輸電用緊固螺母防松止退裝置的研究與設(shè)計

輸電用緊固螺母防松止退裝置的研究與設(shè)計摘要：隨著我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展，輸電線路的安全穩(wěn)定運行日益受到重視。在輸電線路中，桿塔螺栓的松動問題一直是一個普遍存在的難題，它可能導(dǎo)致線路故障，影響電力系統(tǒng)的正常運行。因此，研究和設(shè)計一種有效的輸電用緊固螺母防松止退裝置具有重要的現(xiàn)實意義。本文首先分析了桿塔螺栓松動的原因，包括溫度變化、振動、螺栓材質(zhì)問題等。然后，指出了傳統(tǒng)處理措施，如定期檢查和擰緊，存在的弊端，如效率低下、難以確保長期穩(wěn)定等。接著，提出了一種彈性螺紋分離式防松螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在通過彈性螺紋的設(shè)計，實現(xiàn)螺母的自鎖功能，從而有效防止螺栓松動。關(guān)鍵詞：力系統(tǒng)；彈性螺紋分離式防松螺母；結(jié)構(gòu)設(shè)計引言輸電用緊固螺母防松止退裝置的研究與設(shè)計是一項關(guān)鍵的技術(shù)領(lǐng)域，對保障輸電線路的安全運行具有重要意義。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和能源需求的不斷增長，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性越來越受到重視。作為輸電線路中的重要組成部分，緊固螺母的防松止退問題直接影響到輸電線路的安全性和可靠性。在輸電線路運行過程中，由于受到外部環(huán)境因素的影響，如溫度變化、振動等，緊固螺母容易出現(xiàn)松動現(xiàn)象。這種松動不僅會導(dǎo)致輸電線路的穩(wěn)定性下降，還可能引發(fā)線路故障，對電力系統(tǒng)的正常運行造成威脅。因此，研究和設(shè)計一種有效的輸電用緊固螺母防松止退裝置具有重要的現(xiàn)實意義。為了解決這一問題，許多研究人員和技術(shù)專家進行了大量的探索和實踐。其中，一種常見的方法是采用特殊的螺母結(jié)構(gòu)，通過增加摩擦力或者利用特殊材料的特性來實現(xiàn)防松止退的效果。1、桿塔螺栓松動的原因與傳統(tǒng)處理對策1.1桿塔螺栓松動的原因分析桿塔結(jié)構(gòu)的螺栓松動是由導(dǎo)線舞動、強風(fēng)、沿線振動等外部環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，而結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計、材料力學(xué)特性、施工工藝等是導(dǎo)致其失效的重要原因。通過對其進行分析，得出了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋加工角偏差及齒距誤差，造成螺釘與基座內(nèi)螺紋接觸面積較小，造成基座螺紋受力不均勻，影響螺紋聯(lián)接強度。通過力學(xué)仿真研究發(fā)現(xiàn)，一般的剛性聯(lián)接螺母，其第一、二、三螺紋嚙合表面承擔(dān)了70%-80%的負(fù)荷，而其他部分只承擔(dān)很少的載荷。圖1中顯示了剛性螺紋的受力狀態(tài)。圖1剛性螺紋受力分析圖在振動負(fù)荷條件下，普通螺紋緊固件容易發(fā)生振動松脫，這是因為振動會使螺紋接觸面上的鎖緊力被克服，導(dǎo)致緊固件逐漸松動。當(dāng)擰緊力矩較大時，螺紋連接處承受的壓力集中，可能導(dǎo)致螺紋彎曲和剪切變形。這種變形會使第二螺紋承受壓力，并產(chǎn)生鎖緊力，從而使得承載負(fù)荷面依次傳遞受力，導(dǎo)致螺紋依次剪切和磨損。這種連續(xù)的剪切和磨損過程會顯著降低螺母和螺紋的強度，最終導(dǎo)致緊固件失效。為了深入研究桿塔螺栓的松動特性，有必要結(jié)合相關(guān)橫向振動防松性能試驗標(biāo)準(zhǔn)，對現(xiàn)有的防松措施進行試驗。通過對試驗結(jié)果的分析和試驗參數(shù)的調(diào)整，可以得出最符合鐵塔螺栓松動特性的模擬試驗特征參數(shù)。