角钢塔螺栓的紧固控制技术

针对角钢塔螺栓紧固作业需求,研究了一种轻量化、扭矩可准确控制的电动扳手.为了解决轻量化问题,提出了一种自抗扰控制器与滑模观测器融合算法,实现了无扭矩传感器的电动扳手扭矩参数估计与控制.首先,将自抗扰控制器引进扭矩环、速度环,在对其总扰动量进行估计的同时得到角加速度的估计值,然后将该角加速度值作为二阶滑模观测器的输入进行紧固扭矩值的估计,解决了二阶滑模观测器中变量的导数值难以获得的问题.仿真和实验结果表明,与传统PID控制器、滑模控制器相比,所提方法可实现扭矩的准确估计,具有扭矩调节时间短,超调小的特点.

八角型螺栓球节点研发、配件标准编制和工程应用

高强度螺栓的“假拧”是螺栓球节点空间网格结构普遍存在的安全隐患及事故诱因之一。为此,提出一种空间网格结构用八角型螺栓球节点,并对其进行系统研发。介绍了该节点的组成、安装机理和主要优点。基于对该节点的研发成果,编制发布了其关键配件的产品标准——《螺栓球节点用八角型高强度螺栓和套筒》(T/CSCS011—2021),对该标准的主要编制思路和要点进行了介绍。最后介绍了该节点在珠海机场二号航站楼指廊屋盖网架中的应用情况,对采用该节点的网架和采用焊接球节点的网架进行了对比分析,结果表明,两种节点形式网架的力学性能和设计指标基本相当,八角型螺栓球节点网架的经济性更好。上述标准和节点的首次工程应用为该节点的推广奠定了良好基础。

书夹型钢-混组合结构在桥梁加宽中的应用研究

为避免桥梁加宽时下部结构拓宽,减少新旧桥面纵向裂缝及铺装层损伤,提出一种以钢结构立柱及护栏、书夹式钢板、高强度螺栓为主要构件,超高性能混凝土(UHPC)为铺装层的书夹型钢-混组合结构进行桥梁加宽。为评估该组合结构在运营条件下的安全性,以厦门官浔溪大桥加宽工程为背景,通过实桥现场静载试验研究水平荷载作用下书夹型钢-混组合结构的力学性能,并与数值仿真结果进行对比,验证试验结果的可靠性。结果表明:实测结果与数值仿真结果吻合良好;书夹型钢-混组合结构关键部位荷载~位移曲线、荷载~应力曲线呈线性变化,钢结构最大拉应力约为材料屈服强度的75%,整体结构处于弹性工作阶段;螺栓预紧力有效减少了高强度螺栓的直剪作用,降低了剪切疲劳破坏风险;采用书夹型钢-混组合结构进行桥梁加宽可有效避免下部结构拓宽,改善新旧桥面纵向裂缝及铺装层损伤,具有较好的加宽效果。

钢板加固螺栓球节点力学性能试验研究

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并进行受拉承载力试验。试验结果表明,钢板加固螺栓球节点虽能提高节点的承载力,但试件高强螺栓和钢板变形很难协调,共同受力不理想,易发生局部破坏。故对原有加固方法进行改进,并进行加固后螺栓球节点拉伸破坏试验。结果表明,改进后的钢板加固螺栓球节点力学性能得到很好的提升,可为螺栓节点加固提供保障。

法兰螺栓紧固力超声测量研究

针对法兰螺栓安装过程中紧固力难以测量和控制的问题,建立法兰螺栓超声测量模型并设计了法兰螺栓紧固力超声测试系统。系统首先基于FPGA和以太网技术设计了周期脉冲激励、数据采集、高速通讯传输、信号处理模块实现超声信号的发射和接收,并采用阈值法和极值法相结合来提高对超声渡越时间的测量精度,然后根据法兰螺栓超声测量模型计算得出螺栓紧固力大小。螺栓标定实验表明:法兰超声模型可靠,且标定系数的重复准确度达±2.4%;超声法—应变片法对比试验表明:所设计的测试系统能够实现螺栓紧固力的测量,与应变片法的相对误差不超过5%。

