Резьбовое рельсовое скрепление должно быть затянуто не «сильно» и не «до упора», а с усилием, предусмотренным для конкретной конструкции скрепления. Разница принципиальная.
Недостаточная затяжка не обеспечивает требуемого прижатия рельса к основанию. Чрезмерная создаёт повышенную нагрузку на болт, шуруп, резьбу и другие элементы узла. Поэтому максимальный крутящий момент путевого гайковёрта и рабочий момент затяжки скрепления — совершенно разные характеристики.
У машины может быть запас в 1000 Н·м, но это вовсе не означает, что каждую встреченную гайку следует познакомить со всей этой тысячей.
Что происходит при затягивании болта или шурупа
Крутящий момент, который создаёт гайковёрт, необходим прежде всего для формирования требуемого усилия в резьбовом соединении и прижатия элементов скрепления.
При вращении гайки или шурупа часть приложенного момента расходуется на преодоление трения в резьбе и на опорных поверхностях. Оставшаяся часть формирует осевое усилие в соединении.
Поэтому между двумя величинами нельзя автоматически поставить знак равенства:
крутящий момент ≠ усилие прижатия рельса.
Даже при одинаковом показании инструмента фактическое усилие может отличаться из-за состояния резьбы, наличия смазки, коррозии, загрязнений, покрытия деталей и других факторов. В исследованиях обычных болтовых соединений показано, что основная часть прикладываемого момента вообще расходуется на преодоление трения, а разброс получаемого преднатяга при одинаковом моменте может быть весьма значительным.
Для рельсового скрепления задача ещё сложнее. В узле работают не только болт или шуруп, но также клемма, прокладки, подкладка, упоры и другие элементы. В некоторых конструкциях правильность сборки поэтому определяется не одним числом на инструменте, но и положением элементов скрепления.
Действующая инструкция по текущему содержанию пути прямо предусматривает для ряда скреплений наряду с контролем крутящего момента визуальную проверку правильности сборки. Затяжка болтов и шурупов при этом контролируется динамометрическим ключом.
Чем опасна недостаточная затяжка
Если момент ниже требуемого, соединение не создаёт предусмотренного конструкцией прижатия.
Последствия могут развиваться постепенно.
Снижается прижатие рельса к основанию
Промежуточное скрепление должно удерживать рельс в расчётном положении и обеспечивать передачу нагрузок через элементы рельсошпальной решётки.
При недостаточной затяжке уменьшается сила, с которой элементы скрепления работают как единый узел.
Для бесстыкового пути это особенно существенно: нормативная затяжка непосредственно связана с обеспечением требуемого прижатия рельса к основанию. Именно поэтому для эксплуатируемого пути установлены не только значения при первоначальной затяжке, но и минимально допустимые значения, ниже которых соединение уже требует внимания.
Появляются микроперемещения
Пока соединение достаточно сильно прижато, силы трения препятствуют взаимному перемещению его элементов.
При ослаблении соединения вероятность микроперемещений возрастает. Под циклической нагрузкой они способствуют дальнейшей потере преднатяга и износу контактирующих поверхностей.
Это неприятное свойство болтовых соединений: недотянутый узел способен постепенно становиться ещё более недотянутым. Исследования резьбовых соединений показывают, что циклические поперечные нагрузки и микроскольжение могут приводить к снижению преднатяга и самоотвинчиванию.
Ускоряется износ деталей
При недостаточном прижатии нагрузка распределяется не так, как было предусмотрено конструкцией. Возникающие перемещения способствуют контактному износу резьбы и сопрягаемых элементов.
То есть проблема ослабленного скрепления заключается не только в текущем значении момента. Если соединение долго работает в таком состоянии, простой дозатяжкой первоначальное состояние узла удаётся восстановить уже не всегда.
Может снижаться сопротивление продольному перемещению рельса
Для бесстыкового пути это принципиальный вопрос. Состояние промежуточных скреплений связано с удержанием рельсовой плети, поэтому действующие требования предусматривают систематический контроль затяжки и усилия прижатия.
При массовом снижении затяжки ниже нормативной это уже не косметический дефект. Инструкция предусматривает ограничения скорости при определённом количестве расположенных подряд узлов, не обеспечивающих минимальную нормативную затяжку.
