CN112594273A - 一种输电塔螺栓偏心防松帽 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，所述偏心防松帽(15)套于螺栓(16)上且设置于螺母(19)外侧，所述偏心防松帽内壁具有锯齿(5)，所述偏心防松帽通过锯齿与螺母外侧紧锁。本发明克服了输电塔常用的螺栓防松效果差，进一步增强了螺栓与螺母的紧固效果，本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽增强了螺母施加垂直螺栓的预紧力，使螺栓轴线预紧力和径向预紧力不易于减弱，防松耐久性强，其加工和安装简单方便，造价低，可重复使用，对已建和新建输电塔螺栓螺母的防松紧固改造容易，通用性强。
Description
技术领域
本发明属于输电线路领域，具体涉及一种输电塔螺栓偏心防松帽。
背景技术
螺栓联接由预紧力保证可靠自锁，是机械可拆卸联接中使用最普遍的形式。输变电工程中输电铁塔目前均采用冷镦热浸镀锌六角头粗制(C级)螺栓及螺母，在静载荷和工作温度变化不大时，螺栓联接一般是可靠的。输变电工程中典型结构-输电铁塔，长期受自然环境因素的影响,在动载荷(强风、导线舞动、脱冰跳跃)或者温差较大的场合下，可能会引起螺栓联接的松动，从而造成螺栓联接预紧力的减小甚至消失，使螺栓连接强度大幅下降，造成部分螺栓和塔材松动或脱落，导致输电塔结构失稳而发生倒塔等严重事故，直接威胁了电网安全。
螺栓松动是强风区和舞动区输电铁塔横担损坏的主要原因，输变电工程中输电铁塔钢结构低频率、长周期的螺栓振动特点，发现担下平面处是螺栓易发生松动的薄弱环节，其中下平面主材与固定端连接螺栓、横担端部挂点处杆件连接螺栓的松脱现象最为严重。如杨风利著《输电铁塔双螺母防松螺栓横向振动试验研究》；期刊《振动与冲击》。
据相关文献报导，为了解决这一问题，近年来出现了一些利用双螺母组合防松的结构设计，如中国专利申请公布号CN103277392A、CN109083917A等，其中CN109083917A，如图4所述，上述这些技术方案的突出问题是该发明公开的双重防松吸振型自锁螺母的上、下螺母两者通过摩擦吸振垫和摩擦吸振环固定，并分别通过螺纹与螺栓固定，这种双重固定在长期的振动环境中并不稳定，存在摩擦吸振垫和摩擦吸振环的磨损和老化，并且双重固定被外部振动环境打破后径向锁紧力随振动环境的变化大，而且容易减弱至近消失的状态；在螺栓预紧力随着振动减小甚至消失时，后期螺栓脱落趋势明显，并且该自锁螺母的加工复杂、造价较高，上、下螺母的安装方向和适于力矩在安装时相对繁琐，并得不到保障。
据相关文献报导，李元必著的《偏心圆锥锁紧防松装置》公开的一种发明的螺纹联接防松装置，由偏心圆锥或同心圆锥与现有标准螺纹系列组成的防松螺母，防松六角头螺钉及垫圈，在不同的工况条件下，进行不同的组合使用，可以在受冲击，振动和变栽的情况下，完全防止螺纹联接的松动,并可拆卸重复使用。
据相关文献报导，哈德洛克(Hard Lock)螺母如图5所示，该哈德洛克螺母得到广泛应用，哈德洛克螺母已被铁路系统所采用，新干线自从采用哈德洛克螺母也保持运行以来无人身事故的纪录。哈德洛克螺母是成对配套使用的，分为凹状螺母102和凸状螺母101，安装时注意顺序，凸状螺母在下方先装，凹状螺母在上方后装。凸状螺母制造时采用的偏心加工，凹状螺母是正常的中心圆形加工，当两个凸凹螺母上下拧在一起，就像螺母中插入楔子103一样，从而实现了防松动的效果。
综上所述在输电线路不同运行环境下选取的螺栓螺母组合件的防松型式存在以下不足：
(1)、输变电工程中输电铁塔目前均采用冷镦热浸镀锌六角头粗制(C级)螺栓，而双重防松吸振型自锁螺母、哈德洛克螺母均为精加工，如果用在粗制螺栓上，间隙配合有一定问题，防松效果有待检验。
(2)、上述两种防松螺母造价较高，价格在冷镦粗制螺栓的10倍以上，制约其在输变电工程中输电铁塔的推广应用。
(3)、上述两种防松螺母在高铁上应用较多，而高铁在火车高速通过时为高频振动，而输变电工程中输电铁塔钢结构主要受风荷载影响而振动，属于低频振动。
