CN109629399B - 砼盖锚固螺栓装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种PC梁支座用的砼盖锚固螺栓装置，包括：锚固螺栓；第一球面螺母螺纹连接于锚固螺栓的第一端；球面螺母座设置于锚固螺栓的第一端，该球面螺母座的内凹球面与该第一球面螺母的凸起球面紧挨匹配；第二球面螺母螺纹连接于锚固螺栓的第二端；球面垫圈设置于锚固螺栓的第二端，该球面垫圈的凸起球面与该第二球面螺母的内凹球面紧挨匹配；防松螺母螺纹连接于锚固螺栓的第二端且位于第二球面螺母朝向第二端方向一侧；其中第一球面螺母、球面螺母座、球面垫圈、平面垫圈、第二球面螺母和防松螺母的表面经渗氮工艺和原位生长复合材料工艺处理形成防腐耐磨材料渗层。本公开可以提高砼盖锚固螺栓防腐耐磨性能，延长使用寿命。

Description

砼盖锚固螺栓装置

技术领域

本公开涉及轨道交通部件技术领域，尤其涉及一种PC梁支座用的砼盖锚固螺栓装置。

背景技术

PC梁支座是跨座式轨道交通PC轨道梁的重要部件，其主要功能是将轨道梁上部结构的力及变位传递给下部结构，以满足桥跨结构对力及变位的需要。PC梁支座的一个重要连接部件为砼盖锚固螺栓组件，用于PC梁支座和桥墩的紧固连接。由于工作环境的特殊，如处于大气环境中，雨水冲刷，车辆运行时导致的冲击磨损等，PC轨道梁支座上的砼盖锚固螺栓组件存在极易腐蚀，耐磨性能差，不耐冲击等缺陷，另外螺纹螺栓副存在咬口粘接等现象，这些因素导致砼盖锚固螺栓组件使用寿命短，也间接影响行车安全。

发明内容

本公开的目的在于提供一种砼盖锚固螺栓装置，进而至少在一定程度上克服上述缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开实施例提供一种砼盖锚固螺栓装置，该装置包括：

锚固螺栓，具有相对的第一端和第二端，该第一端和第二端分别设有外螺纹；

第一球面螺母，螺纹连接于所述锚固螺栓的第一端；

球面螺母座，设置于所述锚固螺栓的第一端，且位于所述第一球面螺母朝向所述第二端方向一侧，该球面螺母座的内凹球面与该第一球面螺母的凸起球面紧挨匹配；

第二球面螺母，螺纹连接于所述锚固螺栓的第二端；

球面垫圈，设置于所述锚固螺栓的第二端，且位于所述第二球面螺母朝向所述第一端方向一侧，该球面垫圈的凸起球面与该第二球面螺母的内凹球面紧挨匹配；

防松螺母，螺纹连接于所述锚固螺栓的第二端，且位于所述第二球面螺母朝向所述第二端方向一侧；

其中，所述锚固螺栓、第一球面螺母、球面螺母座、球面垫圈、第二球面螺母和防松螺母中的一个或多个的表面经渗氮工艺和原位生长复合材料工艺处理形成防腐耐磨材料渗层。

本公开的实施例中，所述球面螺母座靠近所述第一球面螺母一侧面设有一个或多个防转螺钉。

本公开的实施例中，所述防转螺钉的材料为A2-70。

本公开的实施例中，所述球面垫圈朝向所述第一端方向一侧还设有一平面垫圈。

本公开的实施例中，所述锚固螺栓的材料为14Cr17Ni2。

本公开的实施例中，所述第一球面螺母、球面螺母座、球面垫圈、第二球面螺母和防松螺母的材料均为40Cr。

本公开的实施例中，所述渗氮工艺为液体离子复合渗氮工艺。

本公开的实施例中，所述原位生长复合材料工艺为基于渗氮强化金属表面基的锌镍氮氧原位生长工艺。

本公开的实施例中，所述防腐耐磨渗层的总厚度为10～100μm。

本公开的实施例中，所述防腐耐磨渗层由表及里依次包括锌镍渗层、锌镍氮氧层、锌镍氮层和氮化物扩散层。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的实施例中提供一种防腐耐磨性好的砼盖锚固螺栓装置，其中第一球面螺母、球面螺母座、球面垫圈、第二球面螺母和防松螺母中的一个或多个的表面经渗氮工艺和原位生长复合材料工艺处理形成防腐耐磨材料渗层，这样使得该砼盖锚固螺栓装置零件防腐耐磨性好，表面硬度高韧性好，耐冲击性好，使用寿命长，可减少对行车安全的影响。

