝時使用的工具為普通扳手，施加的利約為終擰的50%，在實際應用時逐步使板疊靠攏，其次為終擰，在終擰過程中需要使用力矩扳手進行，力矩扳手需要顯示扭矩值。在施工時需要將扭矩值的偏差控制在10%以內。控制扭矩法是當前我國在螺栓緊固方面使用的最為廣泛的方法。

因為預應力會隨著時間的延長而逐步消耗，所以，在施工過程中需要合理地設置扭矩，在原有扭矩基礎上提高10%作為補償。，需要依照一定順序進行扭剪型高強度螺栓的初擰、終擰，在終擰過程中需要擰掉梅花卡頭。個別螺栓由于施工條件，無法通過專用扳手進行操作，可以依照大六角高強度螺栓用扭矩法進行施工。

在施工過程中，需要注意對扭矩進行合理設置，在原有扭矩條件下提升10%，以此作為補償。為了保證螺栓群所有螺栓都能夠有效的擰緊，在施工過程中需要依照一定順序來對高強度螺栓進行初擰和終擰，在此過程中需要將梅花卡頭擰掉，對于一些無法擰掉梅花卡頭的螺栓，可以使用大六角高強度螺栓，用扭矩法進行施工。

3.2.2 控制螺栓伸長法

控制螺栓伸長法主要用于對螺栓伸長量進行控制，以達到控制預緊力的效果，擰緊螺母前需要注意對螺栓的原始長度L1進行記錄，保證Ll的準確性。其次在施加預緊力，將其擰緊后測量螺栓長度L2，并且對L1和L2的值進行比對和計算，這樣就可以有效的將力矩是否符合標準計算出來，這種方式在我國應用不多。

3.2.3 控制螺母轉角法

轉角法主要是利用螺栓的應變，也就是螺栓擰緊過程中轉過的角度來進行控制，以便獲取需要的預緊力。高強度螺栓轉角施工過程中需要進行初擰和終擰。在初擰時，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記線開始，逐步使用扳手進行終擰。終擰時一般旋轉1/3圈到2/3圈，在操作過程中，有效地對相關參數進行測定，無論使用何種方式進行緊固，初擰結束后的螺栓都需要進行標記，并且注意對螺栓的擰緊扭矩進行控制，防止產生漏擰等問題。

3.3 高強度螺栓連接位置的處理

高強螺栓連接安裝前需要對摩擦面進行有效的預處理，主要使用砂輪打磨、噴砂或者人工鋼絲涂刷等方式進行處理。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。通常條件下，在處理好的摩擦面生赤銹后就可以進行螺栓的安裝，一般需要在露天位置保存約10天左右，通過砂輪打磨時，打磨范圍需要在螺栓直徑的4倍以上。打磨過程中，打磨方向和受力方向垂直，打磨后需要保證摩擦面沒有明顯不平整處。通過噴砂的方式進行摩擦面的處理，可以直接進行螺栓的安裝，不必等到接觸面出現赤銹。

鋼板和型鋼高強度連接位置需要保證孔邊無毛刺，板邊平整，接頭位置需要注意不能出現變形或翹曲。如果出現需要進行矯正，以避免對摩擦面產生損傷，保證摩擦面能夠有效貼合。在接觸面出現縫隙時，需要依照規范要求進行控制和處理。

3.4 高強度螺栓檢查驗收

大六角頭強度螺栓在終擰結束之后，需要判斷是否出現漏擰、欠擰等情況，可以使用0.3～0.5公斤的小錘進行敲檢。如果發現欠擰、漏擰等現象，需要及時進行補擰。如果發現超擰則需要將其更換，對扭矩值的檢測非常重要，需要在終擰工作結束1小時后，48小時之內進行檢查，檢查總量需要在結點數的10%以上，數量在10個以上。單個節點檢查時，數量需要在螺栓數量10%以上，數量不能少于兩個。

4 結語

通過分析高強螺栓的各種工藝，使斗輪堆取料機的力學結構更為合理，在計算時適當處理斗輪堆取料機，使斗輪堆取料機極其符合設計要求，又能夠控制成本，保證安全高效的運行。