(4)、输变电工程中输电铁塔安装一般属于高空作业，安装空间和视野局限性很大，双重防松吸振型自锁螺母存在上、下两个螺母装反，上部螺母拧反等操作上的问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的针对输电塔常用的螺栓防松效果不好，螺栓轴向预紧力的减小导致的螺栓松动或脱落，防松型式单一，耐久性差，其加工和安装相对复杂，重复使用度低，对已建和新建输电塔螺栓16下部螺母19的防松紧固的改造困难，通用性差的问题。本发明提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，所述偏心防松帽15套于螺栓16上且设置于螺母19外侧，所述偏心防松帽15内壁具有锯齿5，所述偏心防松帽15通过锯齿5与螺母19外侧紧锁。
优选地，所述锯齿5为三角形、宝塔形、锥型或柱形形状中的一种。
优选地，所述锯齿5为多个，呈矩阵形或梅花形态分布。
优选地，所述锯齿5的高度根据螺栓16外螺纹高度和所述螺母19外侧的圆周直径配合设置。
优选地，所述锯齿5分布的间隔根据螺母19外侧的圆周直径和高度设置。
优选地，所述偏心防松帽15内壁设置多个槽沟结构，所述槽沟结构的形态为直线型、S形、多边形或圆形。
优选地，所述槽沟结构为开口凹槽4，所述开口凹槽4沿偏心防松帽15轴心方向或圆周分布于偏心防松帽15内壁。
优选地，所述开口凹槽4底部设置有尖角，尖角刺尖朝向偏心防松帽15轴心。
优选地，所述偏心防松帽15的中心轴线与螺栓16的中心轴线有偏心距。
优选地，所述偏心防松帽15从下至上依次包括中空锥型结构的楔形段和中空结构的螺纹段，
所述锯齿5或槽沟结构设置于螺纹段内壁或楔形段内壁。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，所述偏心防松帽15套于螺栓16上且设置于螺母19外侧，所述偏心防松帽15内壁具有锯齿5，所述偏心防松帽15通过锯齿5与螺母19外侧紧锁。本发明克服了输电塔常用的螺栓防松效果差，进一步增强了螺栓与螺母的紧固效果，本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽增强了螺母施加垂直螺栓的预紧力，使螺栓轴线预紧力和径向预紧力不易于减弱，防松耐久性强，其加工和安装简单方便，造价低，可重复使用，对已建和新建输电塔螺栓螺母的防松紧固改造容易，通用性强。
附图说明
图1本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽俯视结构图；
图2为现有技术中的一种弹簧垫圈的结构示意图；
图3为现有技术中的一种双螺母的结构示意图；
图4为现有技术中的一种扣紧螺母的结构示意图；
图5现有技术提供的一种哈德洛克螺母的防松结构示意图；
图6本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽正视结构图；
图7本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽安装示意图；
图8本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽防松原理示意图。
附图标号说明：
1-偏心防松帽外圆周；2-偏心段下部圆周；3-偏心段上部圆周；4-螺纹开口凹槽；5-锯齿；6-下部螺母内螺纹；7-偏心段的中空部；9-偏心段上部圆周内径；10-偏心段下部圆周内径；11-偏心防松帽外圆周外径；12-螺纹段高度；13-偏心段高度；14-偏心防松帽高度；15-偏心防松帽；16-螺栓；19-螺母；101-凸状螺母；102-凹状螺母；103-楔子。
具体实施方式
本发明提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，包括上部的螺纹段和下部的偏心段，所述螺纹段为同心构造，具有匹配螺栓的内螺纹；所述偏心段为偏心结构；所述螺纹段套置于螺栓16，通过偏心结构紧固螺母19于螺栓16。通过偏心防松帽15中偏心段具有的几何偏心结构，对下部螺母19产生径向锁紧力和轴向偏心预紧力，增大下部螺母19与螺栓16的螺纹之间的摩擦力，防下部螺母19松动；偏心防松帽15内壁的锯齿5楔入下部螺母19，阻止偏心防松帽15与下部螺母19之间的旋转，保持偏心防松帽15的偏心锁紧力不减弱；偏心防松帽15的内螺纹上具有螺纹开口凹槽4，偏心防松帽15与下部螺母19接触点的对侧，产生横向锁紧力，使偏心防松帽15的螺纹开口槽4上的尖角楔入螺栓16的螺纹内，进一步阻止偏心防松帽15旋转松动，进而防下部螺母19的旋转松动。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，所述偏心防松帽15套于螺栓16上且设置于螺母19外侧，