附图说明

图1示出本公开实施例中砼盖锚固螺栓装置结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例中防松螺母锤击试验视频截图；

图3示出本公开示例性实施例中球面螺母座锤击试验视频截图；

附图标记如下：

1、锚固螺栓；2、第一球面螺母；3、防转螺钉；4、球面螺母座；

5、平面垫圈；6、球面垫圈；7、第二球面螺母；8、防松螺母。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中提供了一种砼盖锚固螺栓装置，参考图1中所示，该装置可以包括锚固螺栓1、第一球面螺母2、球面螺母座4、第二球面螺母7、球面垫圈6和防松螺母8。其中，所述锚固螺栓1具有相对的第一端101和第二端102，该第一端102和第二端102分别设有外螺纹，该第一端101和第二端102之间为螺杆部103。所述第一球面螺母2螺纹连接于所述锚固螺栓1的第一端101；所述球面螺母座4包括贯穿的通孔，通过该通孔穿过锚固螺栓1的螺杆部103而设置于所述锚固螺栓1的第一端101，且位于所述第一球面螺母2朝向所述第二端102方向一侧，该球面螺母座4的内凹球面与该第一球面螺母2的凸起球面紧挨匹配。所述第二球面螺母7螺纹连接于所述锚固螺栓1的第二端102；所述球面垫圈6设置于所述锚固螺栓1的第二端102，且位于所述第二球面螺母7朝向所述第一端101方向一侧，该球面垫圈6的凸起球面与该第二球面螺母7的内凹球面紧挨匹配；所述防松螺母8螺纹连接于所述锚固螺栓1的第二端102，且位于所述第二球面螺母7朝向所述第二端102方向一侧。通过上述各个零部件的配合，该砼盖锚固螺栓装置可以很好地将PC梁支座和桥墩紧固连接。

在本实施例中，所述锚固螺栓1、第一球面螺母2、球面螺母座4、球面垫圈6、第二球面螺母7和防松螺母8中的一个或多个的表面经渗氮工艺和原位生长复合材料工艺处理形成防腐耐磨材料渗层(图未示)。这样使得该砼盖锚固螺栓装置零件防腐耐磨性好，表面硬度高，韧性和耐冲击性好，因此使用寿命大大延长，可减少对行车安全的潜在影响。

在本公开的一实施例中，所述球面螺母座4靠近所述第一球面螺母2一侧面可以设有一个或多个防转螺钉3。本实施例中设置两个防转螺钉3，该球面螺母座4上可对称设有两个螺纹孔，两个防转螺钉3螺纹连接于该两个螺纹孔。所述防转螺钉3的材料可以为A2-70，当然并不限于此。

在本公开的实施例中，所述球面垫圈6朝向所述第一端101方向一侧还可以设有一平面垫圈5，这样可保证紧固连接时的质量。

本公开实施例提供的砼盖锚固螺栓装置可以应用于城市轨道交通线路，例如安装在PC梁支座上，用于PC梁支座和桥墩的紧固连接。具体的，连接时在锚固螺栓1的下部(对应第一端101)，紧固力通过螺杆部103作用于第一球面螺母2和球面螺母座4，球面螺母座4承受来自桥墩的支座反力；在锚固螺栓1的上部(对应第二端102)，紧固力通过螺杆部103作用于第二球面螺母7、平垫圈5和球面垫圈6，球面垫圈6与PC梁支座直接接触，承受来自PC梁支座的反力，将PC梁支座和桥墩锚固连接。

在本公开的实施例中，所述锚固螺栓1的材料可以为14Cr17Ni2。所述第一球面螺母2、球面螺母座4、球面垫圈6、第二球面螺母7和防松螺母8的材料均为40Cr，当然并不限于此。

本公开的实施例中，所述渗氮工艺为液体离子复合渗氮工艺，具体的，在一个示例中，该工艺可以包括以下步骤：

1)零件内外表面进行除油、清洗、干燥处理；外表面进行抛丸、抛光处理；

2)零件预热处理，将零件放置在电阻加热炉中预热，预热温度为200～450℃，时间为10～100min；

3)零件均热化处理，零件在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热均匀保温，进行零件均热化处理，温度为400～600℃，时间10～120min；

