PL207631B1

PL207631B1 - Bolt tensioning tool with determined axial force

Info

Publication number: PL207631B1
Application number: PL368923A
Authority: PL
Inventors: Józef Salwiński; Kazimierz Bednarek
Original assignee: Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2011-01-31
Also published as: PL368923A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do napinania śrub z dokładnie wyznaczoną siłą poosiową, stosowane w celu wywołania wymaganego nacisku wstępnego między łączonymi elementami.The subject of the invention is a device for tensioning bolts with a precisely determined axial force, used to create the required initial pressure between the joined elements.

Najprostszym sposobem napinania śrub jest przyłożenie określonego momentu skręcającego do nakrętki lub łba śruby, momentu wyznaczonego z praw mechaniki na podstawie geometrii śruby, współczynników tarcia na powierzchniach połączenia gwintowego oraz powierzchni czołowej nakrętki lub łba śruby, oddziaływującej siłą poosiową. Sposób ten realizowany kluczem dynamometrycznym obarczony jest znacznym błędem, wynikającym głównie z przyjętych wartości współczynnika tarcia, wartości przybliżonych i mających charakter losowy, różnych od występujących w rzeczywistych warunkach danego połączenia. W wielu zastosowaniach technicznych wymagane jest dokładne napięcie śrub do wyznaczonej wartości siły poosiowej. Przykładowo, producenci wielkogabarytowych łożysk wieńcowych stosowanych do osadzania wież obrotowych maszyn budowlanych, maszyn odlewniczych i czołgów, wymagają przy ich montażu stosowania napięcia śrub bliskiego ich wytrzymałości.The easiest way to tighten bolts is to apply a specific torque to the nut or bolt head, a torque determined from the laws of mechanics on the basis of the geometry of the bolt, friction coefficients on the surfaces of the threaded joint and the face of the nut or bolt head, exerting an axial force. This method, carried out with a torque wrench, is burdened with a significant error, resulting mainly from the assumed values of the friction coefficient, approximate and random values, different from the actual conditions of a given connection. In many technical applications, exact bolt tension to the determined value of the axial force is required. For example, manufacturers of large-size slewing bearings used for mounting turrets in construction machinery, casting machines and tanks, require bolt tension close to their strength when mounting.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 157328 rozwiązanie przenośnego przyrządu do pomiaru sił w śrubach sprężających posiada hydrauliczny siłownik tłokowy z poosiowo przelotowym otworem w korpusie i tłoku, przez który przewlekany jest trzpień śruby napinanej nakrętką. Manometr wkręcony w gniazdo korpusu siłownika umożliwia pomiar ciśnienia oleju w komorze tłokowej siłownika, ciśnienia będącego funkcją poosiowej siły sprężającej śrubę. Przyrząd uprzednio wzorcowany na maszynie wytrzymałościowej umożliwia ustalenie wartości momentu skręcającego dla danego klucza dynamometrycznego, przy której występuje określona siła poosiowa w śrubie.The solution of a portable device for measuring forces in compression bolts, known from Polish patent specification No. 157328, has a hydraulic piston actuator with an axially through hole in the body and the piston, through which the spindle of the bolt tightened with a nut is threaded. The pressure gauge screwed into the seat of the actuator body enables the measurement of oil pressure in the piston chamber of the actuator, the pressure being a function of the axial force compressing the bolt. The device, previously calibrated on a testing machine, enables the determination of the torque value for a given torque wrench, at which a specific axial force occurs in the bolt.

Znane są poosiowe napinacze zawierające - podobnie jak w opisanym przyrządzie - hydrauliczny siłownik tłokowy z poosiowo przelotowym otworem. Napinacz wyposażony jest w pompę o regulowanym ciśnieniu, połączoną z siłownikiem przez ciśnieniowe przewody elastyczne. Rozwiązanie takie znane jest między innymi z materiałów ofertowych firmy Boltech HTF. Przewody elastyczne cechują się dużą odkształcalnością sprężystą, przy bardzo wysokich ciśnieniach wytwarzanych w warunkach roboczych akumulują znaczną ilość energii. W sytuacji uszkodzenia wydostający się ze znaczną prędkością strumień oleju stanowi duże zagrożenie dla zdrowia obsługującego pracownika.Axial tensioners are known which contain - similarly to the described device - a hydraulic piston actuator with an axially through hole. The tensioner is equipped with a pressure regulated pump connected to the actuator by pressure hoses. Such a solution is known, inter alia, from Boltech HTF's offer materials. Flexible hoses are characterized by high elastic deformation, and at very high pressures generated in working conditions they accumulate a significant amount of energy. In the event of a damage, the stream of oil escaping at high speed poses a great threat to the health of the operator.