這些參數(shù)對于理解和預(yù)防桿塔螺栓松動至關(guān)重要，因為它們可以幫助設(shè)計更有效的防松措施，提高桿塔螺栓的穩(wěn)定性和可靠性，從而確保輸電線路的安全運行。彈性螺紋分離式防松螺母的研制是一個創(chuàng)新性的解決方案，旨在解決桿塔螺栓在振動負(fù)荷條件下的松動問題。在設(shè)計過程中，首先提出了彈性螺紋分離式防松螺母的設(shè)計思路，并制作了相關(guān)設(shè)計圖紙及初始樣品。這些樣品的設(shè)計考慮了桿塔螺栓松動的特性參數(shù)，以確保新設(shè)計的螺母能夠在實際應(yīng)用中提供最佳的防松性能。結(jié)合了第一項中得出的松動特性參數(shù)，以及防松性能試驗的結(jié)果，對彈性螺紋分離式防松螺母的最佳設(shè)計參數(shù)進行了調(diào)整。這種基于實際數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果的設(shè)計方法有助于確保防松螺母在各種桿塔松動特性條件下都能提供卓越的防松性能。此外，對桿塔關(guān)鍵防松位置的研究也是一個重要的組成部分。這項研究結(jié)合了電力設(shè)計院的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算公式和運行維護部門的運維數(shù)據(jù)，對不同通用塔型中易產(chǎn)生松動的節(jié)點位置進行了深入分析。這些節(jié)點位置包括角鋼包鐵處、導(dǎo)線掛點等，這些地方是桿塔結(jié)構(gòu)中容易發(fā)生松動的關(guān)鍵位置。通過對這些位置的研究，形成了一份完整的不同通用塔型關(guān)鍵防松位置文件，這份文件將為桿塔螺栓的維護和加固提供重要的參考依據(jù)，從而提高輸電線路的整體安全性和可靠性。1.2傳統(tǒng)處理措施存在的弊端在蒙東地區(qū)，大風(fēng)作為一種自然現(xiàn)象，對輸電線路桿塔的安全運行構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于該地區(qū)大風(fēng)天氣頻繁，風(fēng)力強大，桿塔螺栓承受的負(fù)荷遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，導(dǎo)致螺栓松動的問題尤為突出。這種情況下，傳統(tǒng)的運維方式，即定期對桿塔螺栓進行人工擰緊加固，已經(jīng)無法滿足高強度的維護需求。由于諸多東地區(qū)大風(fēng)天氣的不可預(yù)測性，運維人員很難準(zhǔn)確預(yù)知何時需要對桿塔螺栓進行加固，這增加了輸電線路的安全隱患。其次，由于風(fēng)力的持續(xù)作用，即使進行了定期加固，桿塔螺栓也可能在短時間內(nèi)再次松動，這就需要更為頻繁的檢查和加固，增加了運維工作的難度和強度。此外，人工擰緊加固的方式不僅效率低下，而且成本高昂。在廣袤的輸電線路中，桿塔數(shù)量眾多，人工檢查和加固需要大量的人力和時間，這不僅增加了企業(yè)的運營成本，也可能因為人力資源的不足而導(dǎo)致維護工作的不到位。2、一種彈性螺紋分離式防松螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的當(dāng)前，我國在役線路桿塔結(jié)構(gòu)防松改造主要是通過增加普通螺帽或其它簡單防松產(chǎn)品來實現(xiàn)，而對新建線路，則在設(shè)計階段對重要防松部位直接采取雙螺母設(shè)計的方法來防松，此類桿塔防松方案不同程度存在防松效果不佳、施工建設(shè)復(fù)雜、后期運行維護不便等問題。本項目針對當(dāng)前電網(wǎng)安全防護措施與特征，針對電網(wǎng)傳輸環(huán)境下的防松動要求，研發(fā)一種新型的柔性可拆卸式防松螺母，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電網(wǎng)設(shè)計單位的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算理論與運維部門運行統(tǒng)計資料，對常見的常見塔型進行分析，并對各類型的防松關(guān)鍵部位進行全面研究。