Почему нельзя просто затянуть сильнее
На практике соблазн понятен: если слабая затяжка опасна, значит сильная должна быть надёжнее.
С резьбовыми соединениями эта бытовая арифметика работает примерно до первого сорванного витка.
У каждого болта, шурупа и всей конструкции скрепления есть рабочий диапазон нагрузки. После достижения необходимого прижатия дальнейшее увеличение момента перестаёт приносить пропорциональную пользу.
Возрастает растягивающее напряжение в болте
При затяжке болт удлиняется и работает как предварительно нагруженный упругий элемент. Пока нагрузка находится в предусмотренном диапазоне, после снятия внешнего воздействия он возвращается к исходному состоянию.
Если преднатяг становится чрезмерным, запас до предела текучести уменьшается. В предельном случае возможна остаточная пластическая деформация.
Причём внешне такой болт может ещё выглядеть вполне прилично. Металл вообще умеет переносить производственные драмы молча.
Можно повредить резьбу
Избыточный момент повышает нагрузку на рабочие витки резьбы. Особенно опасно механически переносить один режим затяжки на соединение, у которого изменилось состояние поверхности.
Смазка уменьшает трение. Поэтому при том же моменте смазанная резьба способна получить значительно больший преднатяг, чем сухая.
Технические исследования и эксплуатационные рекомендации отдельно отмечают эту зависимость и риск повреждения резьбы при использовании смазки без соответствующей корректировки режима затяжки.
Отсюда простой практический вывод:
режим для сухой резьбы нельзя автоматически переносить на смазанную и наоборот, если это не предусмотрено технологической документацией.
Лишний момент не обязательно увеличивает полезное прижатие
Особенно хорошо это видно на упругих скреплениях.
Рабочее состояние некоторых конструкций определяется положением пружинной клеммы. После достижения предусмотренной геометрии дальнейшее вращение шурупа уже не превращается автоматически в полезное увеличение удерживающей способности узла.
В инструкциях по монтажу таких систем момент может выступать ориентиром, а конечным признаком правильной установки становится положение клеммы относительно других элементов скрепления.
Поэтому принцип «ещё немного подтянем для надёжности» технически неверен в обе стороны. Надёжность обеспечивает заданный режим, а не максимальная сила оператора или машины.
Нормы момента затяжки отличаются в несколько раз
Единого значения «момента затяжки железнодорожного скрепления» не существует.
Даже для распространённых промежуточных скреплений значения заметно различаются.
Например, действующая инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути приводит следующие значения для укладки бесстыкового пути:
| Тип скрепления | Затяжка при укладке, Н·м | Минимально допустимо в эксплуатации, Н·м |
|---|---|---|
| КБ65, клеммный болт | 150* | 100 |
| КБ65, закладной болт | 120* | 70 |
| ЖБР-65 | 180–200 | 120 |
| ЖБР-65Ш, ЖБР-65ПШМ, ЖБР-65ПШ, СМ-1 | 220–250 | 150 |
| W-30 | 300–350 | 200 |
* Для обеспечения запаса усилия прижатия при укладке плетей и подтягивании в эксплуатации для КБ65 предусмотрена затяжка клеммных болтов до 200 Н·м, закладных — до 150 Н·м.
Эта таблица хорошо показывает главное: тип скрепления необходимо определить до настройки гайковёрта, а не после того, как половина участка уже затянута.
Кроме того, минимально допустимое значение в эксплуатации нельзя воспринимать как рекомендуемый момент первоначальной сборки. Это разные показатели с разным назначением.
Для других конструкций скреплений, а также для стыковых соединений действуют свои требования. Значения для промежуточных скреплений нельзя автоматически переносить на стыковые болты.
Почему одинаковое значение на гайковёрте ещё не гарантирует одинаковый результат
Представим два одинаковых болта. Один новый и сухой, второй уже работал в пути, имеет следы коррозии и загрязнённую резьбу.
Чтобы повернуть второй, потребуется больше энергии на преодоление трения. Гайковёрт может показать одинаковый момент, но осевое усилие в соединениях получится разным.
Обратная ситуация возникает после смазки: сопротивление трению уменьшается, и при прежнем моменте преднатяг может оказаться выше.