4)零件液体离子氮化处理，零件在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热氮化处理，温度为500～650℃，时间为10～120min，形成防腐耐磨性较好的Fe2N、Fe3N、、Fe4N氮化物组织、Fe3C碳化物组织；

5)零件氧化处理：零件在氧化炉中加热处理，温度300～450℃，时间10～120min，形成防腐耐磨性较好的Fe3O4氧化物组织。

在本公开的实施例中，所述原位生长复合材料工艺为基于渗氮强化金属表面基的锌镍氮氧原位生长工艺，实现原位生长锌镍复合材料，该原位生长复合材料工艺可以包括以下步骤：

(1)对上述渗氮处理后的零件进行超声波清洗、烘干；

(2)将零件放入锌镍氮氧原位复合生长处理炉内，按照镍粉∶锌粉为重量份1∶10的比例加入渗剂，密封盖上炉盖，搅拌10分钟；

(3)将锌镍氮氧原位复合生长处理炉内抽真空，保压10-30秒，此过程的目的是让锌镍混合粉吸入渗氮金属零件表面的缝隙里，使锌镍渗层在零件基体的缝隙里原位生根，并由里到外复合生长。具体可依据工艺情况，在原位复合生长过程中，可以多次抽真空。

(4)在锌镍氮氧原位复合生长处理炉内进行锌镍氮氧原位复合生长使零件表面形成镍铁化合物组织。具体的，将炉体推入加热炉，一边滚动，一边加热，使炉温在1-2小时到达工艺温度400～550±10℃(可根据渗层质量要求制定工艺温度)。

(5)在升温过程中，依据工艺要求，可抽真空2-3次；

(6)在400～550℃保温、保压5-6小时；

(7)把炉体从加热炉取出，继续转动炉体，直到炉温降低到50～70℃，取出零件。

(8)除去零件表面的灰尘。

在本公开的一实施例中，经上述工艺处理后最终形成的所述防腐耐磨渗层的总厚度可以为10～100μm，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm等等。

具体的，在本公开的实施例中，所述防腐耐磨渗层由表及里依次可以包括锌镍渗层、锌镍氮氧层、锌镍氮层和氮化物扩散层。示例性的，锌镍渗层至少包括锌和镍；锌镍氮氧层至少包括防腐耐磨性能较好的锌、镍、Fe₂N、Fe₃N、Fe₄N和Fe₃O₄组织；锌镍氮层至少包括防腐耐磨性较好的锌、镍、Fe₂N、Fe₃N和Fe₄N组织；氮化物扩散层至少包括Fe₂N和Fe₃N组织，当然并不限于此。

本发明可以实现在砼盖锚固螺栓装置的零件经渗氮强化基体基础上再进行例如锌镍氮氧的原位生长工艺处理，零件表面渗层和基体之间逐渐过渡并融为一体，没有明显的分界线，可使得渗层和基体具有较好的硬度梯度，进而使渗层与基体结合力非常好，表面硬度较高，耐冲击性以及防腐耐磨性均较好。本发明可以克服现有砼盖锚固螺栓存在的渗层与基体结合力较差、表面硬度低、耐冲击性能差等缺陷问题，提供一种新型的防腐耐磨性能好的砼盖锚固螺栓组成。

性能试验

一、零件防腐性能

表1、盐雾试验首次出现锈斑时间

零件名称	中性盐雾试验时间	二氧化硫盐雾试验时间
			防松螺母	850	203
第一球面螺母	850	202
			平垫圈	1000	205
球面垫圈	1000	205
			第二球面螺母	800	210
球面螺母座	800	200

二、机械性能对比：

表2、螺纹旋合性能试验

表3、疲劳拉力试验结果

由以上各表数据可以看出，本发明所涉及的防腐耐磨性好的砼盖锚固螺栓装置，其至少部分或全部零件经过渗氮强化基体表面，在经锌镍氮氧原位复合生长技术工艺处理后，防腐性能好，中性盐雾试验时间大于600小时，二氧化硫盐雾试验时间大于等于200小时。所述第一球面螺母2、球面螺母座4、球面垫圈6、第二球面螺母7、防松螺母8等可承受重锤锤击，如图2～3所示，零件表面承受重锤锤击后，基本不起皮、不脱落，耐冲击性好。另外，在25吨保载拉力、60吨最低屈服拉力试验后，螺母旋合自如；在拉力幅为50吨～270吨、频率为5Hz条件下，经3×10⁶次疲劳拉力试验，螺栓组成不失效。因此该砼盖锚固螺栓装置具备较高的疲劳寿命，较好的旋合性能，较好的耐磨性能和防腐性能，同时具备良好耐冲击性能。

