输电用紧固螺母防松止退装置的研究与设计

输电用紧固螺母防松止退装置的研究与设计摘要：随着我国电力行业的迅速发展，输电线路的安全稳定运行日益受到重视。在输电线路中，杆塔螺栓的松动问题一直是一个普遍存在的难题，它可能导致线路故障，影响电力系统的正常运行。因此，研究和设计一种有效的输电用紧固螺母防松止退装置具有重要的现实意义。本文首先分析了杆塔螺栓松动的原因，包括温度变化、振动、螺栓材质问题等。然后，指出了传统处理措施，如定期检查和拧紧，存在的弊端，如效率低下、难以确保长期稳定等。接着，提出了一种弹性螺纹分离式防松螺母的结构设计，旨在通过弹性螺纹的设计，实现螺母的自锁功能，从而有效防止螺栓松动。关键词：力系统；弹性螺纹分离式防松螺母；结构设计引言输电用紧固螺母防松止退装置的研究与设计是一项关键的技术领域，对保障输电线路的安全运行具有重要意义。随着我国经济的快速发展和能源需求的不断增长，电力系统的稳定性和安全性越来越受到重视。作为输电线路中的重要组成部分，紧固螺母的防松止退问题直接影响到输电线路的安全性和可靠性。在输电线路运行过程中，由于受到外部环境因素的影响，如温度变化、振动等，紧固螺母容易出现松动现象。这种松动不仅会导致输电线路的稳定性下降，还可能引发线路故障，对电力系统的正常运行造成威胁。因此，研究和设计一种有效的输电用紧固螺母防松止退装置具有重要的现实意义。为了解决这一问题，许多研究人员和技术专家进行了大量的探索和实践。其中，一种常见的方法是采用特殊的螺母结构，通过增加摩擦力或者利用特殊材料的特性来实现防松止退的效果。1、杆塔螺栓松动的原因与传统处理对策1.1杆塔螺栓松动的原因分析杆塔结构的螺栓松动是由导线舞动、强风、沿线振动等外部环境因素共同作用的结果，而结构力学设计、材料力学特性、施工工艺等是导致其失效的重要原因。通过对其进行分析，得出了标准内螺纹加工角偏差及齿距误差，造成螺钉与基座内螺纹接触面积较小，造成基座螺纹受力不均匀，影响螺纹联接强度。通过力学仿真研究发现，一般的刚性联接螺母，其第一、二、三螺纹啮合表面承担了70%-80%的负荷，而其他部分只承担很少的载荷。图1中显示了刚性螺纹的受力状态。图1刚性螺纹受力分析图在振动负荷条件下，普通螺纹紧固件容易发生振动松脱，这是因为振动会使螺纹接触面上的锁紧力被克服，导致紧固件逐渐松动。当拧紧力矩较大时，螺纹连接处承受的压力集中，可能导致螺纹弯曲和剪切变形。这种变形会使第二螺纹承受压力，并产生锁紧力，从而使得承载负荷面依次传递受力，导致螺纹依次剪切和磨损。这种连续的剪切和磨损过程会显著降低螺母和螺纹的强度，最终导致紧固件失效。为了深入研究杆塔螺栓的松动特性，有必要结合相关横向振动防松性能试验标准，对现有的防松措施进行试验。通过对试验结果的分析和试验参数的调整，可以得出最符合铁塔螺栓松动特性的模拟试验特征参数。这些参数对于理解和预防杆塔螺栓松动至关重要，因为它们可以帮助设计更有效的防松措施，提高杆塔螺栓的稳定性和可靠性，从而确保输电线路的安全运行。弹性螺纹分离式防松螺母的研制是一个创新性的解决方案，旨在解决杆塔螺栓在振动负荷条件下的松动问题。在设计过程中，首先提出了弹性螺纹分离式防松螺母的设计思路，并制作了相关设计图纸及初始样品。这些样品的设计考虑了杆塔螺栓松动的特性参数，以确保新设计的螺母能够在实际应用中提供最佳的防松性能。结合了第一项中得出的松动特性参数，以及防松性能试验的结果，对弹性螺纹分离式防松螺母的最佳设计参数进行了调整。这种基于实际数据和试验结果的设计方法有助于确保防松螺母在各种杆塔松动特性条件下都能提供卓越的防松性能。