На результат влияют такие факторы как:
- состояние и износ резьбы;
- коррозия;
- наличие и тип смазки;
- загрязнение;
- состояние опорных поверхностей;
- покрытия крепежа;
- температура крепежа и соединяемых элементов;
- состояние и наличие смазки;
- повторное использование деталей;
- состояние остальных элементов скрепления.
Именно поэтому современный подход к затяжке заключается не в поиске одного универсального значения для всех случаев, а в повторяемости технологического процесса.
Использование инструмента с регулируемым моментом уменьшает влияние оператора и позволяет выполнять серию соединений в одном режиме. Контролируемая затяжка также облегчает проверку выполненной работы и снижает вероятность пропущенного или случайно повторно обработанного соединения.
При этом крутящий момент следует рассматривать не как прямое измерение силы прижатия, а как технологический параметр, по которому косвенно контролируют преднатяг резьбового соединения. Одинаковое значение момента при различном состоянии резьбы, поверхностей или смазки может приводить к различному осевому усилию в крепеже.
В ответственных резьбовых соединениях применяются и более сложные методы контроля, при которых одновременно учитываются крутящий момент и угол поворота гайки или болта. После достижения заданного предварительного момента система отслеживает дальнейший поворот крепежа, что позволяет точнее оценивать процесс формирования преднатяга и уменьшать влияние разброса трения.
Для исследовательских и контрольных задач существуют также методы непосредственного измерения деформации или осевого усилия в болте. Однако для массового обслуживания рельсовых скреплений такие способы слишком сложны, поэтому на практике основным остаётся контроль установленного момента в сочетании с соблюдением технологии монтажа и проверкой состояния элементов скрепления.
Влияет ли температура на момент затяжки?
Температура может влиять на связь между установленным крутящим моментом и фактическим преднатягом резьбового соединения. Однако простой зависимости вида «чем холоднее, тем больше трение» или «чем жарче, тем меньше трение» не существует.
При затяжке значение имеет не только температура металла, но и состояние смазки, покрытия, резьбы и опорных поверхностей, а также наличие влаги. Изменение этих факторов способно изменить коэффициент трения. Поэтому при одном и том же установленном моменте фактическое осевое усилие в соединении может отличаться.
Особенно заметно это для смазанных соединений и крепежа со специальными покрытиями. При нагревании и охлаждении меняются свойства смазочных материалов, а воздействие температуры и влаги может изменять состояние контактных поверхностей.
Влияние бывает неочевидным. Например, после охлаждения крепежа трение в некоторых условиях может не увеличиваться, а уменьшаться. На холодной поверхности при попадании в более тёплую и влажную среду способен образоваться конденсат, который временно изменяет условия трения.
Поэтому одинаковые 200 Н·м, приложенные к сухому, смазанному, нагретому, охлаждённому или влажному крепежу, не обязательно создадут одинаковый преднатяг.
При прочих равных снижение коэффициента трения означает, что большая часть приложенного момента участвует в создании преднатяга. При увеличении трения, наоборот, большая часть момента расходуется на его преодоление.
Это ещё одна причина рассматривать крутящий момент как технологический параметр контроля затяжки, а не непосредственное измерение силы прижатия. Произвольно компенсировать температуру увеличением или уменьшением момента нельзя: режим затяжки должен соответствовать требованиям для конкретного типа скрепления и принятой технологии выполнения работ.
Температура рельса и работа скрепления
Для бесстыкового пути температура имеет дополнительное значение. При нагревании рельс стремится удлиниться, а при охлаждении — сократиться. Поскольку свободное продольное перемещение рельсовых плетей ограничено конструкцией пути, в них возникают температурные продольные силы.
Эти нагрузки воспринимаются системой пути, включая промежуточные скрепления. Поэтому важно не только правильно затянуть скрепление при монтаже, но и обеспечить предусмотренное конструкцией прижатие рельса в процессе эксплуатации.
При этом изменение температуры воздуха или рельса само по себе не означает, что нормативный момент затяжки следует увеличивать зимой или уменьшать летом. Для каждого типа скрепления необходимо соблюдать установленный режим затяжки и требования действующей технологии.
Максимальный момент гайковёрта и момент затяжки — не одно и то же
Для выбора путевого инструмента важно разделять две характеристики.
Рабочий регулируемый момент нужен непосредственно для выполнения нормированной затяжки.
Максимальный момент представляет собой запас машины, который особенно востребован при отвинчивании заржавевших, деформированных или давно не обслуживавшихся соединений.