拧紧力矩配比对双螺母螺栓连接松动过程影响的实验与仿真

工程中双螺母防松是一种常见的螺栓连接防松形式,不同的拧紧力矩配比对其松动过程及防松效果产生的影响不同。通过横向振动试验对比了单、双螺母节点的耗能能力,通过实验对比不同拧紧力矩配比下双螺母螺栓预紧力的实验结果与理论结果,针对横向载荷作用下双螺母螺栓连接节点,建立了考虑螺纹的精细化有限元模型,得到不同拧紧力矩配比下连接节点的螺栓夹紧力变化、滞回曲线、刚度退化系数、耗能能力、螺纹接触状态以及螺栓塑性变形,多方面分析拧紧力矩配比对螺栓连接节点松动过程的影响,综合对比给出其影响规律,并给出最佳拧紧力矩配比,有助于优化双螺母螺栓的设计,提升双螺母螺栓的防松效果,为后续的研究与应用奠定基础。

拧紧力矩作用下螺栓预紧力的高保真有限元仿真与实验验证

针对实际螺栓结构,研究螺栓在拧紧力矩作用下的有限元仿真方法,得出了拧紧力矩和螺栓预紧力之间的定量关系。首先,建立了带三维斜螺纹的螺栓几何模型,并且使用Hypermesh软件进行带螺纹的有限元网格划分,并定义相应的力学接触状态;然后,利用Ansys Workbench软件对螺母下表面施加不同大小拧紧力矩来得到对应的轴向力的大小,从而得出拧紧力矩与螺栓拉力之间的函数关系;最后,设计了螺栓预紧力实验,并将实验、仿真结果以及理论公式计算结果三者进行对比验证。结果表明,与扭拉关系理论计算式相比,有限元仿真模型的计算结果与实验更为接近,能准确反映螺栓预紧过程。螺栓预紧高保真有限元模型为进一步精确分析螺栓拧紧时的力学机制提供了一种可行方法。

基于MCGS的刮板链螺栓自动紧固速度控制系统研究

针对刮板链螺栓紧固的局限性,设计了一种刮板链螺栓自动紧固设备,根据刮板链螺栓紧固的工艺流程,采用SolidWorks对刮板链螺栓自动紧固设备进行几何建模。在紧固过程中,由于步进电机转速太快时力矩不足,转速太慢时,紧固时间较长,效率太差。因此设计了一种基于MCGS的刮板链螺栓自动紧固速度控制系统,通过对步进电机矩频特性和螺栓拧紧曲线进行分析,得到了步进电机转速与旋转角度的关系,从而推出步进电机速度当量与紧固时间的关系。通过对螺栓紧固时间内速度当量值进行离散,采用MCGS设计硬件和编写软件脚本,同时对人机交互界面进行组态,将设计的控制系统进行联机调试。结果表明:该速度控制系统在15 s的紧固时间内,将速度当量值从3000离散至1000,达到了螺栓紧固的力矩要求,在简化紧固过程的同时,缩短了紧固时间,实现了刮板链螺栓的自动紧固,保证了设备运行的可靠性与稳定性,提高了工作效率。

高端航天器连接状态检测技术研究进展

航天飞行器向高性能发展是目前的主流需求,而连接状态退化是高端航天飞器高性能运行的“潜在威胁”,连接状态检测技术是保障航天器高性能运行的“监护保险”。综述了高端航天器连接状态检测技术的最新研究进展,旨在保障航天器的高性能运行与安全性。首先阐述了航天器连接状态检测的重要性,指出其作为确保航天飞行器高效运行的关键“保障措施”,接着从螺栓预紧力检测和接触界面状态检测两个方面,详细分析了国内外在该领域的研究现状与方法,揭示了高端航天器连接状态检测技术理论与方法所面对的挑战,并探讨了应对这些挑战的解决途径和发展趋势。为航天器连接状态检测技术的进一步发展提供了理论基础与实践指导。

电动冲击扳手定扭矩控制方法研究

研究了电动冲击扳手定扭矩控制的问题。首先建立了电动冲击扳手碰撞模型和扭矩累积模型,分析了影响扳手扭矩输出的因素,提出了一种基于冲击次数和冲击块转速的定扭矩控制方案,同时设计了冲击次数采集方案和基于模糊PID的双闭环直流无刷电机的转速控制方案。在搭建的电动冲击扳手扭矩测试平台上进行验证,结果表明,在冲击次数为200时,扳手的定扭矩控制精度可达到±4%以内。该定扭矩控制方法具有控制精度高、成本低及操作方便等特点。通过实际应用验证了该方法的可行性。