此外，对杆塔关键防松位置的研究也是一个重要的组成部分。这项研究结合了电力设计院的结构力学计算公式和运行维护部门的运维数据，对不同通用塔型中易产生松动的节点位置进行了深入分析。这些节点位置包括角钢包铁处、导线挂点等，这些地方是杆塔结构中容易发生松动的关键位置。通过对这些位置的研究，形成了一份完整的不同通用塔型关键防松位置文件，这份文件将为杆塔螺栓的维护和加固提供重要的参考依据，从而提高输电线路的整体安全性和可靠性。1.2传统处理措施存在的弊端在蒙东地区，大风作为一种自然现象，对输电线路杆塔的安全运行构成了严峻的挑战。由于该地区大风天气频繁，风力强大，杆塔螺栓承受的负荷远高于其他地区，导致螺栓松动的问题尤为突出。这种情况下，传统的运维方式，即定期对杆塔螺栓进行人工拧紧加固，已经无法满足高强度的维护需求。由于诸多东地区大风天气的不可预测性，运维人员很难准确预知何时需要对杆塔螺栓进行加固，这增加了输电线路的安全隐患。其次，由于风力的持续作用，即使进行了定期加固，杆塔螺栓也可能在短时间内再次松动，这就需要更为频繁的检查和加固，增加了运维工作的难度和强度。此外，人工拧紧加固的方式不仅效率低下，而且成本高昂。在广袤的输电线路中，杆塔数量众多，人工检查和加固需要大量的人力和时间，这不仅增加了企业的运营成本，也可能因为人力资源的不足而导致维护工作的不到位。2、一种弹性螺纹分离式防松螺母的结构设计的目的当前，我国在役线路杆塔结构防松改造主要是通过增加普通螺帽或其它简单防松产品来实现，而对新建线路，则在设计阶段对重要防松部位直接采取双螺母设计的方法来防松，此类杆塔防松方案不同程度存在防松效果不佳、施工建设复杂、后期运行维护不便等问题。本项目针对当前电网安全防护措施与特征，针对电网传输环境下的防松动要求，研发一种新型的柔性可拆卸式防松螺母，并在此基础上，结合电网设计单位的结构力学计算理论与运维部门运行统计资料，对常见的常见塔型进行分析，并对各类型的防松关键部位进行全面研究。常用塔式起重机的防松点的研究结果。因此，本设计提出了一种采用弹性带螺纹的分离式防松螺帽，其主要目标是：一是针对架空输电线路塔杆扣件的松脱问题；目前，输电线路塔架防松方法主要有双螺帽加固安装、安装防松卡、永久防松和加平垫&弹性垫等防松方法，但这些防松方法在输电线路使用场合存在差异，并且存在一些适用范围。为解决由于导线舞动、螺栓松动等引起的输电线路铁塔失稳问题，必须进行现场研究，研发出独立的、带有弹性的带螺纹的防松动螺帽，利用其与铁塔之间的良好抗松特性，从而有效地保证输电线路的安全运行。二、结合重点防护思想的运用，强化薄弱环节的防松。针对目前输电线路塔体抗松脱加固多采取整塔或只在塔体上部设置统一防松脱措施等方式，存在一定的盲目性。.项目拟通过分析典型塔体在静、动载荷共同作用下的受力状态和结构变化规律，结合运维部门在日常维修中所掌握的有关资料，查明普通塔型在自然环境下最易发生松脱的连接部位，并在重点部位加装防松脱螺帽，形成更具针对性的防松脱产品与使用方案。通过识别天然环境中最易发生松脱的连接部位，通过在关键部位加装可伸缩式脱扣螺母，实现更具针对性的防松补强产品及使用方案，确保输电线路塔体结构稳定。3、当前预防线路杆塔及接续金具螺栓松动的对策3.1防松卡防松卡（参见图2)，它的防松结构主要由U形钢板、挡块和螺栓螺母构成，防松卡的U形钢板的两端都设有一组六角花瓣挡块，它们分别套在螺栓螺母头部的六个侧壁上，在螺栓和螺丝的侧壁上加紧紧力，通过给钢板的蠕变和热胀冷缩的改变施加一些预紧能来阻止螺丝的退丝，阻止螺丝与螺母的相对旋转，从而实现防松。实现了防松脱。