常用塔式起重機的防松點的研究結(jié)果。因此，本設(shè)計提出了一種采用彈性帶螺紋的分離式防松螺帽，其主要目標(biāo)是：一是針對架空輸電線路塔桿扣件的松脫問題；目前，輸電線路塔架防松方法主要有雙螺帽加固安裝、安裝防松卡、永久防松和加平墊&彈性墊等防松方法，但這些防松方法在輸電線路使用場合存在差異，并且存在一些適用范圍。為解決由于導(dǎo)線舞動、螺栓松動等引起的輸電線路鐵塔失穩(wěn)問題，必須進行現(xiàn)場研究，研發(fā)出獨立的、帶有彈性的帶螺紋的防松動螺帽，利用其與鐵塔之間的良好抗松特性，從而有效地保證輸電線路的安全運行。二、結(jié)合重點防護思想的運用，強化薄弱環(huán)節(jié)的防松。針對目前輸電線路塔體抗松脫加固多采取整塔或只在塔體上部設(shè)置統(tǒng)一防松脫措施等方式，存在一定的盲目性。.項目擬通過分析典型塔體在靜、動載荷共同作用下的受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，結(jié)合運維部門在日常維修中所掌握的有關(guān)資料，查明普通塔型在自然環(huán)境下最易發(fā)生松脫的連接部位，并在重點部位加裝防松脫螺帽，形成更具針對性的防松脫產(chǎn)品與使用方案。通過識別天然環(huán)境中最易發(fā)生松脫的連接部位，通過在關(guān)鍵部位加裝可伸縮式脫扣螺母，實現(xiàn)更具針對性的防松補強產(chǎn)品及使用方案，確保輸電線路塔體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。3、當(dāng)前預(yù)防線路桿塔及接續(xù)金具螺栓松動的對策3.1防松卡防松卡（參見圖2)，它的防松結(jié)構(gòu)主要由U形鋼板、擋塊和螺栓螺母構(gòu)成，防松卡的U形鋼板的兩端都設(shè)有一組六角花瓣擋塊，它們分別套在螺栓螺母頭部的六個側(cè)壁上，在螺栓和螺絲的側(cè)壁上加緊緊力，通過給鋼板的蠕變和熱脹冷縮的改變施加一些預(yù)緊能來阻止螺絲的退絲，阻止螺絲與螺母的相對旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)防松。實現(xiàn)了防松脫。其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但其防松效果較差，因為其不能產(chǎn)生足夠的摩擦和壓緊力來防止退絲。圖2防松卡3.2雙螺母防松雙螺母結(jié)構(gòu)（如圖3所示），其由內(nèi)螺帽和外螺帽組成，即在原有的一個螺帽上加上一個外螺帽，以提高整體連結(jié)系統(tǒng)的夾持力，提高螺帽與連結(jié)面上的摩擦力，從而達到防松動的效果。該方案僅需添加一顆螺帽及安裝量，造價低廉、施工簡便，然而，未解決剛性螺帽各轉(zhuǎn)動一次受力不均、內(nèi)、外螺帽相互疊加受力情況復(fù)雜等難題，導(dǎo)致其螺紋損傷仍存，其連接強度及抗松性提升幅度極為有限。圖4中顯示了雙螺帽加強的方案。圖3雙螺母防松圖4雙螺母加固方案4、防松螺母的中彈性螺紋分離式設(shè)計方案4.1設(shè)計思路對已有的鎖緊螺母結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，在采用防松螺母時，螺母的第一、二、三連線承擔(dān)了70%-80%的負(fù)載，而剩下的部分只承擔(dān)極少的負(fù)載，這一非均載現(xiàn)象嚴(yán)重影響了螺紋的緊密性，而在正常螺紋的振動工況下，則更易克服螺紋接觸的鎖定力。最后造成螺帽松動。為此，在設(shè)計分離式彈性螺紋時，關(guān)鍵在于解決其抗松脫問題，即設(shè)計者要使其受力均勻，解決其受力均勻分布困難，以及傳統(tǒng)剛性聯(lián)接中，前、后圓受力不均勻等難題，在保證螺紋安全的前提下，還能改善連接的整體強度，進而提高螺帽的緊固度，防止螺母松動。螺帽松動。4.2設(shè)計原理彈性分離式防松螺母內(nèi)部采用了菱形界面的彈性螺紋，其剖面結(jié)構(gòu)見圖1。這樣設(shè)計的目的是使螺栓和基體內(nèi)螺紋的連接方式從傳統(tǒng)的剛性連接變?yōu)閺椥赃B接。