Urządzenie według wynalazku - podobnie jak w powyżej opisanych rozwiązaniach - posiada hydrauliczny siłownik tłokowy z osiowo przelotowym otworem, którym osadzane jest na gwintowanym trzpieniu napinanej śruby oraz przez nakrętkę napinającą łączone z tłokiem siłownika. Ponadto wyposażone jest w pompę o regulowanym ciśnieniu. Istota wynalazku polega na tym, że układ hydrauliczny siłownika tłokowego wypełniony jest smarem plastycznym a pompę stanowi ręcznie napędzana tłokowa prasa śrubowa, korpusem sztywno połączona z korpusem siłownika. Korpus siłownika po stronie elementów łączonych napinaną śrubą ma wnękę o wymiarach większych niż obrys nakrętki śruby, ponadto ścianka wnęki ma ukierunkowane obwodowo wycięcie.The device according to the invention - similarly to the solutions described above - has a hydraulic piston actuator with an axially through hole, which is mounted on the threaded spindle of the tension bolt, and through the tension nut connected to the piston of the actuator. In addition, it is equipped with a pressure-regulated pump. The essence of the invention consists in the fact that the hydraulic system of the piston cylinder is filled with plastic grease and the pump is a manually driven piston screw press, with the body rigidly connected to the cylinder body. The actuator body on the side of the elements connected with the tightened bolt has a cavity with dimensions larger than the outline of the bolt nut, moreover, the cavity wall has a peripherally oriented cutout.

W rozwią zaniu takim wymagane ciś nienie wywoł ane jest rę czną prasą ś rubową , która korpusem połączona jest bezpośrednio z siłownikiem bez użycia elastycznych przewodów. W sytuacji awarii i wystąpienia nieszczelności smar plastyczny wycieka ze znikomą prędkością, nie stanowiąc zagrożenia dla obsługi. Napięcie utrwalane jest dokręceniem nakrętki śruby przez przecięcie w ściance wnęki, przed obniżeniem ciśnienia.In such a solution, the required pressure is generated by a manual screw press, which with the body is connected directly to the actuator without the use of flexible pipes. In the event of a failure and leakage, the plastic grease escapes at a low speed, posing no threat to the operator. The tension is fixed by tightening the screw nut by cutting it in the wall of the cavity, before releasing the pressure.

Korzystnym jest gdy we wnęce umieszczony jest klucz nasadowy nakrętki śruby, z promieniowymi otworami w które wsuwana jest rękojeść prętowa.Preferably, in the recess there is a socket wrench for a screw nut, with radial holes into which the bar handle is inserted.

Rozwiązanie według wynalazku wyjaśnione jest opisem przykładowego wykonania pokazanego na rysunku. Fig. 1 rysunku pokazuje przekrój osiowy urządzenia, a fig. 2 - fragment przekroju przez pompę w wykonaniu nurnikowym.The solution according to the invention is explained by the description of an exemplary embodiment shown in the drawing. Fig. 1 of the drawing shows an axial section of the device, and Fig. 2 - a fragment of the section through a pump in the plunger version.

Urządzenie stanowi zestaw siłownika hydraulicznego z ręcznie napędzaną prasą śrubową. Siłownik posiada tulejowy, obustronnie otwarty korpus siłownika 4, w którym po jednej stronie wykonany jest cylinder mieszczący tłok siłownika 3 z osiowo przelotowym otworem, a po drugiej - przylegającej czołem do elementów łączonych śrubą 1 - podtoczenie, tworzące wnękę a. Na wewnętrznej powierzchni tłoka siłownika 3 wykonany jest obwodowy rowek umożliwiający dopływ smaru przy tłoku siłownika 3 dociśniętym do dna cylindra. Szczelność między tłokiem siłownika 3 i odsadzeniem tworzącym tłoczysko a korpusem siłownika 4 zapewniają uszczelki 5 i 6. Śrubową prasę stanowią: korpus prasy 10, wkręcony na uszczelce 11 w promieniowe gniazdo korpusu siłownika 3, tłok prasy 12 i nakrętka prasy 16. Wewnątrz korpusu prasy 10 wykonana jest cylindryczna komora, w której przemieszczany jest tłok prasy 12, uszczelniony przy pomocy uszczelki 13. Obrót nakrętki prasy 16 wywołujeThe device consists of a set of a hydraulic cylinder with a manually driven screw press. The actuator has a sleeve, open body of the actuator 4, in which on one side there is a cylinder housing the actuator piston 3 with an axially through hole, and on the other side - adjacent to the elements connected with the bolt 1 - undercut, forming a recess a. On the inner surface of the actuator piston 3, there is a circumferential groove enabling the lubricant to flow at the cylinder piston 3 pressed to the bottom of the cylinder. The tightness between the cylinder piston 3 and the shoulder forming the piston rod and the cylinder body 4 is ensured by seals 5 and 6. The screw press consists of: the press body 10, screwed on the seal 11 into the radial seat of the cylinder body 3, the press piston 12 and the press nut 16. Inside the press body 10 there is a cylindrical chamber in which the press piston 12 is moved, sealed by a gasket 13. Rotation of the press nut 16 causes

PL 207 631 B1 osiowy ruch tłoka prasy 12 - ze skutkiem wzrostu lub spadku ciśnienia w smarze plastycznym, którym wypełniony jest układ hydrauliczny siłownika. Wartość ciśnienia wskazuje manometr 17, połączony z korpusem prasy 10.Axial movement of the press piston 12 - as a result of an increase or decrease in pressure in the plastic grease with which the hydraulic system of the actuator is filled. The pressure value is shown by the pressure gauge 17 connected to the press body 10.

