基于相关系数特征的输电铁塔螺栓连接完全松动检测方法研究

基于相关系数特征的输电铁塔螺栓连接完全松动检测方法研究

马宗衡 ,丁立朋

山东兆维铁塔有限公司

摘要:针对输电铁塔螺栓完全松动故障检测问题，提出了一种基于相关系数特征的输电铁塔螺栓连接完全松动 检测方法。首先通过有限元软件对单肢螺栓连接结构松动前后情况进行瞬态动力学分析，得出了不同测点间相 关系数的变化规律；然后实测了输电铁塔螺栓完全松动前后脉冲激振下的振动信号，采用CEEMDAN-自相关函 数进行降噪；最后利用相关性求解不同测点间相关系数，验证了仿真得到的规律。仿真和实验结果表明：当螺栓 完全松动后，输电铁塔不同塔材上测点间的关联度升高，相关系数增大。本方法的优势在于可以在数据大小关 系上更简洁明了地检测螺栓连接结构完全松动情况。

关键词:输电铁塔、螺栓完全松动、检测方法、相关系数

引言：在输电线铁路和电厂等设施中，都会用到大量的紧固件，所以，每个紧固件的质量是否好坏将直接影响着电力运行的安全。随着对电力铁塔的紧固件的不断提高，螺纹连接对电力铁塔的紧固件是否松动是很重要的。改革开放之前，国内的电力行业基本上都是采用热锻工艺生产的紧固件，而这种紧固件的优势在于高温、高强度，这充分的说明了紧固件在电力方面应该有的好的发展。每个工程产品，不管结构有多复杂，但都需要螺纹紧固件，与其他大部分连接方式相比，螺纹的优势在于可以拆卸并重复利用。但是，这也是问题的根源所在，本身螺纹固件就容易发生松动现象。

螺纹在电力铁塔上得到了广泛的应用，它能够在电力铁塔上获得很大的连接力，有成本低、拆装简单。和互换性的特点。近年来，随着科技的迅速发展，电力铁塔也跟随着更好的方向发展，但对电力铁塔紧固件的松动和防松动的问题提出了更高的要求。1）螺纹拧紧力矩与螺栓伸长的关系是很准确的、很稳定的；2）螺母的拧紧后是不会发生松动的，和拆卸时不会咬死的现象，能够重复使用；3）螺纹紧固件是可以预知性能的，而且离散度极小。

一、电力铁塔紧固件的松动原因

近年来，在螺纹松动这个问题上，1968年Gerhard junker 发表了一篇报道，报道中提出了一种理论，来解释螺纹紧固件松动的原因，Junker 发现了螺纹的主要诱因是振动远远超过的轴振动。当紧固件进而配套的螺纹之间发生相对运动时，就算是拧紧后的紧固件也会发生自松动现象。当横向力超过预紧力产生摩擦抵抗力，那么相对的引导就会发生紧固件松动。综上所述，可能有主要有以下三种途径是螺纹连接送退必要原因：1、防止螺母相对的螺栓转动；2、防止摩擦力减到最小值；3、过强的振动影响到螺纹连接。

一、紧固件的初始松动

紧固件在工作时，拧紧了紧固件之后，在工作过程中，它们的各个接触面的振动会减少微观的粗糙程度和不平度。紧固件也会跟它的接触面被压陷，会导致紧固件的连接状态发生异常。这种拧紧状态引起的松动叫做初始松动。预紧力能够提高螺母的可靠性，预紧力对连接的可靠性和连接件都是有好处的，预紧力越大，摩擦力振动的次数越多、功率也就越大，其实，只要初始力大，螺母就不会松动。