Это хорошо видно на примере путевого гайковёрта ГП1000.
Регулируемый крутящий момент ГП1000 составляет 150–600 Н·м, максимальный — 1000 Н·м. Конструкция предусматривает настройку, калибровку и визуальный контроль установленного момента. При необходимости оператор может кратковременно перейти к максимальному моменту, не изменяя основную настройку машины.
Получается логичное разделение операций: скрепление можно отвинтить с использованием необходимого запаса мощности, а при обратной сборке вернуться к требуемому режиму затяжки.
Именно это важнее самой цифры «1000 Н·м».
А если гайка приржавела?
При обслуживании старогодных скреплений задача часто начинается не с затягивания, а с необходимости вообще заставить резьбовое соединение вращаться.
Для таких работ важен высокий момент на малой скорости.
Ключ путевой моторный КПМ имеет две скорости вращения шпинделя. Максимальный момент составляет 300 Н·м на быстроходной и 1000 Н·м на тихоходной передаче, а при кратковременном отвинчивании может достигать 1200 Н·м.
Здесь особенно важно не перепутать характеристики.
1200 Н·м при кратковременном отвинчивании не означают, что скрепление необходимо затем затянуть моментом 1200 Н·м.
Момент, необходимый для срыва приржавевшей гайки, и нормативный момент её последующей затяжки решают разные задачи.
Первый помогает разобрать соединение. Второй должен сформировать требуемое рабочее состояние скрепления.
Зачем тогда двухшпиндельный гайковёрт
При больших объёмах работ появляется ещё один фактор — производительность.
Если конструкция скрепления требует обслуживания двух резьбовых элементов, последовательная работа одним шпинделем означает два позиционирования и два отдельных рабочих цикла.
Двухшпиндельная схема позволяет выполнять операции с парой крепёжных элементов одновременно или за один проход машины. Но сама по себе установка второго шпинделя не отменяет требований к качеству затяжки.
Наоборот, для такой техники особенно важно обеспечить установленный режим работы на обоих шпинделях.
Смысл двухшпиндельного гайковёрта не только в том, чтобы затянуть два соединения быстрее, но и в том, чтобы сделать повторяющуюся операцию более технологичной и стабильной.
Потому что скорость без контроля момента позволяет всего лишь быстрее получить две одинаковые ошибки.
Как правильно организовать затяжку рельсовых скреплений
Работу имеет смысл строить не вокруг максимальных возможностей гайковёрта, а вокруг требований конкретного скрепления.
Сначала определяется тип скрепления и установленный для него режим затяжки. Затем оценивается состояние крепежа и резьбы. Если технология предусматривает смазку, она должна учитываться при выборе режима.
После этого настраивается и при необходимости проверяется инструмент.
При серийной работе особенно важна повторяемость. Если первый болт затянут согласно установленному режиму, второй «примерно так же», третий «чуть сильнее», а четвёртый потому, что оператор задумался о вечном, технологического процесса уже практически нет.
Наконец, результат должен контролироваться предусмотренным способом. Для резьбовых промежуточных скреплений действующая инструкция предусматривает контроль затяжки динамометрическими ключами, а для отдельных конструкций дополнительно применяется визуальная проверка правильности положения элементов узла.
Главное — не максимальный момент, а повторяемый результат
Мощность путевого гайковёрта необходима. Без достаточного запаса момента трудно работать со старогодними, загрязнёнными и приржавевшими соединениями.
Но при затягивании скреплений качество работы определяется другим: способностью установить требуемый режим и воспроизводить его на десятках и сотнях узлов.
Недотяжка снижает прижатие и способствует развитию перемещений и ослаблению соединения. Перетяжка повышает напряжения в крепеже и может привести к деформации или повреждению резьбы. А одинаковое показание момента ещё не всегда означает одинаковое фактическое усилие в соединении.
Поэтому правильный вопрос при выборе и эксплуатации путевого гайковёрта звучит не:
«Сколько максимум он может выдать?»
а:
«Насколько точно и стабильно он позволяет выполнить тот момент, который требуется этому скреплению?»
Если же задача состоит именно в выборе машины под конкретные виды работ, характеристики ГП1000, КПМ и КШГ подробно разобраны в отдельном сравнении.