所述偏心防松帽15内壁具有锯齿5，所述偏心防松帽15通过锯齿5与螺母19外侧紧锁。
进一步优选地，所述锯齿5可以为三角形、宝塔形、锥型或柱形等形状中的一种或多种组合。
进一步优选地，所述锯齿5为多个，呈矩阵形或者梅花形态分布。
进一步优选地，锯齿5在所述楔形段内壁上呈扇形分布，所述扇形范围对应的中心角为60°～180°。
进一步优选地，所述锯齿5的高度根据螺栓16外螺纹高度和所述螺母19外侧的圆周直径大小配合设置，配置设置大小正好可以使所述偏心防松帽15紧固于螺栓16外螺纹或螺母19外侧。
进一步优选地，所述锯齿5分布的间隔根据螺母19外侧的圆周直径大小和高度配合设置。所述锯齿5为等边三角形，在所述扇柱圆周内壁上呈垂直楔形段轴线的条带分布，左右间隔为0.5mm，在楔形段内壁从上至下间隔为1mm分布。
进一步优选地，所述等边三角形锯齿5条带只为一条，位于楔形段中部的内壁上，长度为楔形段内壁圆周的1/3。
进一步优选地，所述锯齿5为等边三角形，其一边沿所述楔形段中心轴线方向设置于楔形段内壁，高度范围为0.5～2mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过锯齿5紧固螺栓16外螺纹，克服了输电塔常用的螺栓防松效果差，螺栓轴向预紧力的减小导致的螺栓松动或脱落，本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽防松耐久性强，通过几何形状偏心的方式，为螺母施加垂直螺栓杆的预紧力，避免了受螺栓轴向预紧力易于减弱的不利影响；不改变常用输电塔螺栓结构，仅在常用螺母外则增加偏心防松帽，其加工和安装简单方便，造价低，可重复使用；对已建和新建输电塔螺栓螺母的防松紧固改造容易，通用性强，进一步增强了螺栓与螺母的防松动效果。
实施例2
基于同一发明构思，如图1和图6所示，本发明还提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，所述偏心防松帽15内壁设置多个槽沟结构，所述槽沟结构的形态可以为直线型、S形、多边形或圆形。
进一步优选地，所述槽沟结构为多个开口凹槽4，所述开口凹槽4沿偏心防松帽15轴心方向或圆周分布于偏心防松帽15内壁。
进一步优选地，所述开口凹槽4底部设置有尖角，尖角刺尖朝向偏心防松帽15轴心。
进一步优选地，所述多个开口凹槽4位于螺纹段，当所述偏心防松帽15与螺栓16锁紧时所述尖角楔入所述螺栓16的螺纹内，所述螺纹开口凹槽4设置于螺纹段内壁上，沿螺纹段轴心方向从上至下设置，多个螺纹开口凹槽4沿螺纹段内壁的圆周上分布。
进一步优选地，所述多个螺纹开口凹槽4分布于螺纹段内壁圆周范围为扇形，所对应的中心角为30°～90°，进一步优选为60°。
进一步优选地，所述螺纹开口凹槽4的宽度和高度根据螺栓16外螺纹高度和外螺纹间距大小设置。
进一步优选地，所述螺纹开口凹槽4的宽度为0.5～5mm，进一步优选为2mm。
进一步优选地，所述螺纹开口凹槽4底部的尖角的高度与螺纹段内壁上内螺纹高度一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过螺纹开口凹槽4内尖角紧固于螺栓16外螺纹，克服了输电塔常用的螺栓防松效果差，螺栓轴向预紧力的减小导致的螺栓松动或脱落，本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽防松耐久性强，防松型式单一，通过几何形状偏心的方式，为螺母施加垂直螺栓杆的预紧力，避免了受螺栓轴向预紧力易于减弱的不利影响；不改变常用输电塔螺栓结构，仅在常用螺母外则增加偏心防松帽，其加工和安装简单方便，造价低，可重复使用；对已建和新建输电塔螺栓螺母的防松紧固改造容易，通用性强，进一步增强了螺栓与螺母的防松动效果。