采用彈性連接方式，可減少內(nèi)、外螺紋間的間隙，實現(xiàn)負(fù)載平均分配，解決常規(guī)螺紋結(jié)構(gòu)在齒面上受力不均勻的難題，大幅提升接頭強度。通過改善聯(lián)接強度，增加絲杠副間的摩擦系數(shù)，使得整體聯(lián)接更加緊密，從而實現(xiàn)了提升螺帽結(jié)構(gòu)抗振動、抗松動性能的目標(biāo)。螺帽與螺釘間的內(nèi)彈性螺紋，由不銹鋼材料制成，徹底解決了螺帽、螺釘易銹蝕的難題，并可大大增強其可拆卸性及再利用性。4.3設(shè)計特點彈性分體鎖緊螺帽，其外型與國家標(biāo)準(zhǔn)的六角螺帽完全一樣，無需專門的工具，只需一只普通的扳手就能完成。相對于其它防松脫設(shè)備，架空輸電線防松脫設(shè)備具有較高的防松實用價值，其主要設(shè)計特征為：①采用了一種彈性螺紋和螺帽的主體隔離結(jié)構(gòu)，確保了在強振動、沖擊等情況下，螺母可以發(fā)揮良好的防振和防松效果，使得螺栓與螺母結(jié)合得非常牢固，不會出現(xiàn)松動；其結(jié)構(gòu)為彈性聯(lián)接，內(nèi)有彈性的螺紋；②為彈性聯(lián)接，內(nèi)有彈性的螺紋，可通過微小的變形實現(xiàn)對容差的適配與填充，使得聯(lián)接的效果更為緊密；③通過彈性聯(lián)接，解決了剛性螺帽在各環(huán)上的受力不均勻，從而實現(xiàn)了防振、防松，既能保護螺紋又能提高連接強度；④彈性螺紋連接可增強其承載能力和抗疲勞強度，彈性螺紋使連接載荷均勻地分布在每一圈螺紋上，進而增加連接強度；⑤彈性螺紋表面打磨光滑，在潮濕腐蝕等惡劣環(huán)境中具有良好的抗腐蝕能力，能長時間不生銹，避免因螺紋銹蝕導(dǎo)致拆卸困難，螺母主體采用熱浸鍍鋅、達克羅等防腐工藝，滿足電力系統(tǒng)對防腐性能要求；⑥彈性螺紋防松螺母外形尺寸與國標(biāo)六角螺母一致，因此可以使用常規(guī)工具來完成對彈性螺紋防松螺母的安裝和拆卸，且反復(fù)拆裝對螺母的防松性能不會造成太大的影響，能夠降低緊固件的更換頻次，減少維護成本。4.4主要參數(shù)彈性螺紋防松螺母的設(shè)計參數(shù)見表1，根據(jù)表1所示的設(shè)計參數(shù)，該螺母有五種設(shè)計規(guī)格，可以滿足大部分設(shè)施場景下的電力設(shè)備零部件加固任務(wù)，起到良好的固實效果。表1彈性螺紋防松螺母的設(shè)計參數(shù)規(guī)格大徑DL中徑D2L小徑D1L基本尺寸/mm下偏差/μm基本尺寸/mm上偏差/μm下偏差/μm基本尺寸/mmD1L上偏差/μm下偏差/μm用于5H用于6HM1011.949010.974+87+115010.325+2360M1214.27313.137+99+13412.379+265M1618.59617.299+107+14516.433+300M2023.24821.624+111+15420.541+355M2427.89725.949+144+18624.650+4005、結(jié)語輸電用緊固螺母防松止退裝置的研究與設(shè)計是保障輸電線路安全運行的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。在輸電線路中，桿塔螺栓的松動問題可能導(dǎo)致線路故障，影響電力系統(tǒng)的正常運行。因此，研究和設(shè)計一種有效的輸電用緊固螺母防松止退裝置具有重要的現(xiàn)實意義。本文通過分析了桿塔螺栓松動的原因，包括溫度變化、振動、螺栓材質(zhì)問題等。指出了傳統(tǒng)處理措施存在的弊端，如效率低下、難以確保長期穩(wěn)定等。接著，提出了一種彈性螺紋分離式防松螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在通過彈性螺紋的設(shè)計，實現(xiàn)螺母的自鎖功能，從而有效防止螺栓松動。在防松螺母的中彈性螺紋分離式設(shè)計方案中，本文詳細(xì)闡述了設(shè)計思路、原理、特點及主要參數(shù)。該設(shè)計方案具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、防松效果顯著等優(yōu)點，有望為輸電線路的安全運行提供有效的保障?？