二、紧固件自己松动

有经验表明，自送是螺纹连接中最常见的原因，引起松动最频繁的原因是自松。自松的机理是：

在连接紧固件时，摩擦存在于紧固件和连接件之间的接触面。所以在想克服紧固件和连接件之间的摩擦力，需要的力矩为M1：1、预紧力也叫夹紧力或称轴力， 是螺纹的中经； 为螺纹的摩擦力， ， 是螺纹与基础面的摩擦系数。 是牙型半角， 是螺纹旋线的升角。拧紧紧固件之后，紧固件与连接面产生的的摩擦力附加力矩为M2为：2、公式中， 是紧固件与摩擦面的摩擦系数，D2是紧固面的直径。当紧固面开始松动时，要克服的摩擦力的力矩M是：由公式3、知道，摩擦力的总力矩M等于或者小于零时，紧固件才开始松动。反之，摩擦力总力矩不会小于等于零时，紧固件就不会松动。这就叫紧固件的自松。紧固件在震动过程中摩擦力越来越小，紧固件到最后完全松脱。

三、紧固件防松措施

电力铁塔紧固件松动的问题是人们一直以来研究的重要问题，这些紧固件防松动的方法都是经过大量的试验和经验得出来的。总结起来这些个方法主要有直接锁住、摩擦放松、粘结方法等。

一、摩擦防松动

1.使用垫圈。用弹簧垫圈做防松元件，经常使用的垫圈有弹性垫圈、弹簧垫圈2种类型。弹性垫圈通过紧固件的过程中将它压平螺纹副轴身，而弹性垫圈就会出现划伤零件表面现象，但在有些情况下，划破表面是有利的。另一种防松动方法是用螺母靠摩擦力来防松动，比垫弹簧 垫圈更有用、更有效。但用这种方式会增加连接的尺寸和螺栓的长度。2.控制预紧力。控制预紧力的原理是利用螺纹的自锁条件来保证预紧力来放松的，这就是当时螺纹的自锁条件，不用改变螺母、螺栓的结构，在别的场合中也可以安装现场直接通过待测力装置来测试紧固件的控制预紧力，经常用的方式是应变的方法来预定预紧力。有很对螺纹的连接是把2个或2个以上的；螺纹紧固件的连接夹在一起，来抵抗各种外载荷，使它们能不滑移、不分离。

二、其他的方法

1、破坏运动副关系。这是一种通过破坏坚固件的形状，为了让紧固件不按照螺纹的方向与紧固件吻合，就把原来的运动副关系给破坏的方法。欲拆卸、使用较大的扭矩把螺母取出是破换运动服最常用的方法2、直接锁住。为了防止紧固件防松，在紧固件安装好之后，然后在它上面按上止动元件这种方法叫做直接锁住。串联钢丝和止动垫圈目前最常用的止动元件。用金属附件利用机械螺母来找到螺旋的位置，由于组织了螺母对螺栓的回转，所以能起到防松动的作用3、粘结方法。通过胶腋的紧固作用利用胶液坚固件和连接件粘合在一起来避免紧固件的松动，这叫做粘结方式。

四、小结

紧固件产业是附加值较低的资本密集产业，但又大批量的生产。热锻紧固件它加热费用大、生产效率低、能源也消耗大，所以没有冷镦紧固件的发展好，冷镦紧固件也是大批量的生产，成本却一步步降低，有性能优越条件，在不久的将来，冷镦紧固件必会产生客观的经济效益和社会效益。未来的电力铁塔紧固件主角必将是冷镦紧固件，将来必然会推动电力行业的快速发展。紧固件的防松技术已经越来越受到更多的关注，也正被人们所重视，相信在不久的将来，越来越多的专家不断地通过实验来研究出新的更多的紧固件技术和新的防松动措施，把紧固件的松动程度降到最低。以上所述是电力铁塔的紧固件松动原因和防护措施，除了注意以上那些，我们还要注意人为的操作失误和使用工具失误，随着电力行业的不断发展，螺纹紧固件在电力铁塔上的重要性就会不断的加强与提高，电力铁塔的紧固件将对螺纹的连接提出更高的要求，更是需要我们进一步的探讨和研究。

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