W uniwersalnym wykonaniu urządzenia, przeznaczonym dla napinania śrub z typowymi sześciokątnymi nakrętkami 7, wnęka a ma wymiary większe od obrysu klucza nasadowego 8 największej nakrętki 7. W ściance wnęki a wykonane jest wycięcie b, ukierunkowane obwodowo, a klucz nasadowy 8 ma na obwodzie wiele promieniowych otworów, w które z zewnątrz, przez wycięcie b wsuwana jest rękojeść prętowa 9. Urządzenie posiada wymienne zestawy nakrętek napinających 2 i kluczy nasadowych 8, dostosowane do średnicy napinanej śruby 1.In the universal version of the device, intended for tightening bolts with typical hexagonal nuts 7, the recess a has dimensions larger than the outline of the socket wrench 8 of the largest nut 7. In the wall of the recess a there is a recess b, oriented circumferentially, and the socket wrench 8 has many radial holes into which from the outside, through the cut-out b, the bar handle 9 is inserted. The device has interchangeable sets of tightening nuts 2 and socket wrenches 8, adapted to the diameter of the tightened bolt 1.

Na wystający koniec napinanej śruby 1 z wstępnie dokręconą nakrętką 7 nasuwa się klucz nasadowy 8 a następnie nawleka urządzenie otworem w tłoku siłownika 3. Złożone elementy osiowo zaciska nakrętką napinającą 2, która umieszczona jest w otworze tłoka siłownika 3 i opiera się o jego zewnętrzną powierzchnię czołową. Napinanie śruby 1 dokonuje się przez obracanie nakrętką prasy 16 wywołujące wzrost ciśnienia smaru oddziaływującego na tłok siłownika 3, o wartości odczytywanej na manometrze 17. Wyznaczonej wartości siły poosiowej przy danych wymiarach tłoka siłownika 3 odpowiada określona wartość ciśnienia. Osiągnięty stan napięcia śruby ustalony zostaje przez dokręcenie nakrętki 7 kluczem nasadowym 8. Obrót klucza nasadowego 7 dokonywany jest rękojeścią prętową 9, wsuwaną kolejno w otwory rozstawione na obwodzie klucza nasadowego 7 według kąta środkowego nieco mniejszego od kąta środkowego wycięcia b w ściance wnęki a. Zdjęcie urządzenia ze śruby 1 wymaga uprzedniego obniżenia ciśnienia smaru przez odkręcenie nakrętki prasy 16 i odkręcenia nakrętki siłownika 2. Zwrotny przepływ smaru z przestrzeni pod tłokiem siłownika 3 do cylindra w korpusie prasy 10 następuje w wyniku wywarcia nacisku i wsunięcie do korpusu tłoka siłownika 3.A socket wrench 8 is put on the protruding end of the tension bolt 1 with a pre-tightened nut 7, and then the device is threaded through a hole in the actuator piston 3. The complex elements are axially clamped by a clamping nut 2, which is placed in the piston hole of the actuator 3 and rests against its outer face . The tightening of the bolt 1 is carried out by turning the nut of the press 16, which causes an increase in the pressure of the lubricant acting on the piston of the actuator 3, with the value read on the pressure gauge 17. The determined value of the axial force for given dimensions of the piston of the actuator 3 corresponds to a certain value of pressure. The achieved state of the bolt tension is determined by tightening the nut 7 with the socket wrench 8. The socket wrench 7 is rotated with the rod handle 9, inserted successively into the holes spaced on the circumference of the socket wrench 7 according to the center angle slightly smaller than the central angle of the cut b in the recess wall a. Photo of the device. from the bolt 1 requires first lowering the lubricant pressure by unscrewing the press nut 16 and unscrewing the cylinder nut 2. The reverse flow of lubricant from the space under the piston of the actuator 3 to the cylinder in the body of the press 10 occurs as a result of applying pressure and inserting into the body of the piston of the actuator 3.

Claims

1.A bolt tensioning device with determined axial force, comprising a hydraulic piston actuator with an axially through hole, which is mounted on the threaded mandrel of the tension bolt and, through a tensioning nut, connected to the piston of the actuator, equipped with a pressure-regulated pump, characterized in that the hydraulic system the actuator (3, 4) is filled with plastic grease and the pump is a manually driven piston screw press (10, 12, 14, 16), with the body (10) rigidly connected to the actuator body (4), which on the side of the elements connected with a screw (1 a recess (a) with dimensions larger than the outline of the nut (7) of the bolt (1), and furthermore, the recess wall (a) has a circumferentially oriented recess (b).

2. The device according to claim A socket wrench (8) for the nut (7) with radial openings into which the bar handle (9) is inserted.