实施例3
基于同一发明构思，如图1和图6所示，本发明还提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，所述偏心防松帽15为一体式结构，所述一体式结构从下至上依次包括中空锥型结构的楔形段和中空结构的螺纹段。所述楔形段的中心轴线与螺栓16的中心轴线具有偏心距离。
进一步地，所述楔形段的内壁表面光面无螺纹，且所述偏心防松帽15的中心轴线与螺栓16的中心轴线的偏心距离范围为0.3～1mm，进一步优选为0.8mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过楔形段的中心轴线与螺栓16的中心轴线具有偏心距离，通过偏心距离的几何结构而紧固于螺栓16外壁上，克服了输电塔常用的螺栓防松效果差，螺栓轴向预紧力的减小导致的螺栓松动或脱落，本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽防松耐久性强，防松型式单一，通过几何形状偏心的方式，为螺母施加垂直螺栓杆的预紧力，避免了受螺栓轴向预紧力易于减弱的不利影响；不改变常用输电塔螺栓结构，仅在常用螺母外则增加偏心防松帽，其加工和安装简单方便，造价低，可重复使用；对已建和新建输电塔螺栓螺母的防松紧固改造容易，通用性强，进一步增强了螺栓与螺母的防松动效果。
实施例4
基于同一发明构思，本发明提供了一种输电塔螺栓偏心防松帽，如图6～8所示，包括上部的螺纹段和下部的偏心段，所述螺纹段为同心构造，具有匹配螺栓16的内螺纹；所述偏心段为偏心结构；所述螺纹段套置于螺栓16，通过偏心结构紧固螺母19于螺栓16。通过偏心防松帽15中偏心段具有的几何偏心结构，对下部螺母19产生径向锁紧力F1和轴向偏心预紧力F2，增大下部螺母19与螺栓16的螺纹之间的摩擦力，防下部螺母19松动；偏心防松帽15内壁的锯齿5楔入下部螺母19，阻止偏心防松帽15与下部螺母19之间的旋转，保持偏心防松帽15的偏心锁紧力不减弱；偏心防松帽15的内螺纹上具有螺纹开口凹槽4，偏心防松帽15与下部螺母19接触点的对侧，产生与F1大小相同的横向锁紧力F3，使偏心防松帽15的螺纹开口槽4上的尖角楔入螺栓16的螺纹内，进一步阻止偏心防松帽15旋转松动，进而防止下部螺母19的旋转松动。
进一步优选地，所述偏心防松帽15外侧圆周半径为偏心防松帽外圆周外径11，所述楔形段下部具有偏心段下部圆周内径10，上部具有偏心段上部圆周内径9，
其中所述偏心防松帽外圆周外径11、所述楔形段的底部圆周内径、偏心段下部圆周内径10、偏心段上部圆周内径9、所述楔形段的顶部圆周内径和所述螺纹段内径按顺序依次减小。
进一步优选地，偏心防松帽外圆周1的外径为40.7mm,偏心段下部圆周2的外径为36.2mm，偏心段上部圆周3的内径为27.4mm。
进一步优选地，所述螺纹段高度由螺栓16的直径和外螺纹、螺纹段内螺纹高度确定；所述楔形段高度由螺母19的高度设置。进一步优选为螺纹段高度为6.1mm，所述楔形段高度为6.1mm，也即所述偏心防松帽15的高度为12.2mm。
进一步优选地，螺纹段可以为M20六角螺母尺寸，内壁为普通M20螺纹，内部为中空结构。
受输变电工程中输电铁塔钢结构的加工、安装、野外运行的特点限制，并考虑经济便利性，目前输电电工程主要采用弹簧垫圈、双螺母、扣紧螺母等螺栓防松措施。这三种防松措施均属于摩擦防松，严重依赖于螺栓的预紧力作用，但由于螺栓安装时无法保证每个螺栓施工紧固扭矩达到预期值，以及螺栓连接结合面变形，导致安装过程易受人为因素的影响较大，容易导致螺栓预紧力的减小甚至消失，造成目前输变电工程中输电铁塔螺栓因振动而防松的效果和性能不理想，防松耐久性较差。
输变电工程中输电铁塔常用螺栓组件的防松设计及优缺点有：
弹簧垫圈：防松设计如图2所示，依靠弹簧垫圈在压平后产生的弹力和其切口尖角嵌入被联接件与紧固件支承面之间起防松作用；具有结构简单、成本低、安装方便的优点；但是经研究表明：(1)、由于弹簧垫圈弹力不均，在横向振动条件下防松效果较差，多用于普通防松要求的铁塔工程；(2)、在旋转安装过程中，切口尖角对联接塔材表面镀锌层造成刮伤等缺点。