扭紧力矩对SWRM10K螺栓疲劳性能影响的研究

对扭紧力矩分别为0、12.5、22.0、29.5和35.0 Nm的SWRM10K钢螺栓进行轴向加载疲劳实验,获取螺栓的疲劳S-N数据。对比不同扭紧力矩下螺栓疲劳S-N特性,分析扭紧力矩对螺栓疲劳性能的影响。采用SEM观察螺栓试样的断口形貌,结合EDS分析裂纹萌生区元素分布,揭示螺栓疲劳断裂的规律。研究结果表明:增加扭紧力矩能有效提升该螺栓疲劳极限,但增加到一定程度提升效果明显下降,扭紧力矩值接近29.5 Nm较为合理。在该扭紧力矩下,螺栓疲劳极限为141 MPa,与未施加扭紧力矩相比提升了62.1%。螺栓疲劳断口分为3个区域:裂纹萌生区、扩展区和瞬间断裂区。在高应力幅下,裂纹萌生于试样表面,由晶体滑移引起;在低应力幅下,裂纹同样萌生于试样表面,但由晶体滑移或夹杂物引起。

自适应贴合力矩的扭矩转角法拧紧工艺分析

螺栓连接是航空发动机装配最重要的连接方式之一。针对航空发动机螺栓传统拧紧工艺中预紧力分散性大和控制精度较低等问题,这里系统地研究了螺栓连接装配工艺中的扭矩转角拧紧工艺。首先对螺栓装配拧紧工艺中的扭矩转角法进行理论和误差分析;接着以M10螺栓为例进行扭矩转角法的有限元仿真,分析了设置动态拐点扭矩下螺栓拧紧过程中预紧力和螺栓应力的变化规律,提出了基于自适应贴合力矩的螺栓扭矩转角拧紧方案;最后以该型号螺栓为例进行试验验证,获取螺栓的自锁力矩,并确定自适应贴合力矩下的扭矩转角法的最优拧紧工艺。

温州瓯江北口大桥施工期索夹抗滑移控制

温州瓯江北口大桥为主跨2×800 m的三塔四跨双层钢桁梁悬索桥,主跨钢桁梁采用1000 t缆载吊机大节段吊装,施工期索夹受力大、索夹螺杆紧固力损失大,索夹滑移风险高。为给施工期索夹滑移风险评估和抗滑移控制措施提供依据,在《公路悬索桥设计规范》(JTG/T D65-05—2015)索夹抗滑移系数计算公式的基础上,考虑索夹上临时荷载、主缆轴力增加引起的主缆直径变小和主缆丝股重新排列、螺杆时变效应造成的索夹螺杆紧固力损失,提出适用于大跨悬索桥施工期的索夹抗滑移系数计算方法,分析主要参数对施工期索夹抗滑移系数的影响,并评估该桥施工期索夹抗滑移风险,提出索夹抗滑移控制措施。结果表明:钢桁梁吊装过程中,索夹倾角变化大,应采用当前施工阶段索夹倾角计算施工期索夹抗滑移系数,主缆轴力增加引起主缆直径变小是造成索夹滑移的主要原因之一;该桥除主跨跨中钢桁梁节段对应索夹抗滑移系数满足规范要求外,其余索夹抗滑移系数均不满足规范要求。根据索夹滑移风险评估结果,采取紧固索夹螺杆的抗滑移控制措施,并明确了该桥索夹螺杆紧固次数和时机。该桥采取索夹抗滑移控制措施后,施工过程中索夹均未出现滑移现象。

油底壳螺栓组紧固顺序的研究

为了能够挑选出最优的油底壳螺栓紧固顺序。本文以某柴油机为研究对象,设定4种油底壳螺栓紧固顺序方案,运用Abaqus进行螺栓紧固次序分析,得到各紧固螺栓的残余预紧力、油底壳安装面变形、油底壳自身应力、油底壳密封垫变形。综合计算结果,发现先拧紧四角,再拧紧中间,然后按照顺时针顺序紧固的方案最佳。计算分析过程可以为油底壳装配后密封稳定性提供设计依据。