其结构简单，成本低廉，但其防松效果较差，因为其不能产生足够的摩擦和压紧力来防止退丝。图2防松卡3.2双螺母防松双螺母结构（如图3所示），其由内螺帽和外螺帽组成，即在原有的一个螺帽上加上一个外螺帽，以提高整体连结系统的夹持力，提高螺帽与连结面上的摩擦力，从而达到防松动的效果。该方案仅需添加一颗螺帽及安装量，造价低廉、施工简便，然而，未解决刚性螺帽各转动一次受力不均、内、外螺帽相互叠加受力情况复杂等难题，导致其螺纹损伤仍存，其连接强度及抗松性提升幅度极为有限。图4中显示了双螺帽加强的方案。图3双螺母防松图4双螺母加固方案4、防松螺母的中弹性螺纹分离式设计方案4.1设计思路对已有的锁紧螺母结构分析发现，在采用防松螺母时，螺母的第一、二、三连线承担了70%-80%的负载，而剩下的部分只承担极少的负载，这一非均载现象严重影响了螺纹的紧密性，而在正常螺纹的振动工况下，则更易克服螺纹接触的锁定力。最后造成螺帽松动。为此，在设计分离式弹性螺纹时，关键在于解决其抗松脱问题，即设计者要使其受力均匀，解决其受力均匀分布困难，以及传统刚性联接中，前、后圆受力不均匀等难题，在保证螺纹安全的前提下，还能改善连接的整体强度，进而提高螺帽的紧固度，防止螺母松动。螺帽松动。4.2设计原理弹性分离式防松螺母内部采用了菱形界面的弹性螺纹，其剖面结构见图1。这样设计的目的是使螺栓和基体内螺纹的连接方式从传统的刚性连接变为弹性连接。采用弹性连接方式，可减少内、外螺纹间的间隙，实现负载平均分配，解决常规螺纹结构在齿面上受力不均匀的难题，大幅提升接头强度。通过改善联接强度，增加丝杠副间的摩擦系数，使得整体联接更加紧密，从而实现了提升螺帽结构抗振动、抗松动性能的目标。螺帽与螺钉间的内弹性螺纹，由不锈钢材料制成，彻底解决了螺帽、螺钉易锈蚀的难题，并可大大增强其可拆卸性及再利用性。4.3设计特点弹性分体锁紧螺帽，其外型与国家标准的六角螺帽完全一样，无需专门的工具，只需一只普通的扳手就能完成。相对于其它防松脱设备，架空输电线防松脱设备具有较高的防松实用价值，其主要设计特征为：①采用了一种弹性螺纹和螺帽的主体隔离结构，确保了在强振动、冲击等情况下，螺母可以发挥良好的防振和防松效果，使得螺栓与螺母结合得非常牢固，不会出现松动；其结构为弹性联接，内有弹性的螺纹；②为弹性联接，内有弹性的螺纹，可通过微小的变形实现对容差的适配与填充，使得联接的效果更为紧密；③通过弹性联接，解决了刚性螺帽在各环上的受力不均匀，从而实现了防振、防松，既能保护螺纹又能提高连接强度；④弹性螺纹连接可增强其承载能力和抗疲劳强度，弹性螺纹使连接载荷均匀地分布在每一圈螺纹上，进而增加连接强度；⑤弹性螺纹表面打磨光滑，在潮湿腐蚀等恶劣环境中具有良好的抗腐蚀能力，能长时间不生锈，避免因螺纹锈蚀导致拆卸困难，螺母主体采用热浸镀锌、达克罗等防腐工艺，满足电力系统对防腐性能要求；⑥弹性螺纹防松螺母外形尺寸与国标六角螺母一致，因此可以使用常规工具来完成对弹性螺纹防松螺母的安装和拆卸，且反复拆装对螺母的防松性能不会造成太大的影响，能够降低紧固件的更换频次，减少维护成本。4.4主要参数弹性螺纹防松螺母的设计参数见表1，根据表1所示的设计参数，该螺母有五种设计规格，可以满足大部分设施场景下的电力设备零部件加固任务，起到良好的固实效果。表1弹性螺纹防松螺母的设计参数规格大径DL中径D2L小径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、结语输电用紧固螺母防松止退装置的研究与设计是保障输电线路安全运行的关键技术领域。在输电线路中，杆塔螺栓的松动问题可能导致线路故障，影响电力系统的正常运行。