双螺母：防松设计如图3所示，两个螺母对顶拧紧，使螺栓在旋合段内受拉而螺母受压，构成螺纹联接副纵向压紧；具有结构简单、成本低的优点；但是在实际中，(1)、上下两个螺母的安装扭矩须严格要求才能保证较好的防松性能；先用80％安装扭矩拧紧下面的螺母，再用100％的安装扭矩拧紧上面的螺母(杨风利等著的《输电铁塔双螺母防松螺栓横向振动试验研究》‘推荐安装扭矩下螺母25％、上螺母100％’)。目前安装时无法有效保证两个螺母的安装扭矩达到要求值。如果两个螺母拧紧力矩相同，则下面的螺母仅起到厚垫片的作用，达不到预期防松效果；(2)、上面的螺母仍存在易松退的趋势，长期振动时防松效果不可靠等的缺点。
扣紧螺母：防松设计如图4所示，扣紧螺母一般料厚0.4mm，采用冲压成形，为单扣弹性锁紧螺母，经常在双螺母锁紧结构中作为副螺母使用，它不能单独使用，只能与普通螺母配合使用；具有结构简单、成本低、安装方便的优点；但缺点是弹性力有限，长期振动时容易疲劳产生塑性变形导致弹性力减弱。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明优选所述偏心防松帽15各部件最优尺寸，通过锯齿5、螺纹开口凹槽4以及其楔形段的中心轴线与螺栓16的中心轴线具有偏心距而联合紧固于螺栓16，克服了输电塔常用的螺栓防松效果不好，螺栓轴向预紧力的减小导致的螺栓松动或脱落；通过偏心距产生轴向和径向上的紧锁力和开口凹槽4上尖角紧固于螺栓，克服了防松型式单一，本发明提供的一种输电塔螺栓偏心防松帽防松耐久性强，其加工和安装简单方便，可重复使用，对已建和新建输电塔螺栓螺母的防松紧固改造容易，通用性强，进一步增强了螺栓与螺母的防松动效果。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述偏心防松帽(15)套于螺栓(16)上且设置于螺母(19)外侧，
所述偏心防松帽(15)内壁具有锯齿(5)，所述偏心防松帽(15)通过锯齿(5)与螺母(19)外侧紧锁。
2.根据权利要求1所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述锯齿(5)为三角形、宝塔形、锥型或柱形形状中的一种。
3.根据权利要求1所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述锯齿(5)为多个，呈矩阵形或梅花形态分布。
4.根据权利要求1所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述锯齿(5)的高度根据螺栓(16)外螺纹高度和所述螺母(19)外侧的圆周直径配合设置。
5.根据权利要求1所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述锯齿(5)分布的间隔根据螺母(19)外侧的圆周直径和高度设置。
6.根据权利要求1所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述偏心防松帽(15)内壁设置多个槽沟结构，所述槽沟结构的形态为直线型、S形、多边形或圆形。
7.根据权利要求6所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述槽沟结构为开口凹槽(4)，所述开口凹槽(4)沿偏心防松帽(15)轴心方向或圆周分布于偏心防松帽(15)内壁。
8.根据权利要求7所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述开口凹槽(4)底部设置有尖角，尖角刺尖朝向偏心防松帽(15)轴心。
9.根据权利要求1所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述偏心防松帽(15)的中心轴线与螺栓(16)的中心轴线有偏心距。
10.根据权利要求5或6所述的输电塔螺栓偏心防松帽，其特征在于，所述偏心防松帽(15)从下至上依次包括中空锥型结构的楔形段和中空结构的螺纹段，
所述锯齿(5)或槽沟结构设置于螺纹段内壁或楔形段内壁。
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