本发明的砼盖锚固螺栓装置可应用于城市轨道交通领域中PC梁支座和桥梁水泥墩之间的紧固连接，其机械性能符合国家相关标准，可提高轨道交通安全性，螺栓装置的零件表面具有较高的硬度和韧性、较强的防腐耐磨性能；且零件表面承受重锤锤击后，渗层不起皮、剥落，可在酸性和碱性腐蚀环境下使用，尤其在酸洗/碱性交替腐蚀环境下，具有较好的防腐性能。该盖锚固螺栓装置可用于高铁、城市轨道交通设备螺纹锚固连接，也可适用于高温度、高湿度环境下的海洋岛礁、海港码头、船舶舰船、酸雨集中区域以及海水输送、海水净化等领域设备的锚固螺栓紧固连接和螺钉紧固连接，应用范围广泛，具有很高的经济价值。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (8)

1.一种砼盖锚固螺栓装置，其特征在于，该装置包括：

锚固螺栓，具有相对的第一端和第二端，该第一端和第二端分别设有外螺纹；

第一球面螺母，螺纹连接于所述锚固螺栓的第一端；

球面螺母座，设置于所述锚固螺栓的第一端，且位于所述第一球面螺母朝向所述第二端方向一侧，该球面螺母座的内凹球面与该第一球面螺母的凸起球面紧挨匹配；

第二球面螺母，螺纹连接于所述锚固螺栓的第二端；

球面垫圈，设置于所述锚固螺栓的第二端，且位于所述第二球面螺母朝向所述第一端方向一侧，该球面垫圈的凸起球面与该第二球面螺母的内凹球面紧挨匹配；

防松螺母，螺纹连接于所述锚固螺栓的第二端，且位于所述第二球面螺母朝向所述第二端方向一侧；

其中，所述锚固螺栓、第一球面螺母、球面螺母座、球面垫圈、第二球面螺母和防松螺母中的一个或多个的表面经渗氮工艺和原位生长复合材料工艺处理形成防腐耐磨材料渗层；

所述渗氮工艺为液体离子复合渗氮工艺，所述原位生长复合材料工艺为基于渗氮强化金属表面基的锌镍氮氧原位生长工艺；

所述液体离子复合渗氮工艺包括以下步骤：

零件内外表面进行除油、清洗、干燥处理，外表面进行抛丸、抛光处理；

零件预热处理，将零件放置在电阻加热炉中预热，预热温度为200～450°C，时间为10～100min；

零件均热化处理，零件在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热均匀保温，进行零件均热化处理，温度为400～600°C，时间10～120min；

零件液体离子氮化处理，零件在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热氮化处理，温度为500～650°C，时间为10～120min；

零件氧化处理：零件在氧化炉中加热处理，温度300～450°C，时间10～120min；

所述锌镍氮氧原位生长工艺包括以下步骤：

对渗氮处理后的所述零件进行超声波清洗、烘干；

将所述零件放入锌镍氮氧原位复合生长处理炉内，按照镍粉∶锌粉为重量份1∶10的比例加入渗剂，密封盖上炉盖，搅拌10分钟；

将所述锌镍氮氧原位复合生长处理炉内抽真空，保压10-30秒；

在所述锌镍氮氧原位复合生长处理炉内进行锌镍氮氧原位复合生长使所述零件表面形成镍铁化合物组织；

在升温过程中，抽真空2-3次；

在400~550℃保温、保压5-6小时；

从所述锌镍氮氧原位复合生长处理炉中取出炉体，继续转动所述炉体，直到炉体温降低到50~70℃，取出所述零件。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述球面螺母座靠近所述第一球面螺母一侧面设有一个或多个防转螺钉。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述防转螺钉的材料为A2-70。

4.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述球面垫圈朝向所述第一端方向一侧还设有一平面垫圈。

5.根据权利要求1~4之一所述装置，其特征在于，所述锚固螺栓的材料为14Cr17Ni2。

6.根据权利要求1~4之一所述装置，其特征在于，所述第一球面螺母、球面螺母座、球面垫圈、第二球面螺母和防松螺母的材料均为40Cr。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述防腐耐磨材料渗层的总厚度为10~100μm。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述防腐耐磨材料渗层由表及里依次包括锌镍渗层、锌镍氮氧层、锌镍氮层和氮化物扩散层。

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