白车身生产线螺栓连接及检测方法研究现状

螺栓连接是白车身门盖装配过程中最常见的连接工艺,螺栓强度的可靠性是汽车安全的重要保障之一。文章介绍了适用于汽车及其组件的米制ISO螺栓的连接装配方法以及大众集团内采用的安装-拧紧方法,重点介绍了某先进整车制造厂螺栓拧紧的技术要求、常用的拧紧工具,以及各类型螺栓的差异化拧紧方法。阐述了螺栓螺母的拧紧检测技术规范,拧紧数据的存储系统保存方法和数据存储的具体要求,确保拧紧结果的准确性和数据的可靠性,及其后续可能的质量可追溯性。对系统熟悉掌握车身螺栓拧紧控制方案,以及现场质量人员优化拧紧工艺质量具有重要的指导作用。

高强度螺栓轴力与扭矩关系线性回归分析及不确定度评定

高强度螺栓广泛应用于各类高压罐体中,为了量化装配过程中的检验标准,建立高强度螺栓扭矩与轴力的对应关系模型。基于高强度螺栓轴力-扭矩实验,采用一元线性回归分析方法,建立高强度螺栓拧紧扭矩与轴力的理论关系模型;并采用剩余标准差对线性回归模型的斜率和截距进行不确定度评定。结果表明,模型计算的回归结果与实验结果的误差在±7%以内,螺栓轴力的剩余标准偏差与平均值的相对百分比小于3%,线性回归方程可以准确预测高强度螺栓扭矩与轴力的之间关系,不确定度分析可准确获取各参数的置信区间。研究对提升高强度螺栓的装配质量和连接性能,有一定的理论意义和应用价值。

基于Power BI的螺栓拧紧数据智能管理系统

为保证整车装配的安全和质量,需要采用大量带监控拧紧工具完成整车零部件的装配工作,并借助拧紧数据完成拧紧工作的日常管理。然而,该过程产生的数据量庞大,传统方式采用人工统计分析拧紧数据,存在统计效率低下、数据处理工作繁琐、可视化效果不佳等问题。为了解决该问题,文章基于智能分析软件Power BI对拧紧数据进行建模处理,并搭建螺栓拧紧数据智能管理系统,实现拧紧数据的自动化管理和分析。该系统包含了海量拧紧数据的自动加载、自动统计和自动生成可视化报表等功能,业务人员可以随时访问系统查询报表,大幅提升了现场拧紧管理的工作效率。

不同参数条件下双螺母螺栓连接松动过程的实验研究

针对工程中常见的双螺母螺栓连接,建立了螺栓上下螺母拧紧力矩与预紧力之间的关系,并验证了其正确性,通过横向振动实验得到了不同参数条件下双螺母螺栓连接剩余预紧力的百分比,分析了在横向载荷作用下振动幅值以及上下螺母拧紧力矩配比对双螺母螺栓连接松动的影响,给出了双螺母螺栓连接中上下螺母的最佳拧紧力矩配比,分析了双螺母螺栓连接螺纹磨损机理。

排气歧管紧固螺栓失效分析与设计改进

某发动机的排气歧管紧固螺栓在耐久试验中出现失效。本文采用不同试验手段,从产品性能、预紧力校核、装配工艺等角度,对失效件进行了详细分析,认定是其预紧力过小而导致出现疲劳断裂。另外,在分析过程中还发现了设计上的诸多问题,如材料选择不当、产品摩擦系数未作规定等。通过有针对性的改进,重新交样于客户。经反馈,耐久试验顺利通过。

电力金具螺栓紧固机器人研制

在高压线路拆装螺栓时,螺母可能会随螺栓同步转动,很难保证工作的准确性。而且目前的工装只适用于一种规格的螺栓尺寸。以高压输电线路电力金具引流板螺栓为作业对象和任务进行了分析,研究提出了一种红外传感器检测电力金具螺母松动时可以到达指定位置并进行电力金具引流板螺栓紧固的机器人,所研制的电力金具螺栓紧固机器人主要由移动升降平台、机械臂、螺栓紧固工装组成。研究了螺栓拧紧工装的机械结构和万能套筒,分析了工装的性能以及万能套筒静应力学。通过试验和模拟现场验证了所提出的构型方案的正确性和有效性,能够为机器人系统拧紧螺栓提供帮助,并为后续的视觉方案提供设计思路。本设计的拧紧工装提高了在视觉识别过程中的容错率,解决了螺栓旋转螺母跟着转动的问题。