因此，研究和设计一种有效的输电用紧固螺母防松止退装置具有重要的现实意义。本文通过分析了杆塔螺栓松动的原因，包括温度变化、振动、螺栓材质问题等。指出了传统处理措施存在的弊端，如效率低下、难以确保长期稳定等。接着，提出了一种弹性螺纹分离式防松螺母的结构设计，旨在通过弹性螺纹的设计，实现螺母的自锁功能，从而有效防止螺栓松动。在防松螺母的中弹性螺纹分离式设计方案中，本文详细阐述了设计思路、原理、特点及主要参数。该设计方案具有结构简单、安装方便、防松效果显著等优点，有望为输电线路的安全运行提供有效的保障。总的来说，输电用紧固螺母防松止退装置的研究与设计是一项关键的技术领域，对保障输电线路的安全运行具有重要意义。通过不断研究和探索，可以进一步提高输电线路的稳定性和可靠性，为我国电力系统的安全运行提供有力支持。未来的研究可以在以下几个方面进行深入探讨：1.进一步优化弹性螺纹分离式防松螺母的结构设计，提高其防松性能和可靠性。2.研究适用于不同环境和工况下的防松螺母材料，以提高其适应性和耐用性。3.探索防松螺母的智能化监测和预警系统，实现对螺栓松动的实时监测和预测，提高线路的安全管理水平。通过不断的技术创新和改进，相信输电用紧固螺母防松止退装置的研究与设计将为输电线路的安全运行提供更加可靠的保障，为我国电力事业的发展做出更大的贡献。参考文献[1]罗威,郭磊,鲁毅等.螺纹紧固件松动的影响因素及防松工艺[J].北京汽车,2022,(04):40-43+46.[2]杜岩.螺纹紧固件防松性能影响因素分析[J].机电产品开发与创新,2022,35(01):134-137.[3]刘力,袁英强.螺纹连接防松技术研究综述[J].现代城市轨道交通,2022,(01):114-120.[4]刘晓玉,刘锴,张忠伟等.螺纹紧固件防松能力评价的试验方法[J].质量与可靠性,2021,(06):29-33.[5]韦小华,徐清魁.浅析螺纹紧固件扭矩的计算与验证[J].汽车实用技术,2021,46(18):137-140+166.[6]巩浩,刘检华,冯慧华.螺纹连接松动机理和防松方法研究综述[J].机械工程学报,2022,58(10):326-347+360.[7]熊承添.横向激励下螺纹连接松动过程及防松装置研究[D].华南理工大学,2021.[8]黄志强,郑旺辉,金景峰.螺纹连接防松技术研究及试验验证[J].现代防御技术,2021,49(01):91-97.[9]刘晓玉,刘锴,张忠伟等.螺纹紧固件松动影响因素闭环横向振动试验研究[J].质量与可靠性,2021,(01):1-6.[10]周思琪,张建军.常见紧固件横向振动试验方法[J].机电产品开发与创新,2021,34(01):84-85+94.[11]徐海东,魏鹏程.螺纹紧固件摩擦系数对拧紧质量影响的研究[J].汽车实用技术,2020,45(24):156-159.[12]霍永久.螺纹紧固件新型抗振防松解决方案[J].中国金属通报,2020,(11):124-126.[13]张翼,吴云峰,方红荣等.楔形螺纹紧固件性能试验研究[J].导弹与航天运载技术,2020,(01):123-126.[14]郎福权.螺纹紧固件防松性能的影响因素分析[J].现代制造技术与装备,2019,(11):112-113.[15]张继伟.汽车螺纹连接结构防松性能提升及多目标优化设计[D].武汉理工大学,2019.[16]张姗姗,王健,蔡明钢.楔形防松螺纹的防松性能分析[J].上海计量测试,2018,45(03):43-44.[17]刘传波,孙静明,莫易敏.螺纹紧固件防松性能影响因素研究[J].现代制造工程,2018,