偟膩碚f，輸電用緊固螺母防松止退裝置的研究與設(shè)計是一項關(guān)鍵的技術(shù)領(lǐng)域，對保障輸電線路的安全運行具有重要意義。通過不斷研究和探索，可以進一步提高輸電線路的穩(wěn)定性和可靠性，為我國電力系統(tǒng)的安全運行提供有力支持。未來的研究可以在以下幾個方面進行深入探討：1.進一步優(yōu)化彈性螺紋分離式防松螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高其防松性能和可靠性。2.研究適用于不同環(huán)境和工況下的防松螺母材料，以提高其適應(yīng)性和耐用性。3.探索防松螺母的智能化監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對螺栓松動的實時監(jiān)測和預(yù)測，提高線路的安全管理水平。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和改進，相信輸電用緊固螺母防松止退裝置的研究與設(shè)計將為輸電線路的安全運行提供更加可靠的保障，為我國電力事業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。參考文獻[1]羅威,郭磊,魯毅等.螺紋緊固件松動的影響因素及防松工藝[J].北京汽車,2022,(04):40-43+46.[2]杜巖.螺紋緊固件防松性能影響因素分析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2022,35(01):134-137.[3]劉力,袁英強.螺紋連接防松技術(shù)研究綜述[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2022,(01):114-120.[4]劉曉玉,劉鍇,張忠偉等.螺紋緊固件防松能力評價的試驗方法[J].質(zhì)量與可靠性,2021,(06):29-33.[5]韋小華,徐清魁.淺析螺紋緊固件扭矩的計算與驗證[J].汽車實用技術(shù),2021,46(18):137-140+166.[6]鞏浩,劉檢華,馮慧華.螺紋連接松動機理和防松方法研究綜述[J].機械工程學(xué)報,2022,58(10):326-347+360.[7]熊承添.橫向激勵下螺紋連接松動過程及防松裝置研究[D].華南理工大學(xué),2021.[8]黃志強,鄭旺輝,金景峰.螺紋連接防松技術(shù)研究及試驗驗證[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2021,49(01):91-97.[9]劉曉玉,劉鍇,張忠偉等.螺紋緊固件松動影響因素閉環(huán)橫向振動試驗研究[J].質(zhì)量與可靠性,2021,(01):1-6.[10]周思琪,張建軍.常見緊固件橫向振動試驗方法[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2021,34(01):84-85+94.[11]徐海東,魏鵬程.螺紋緊固件摩擦系數(shù)對擰緊質(zhì)量影響的研究[J].汽車實用技術(shù),2020,45(24):156-159.[12]霍永久.螺紋緊固件新型抗振防松解決方案[J].中國金屬通報,2020,(11):124-126.[13]張翼,吳云峰,方紅榮等.楔形螺紋緊固件性能試驗研究[J].導(dǎo)彈與航天運載技術(shù),2020,(01):123-126.[14]郎福權(quán).螺紋緊固件防松性能的影響因素分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2019,(11):112-113.[15]張繼偉.汽車螺紋連接結(jié)構(gòu)防松性能提升及多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計[D].武漢理工大學(xué),2019.[16]張姍姍,王健,蔡明鋼.楔形防松螺紋的防松性能分析[J].上海計量測試,2018,45(03):43-44.[17]劉傳波,孫靜明,莫易敏.螺紋緊固件防松性能影響因素研究[J].現(xiàn)代制造工程,2018,