介绍
在风力发电机组装配过程中，高强度螺栓是部件之间最常用的连接方式，因其结构简单、装拆方便、在动载荷作用下不易松动等特点，在装配过程中被广泛应用。但如果装配不当或紧固扭矩控制不好，很容易造成螺栓连接松动、滑移、断裂等，影响机组的正常运行，有时甚至会造成严重后果。
当螺纹连接副不具备保证可靠连接的摩擦力矩时，其自锁能力较差，在机组运行过程中钢结构用高强度大六角头螺栓，在振动、冲击等变动载荷的作用下，螺栓就会发生松动。因此，如何保证螺栓连接的可靠性一直是风力发电机组装配工作中关注的问题。
我们知道螺纹连接副的摩擦扭矩是通过对螺栓施加拧紧扭矩，使螺纹副中产生预紧力而获得的。因此，要保证可靠的连接，必须保证对螺栓施加合适的拧紧扭矩，从而在螺纹副中产生合适的预紧力，以达到最佳的自锁能力。在风力发电机组的装配过程中，关键部位和承重部位均采用高强度螺栓，因此控制高强度螺栓的拧紧扭矩是防止螺栓松动的关键之一。
1.高强度螺栓的选用
风力发电机组在运行过程中，部件受到很大的振动、冲击等可变载荷，部件之间的夹紧力是通过对螺栓施加预紧力来实现的，因此螺栓必须采用高强度钢。这也是风力发电机组采用高强度螺栓连接的原因。高强度螺栓除了材料强度高外，在施加紧固扭矩后，螺栓会产生巨大且可控的预紧力，而这种预紧力还通过螺母、垫片等对被连接件产生同样大小的预应力。在预应力作用下，沿被连接件表面会产生很大的摩擦力，只要轴向力小于这个摩擦力，部件就不会滑移，连接就不会损坏。一般来说，风力发电机组上采用的高强度螺栓多为10.9级。
2.高强度螺栓连接的工作性能
根据螺栓受力特点，高强螺栓连接分为摩擦型连接和压力型连接，二者的本质区别在于极限状态不同。抗震规范规定了高强螺栓极限剪切承载力计算公式。压力型虽然在设计值上占有优势，但属于剪切破坏类型，螺栓孔为与普通螺栓类似的孔隙型螺栓孔，在荷载作用下的变形远大于摩擦型，因此高强螺栓压力型主要用于非抗震构件连接和非动力荷载构件连接。
对于风力发电机组部件之间的连接，不允许出现滑移，高强螺栓连接是依靠连接件接触面间的摩擦力来防止相互滑移，因此，风力发电机组部件之间的连接属于摩擦型连接。也就是说，当高强螺栓获得较大的预紧力时，连接件之间将产生较大的摩擦力钢结构用高强度大六角头螺栓，从而提高连接的整体性和刚度。对于高强螺栓摩擦型连接，剪力是靠连接件间的摩擦阻力来传递的，剪力等于摩擦力作为承载力的极限状态，预紧力不能超过螺栓材料的屈服极限。
实际工作中，螺栓连接的承载力受预紧力、抗滑移系数、钢材类型等因素的影响。
3.高强度螺栓预紧扭矩的确定及控制方法
3.1 预拉力的确定
对于高强度螺栓连接，必须采用较大的预紧力。根据VDI2230-2003规定，如果预紧力超过螺栓材料屈服极限的70%，螺栓在拧紧过程中就会发生损坏。因此，螺栓的预紧应力控制在螺栓材料屈服极限的70%左右。
即：最大预紧力（N）
F0max =0.7Aefu
Ae——螺纹公称应力截面积，mm2；
fu—螺栓热处理后最小抗拉强度，N/mm2
3.2 紧固扭矩的确定
拧紧扭矩的计算采用通常的计算公式，这里的计算方法按照GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》。
即：紧固扭矩T（Nm）
T＝kF0maxd
k为扭矩系数，根据螺栓厂家的试验数据，扭矩系数的平均值在0.09~0.126范围内，标准差小于等于0.01，这里扭矩系数K取0.11
F0max——螺栓最大预紧力，kN；
d为螺栓外径，mm
3.3 预张力控制方法
大六角头高强螺栓和扭剪高强螺栓都是通过拧紧螺母使丝杆拉伸而产生预紧力，从而使被连接板件间产生压缩力的，因此若要控制预紧力，就必须控制施加在螺栓上的拧紧扭矩。
①扭矩法-适用于大六角头高强度螺栓
使用专用的扭矩扳手，能直接显示扭矩值，目前风电装配工作多采用电动液压扭矩扳手，通过控制拧紧扭矩来控制预紧力。
为了克服构件及垫圈的变形，基本消除板间间隙，使紧固扭矩系数具有较好的线性，提高施工控制预拉力值的准确性，螺栓紧固应按初紧、复紧、终紧的步骤进行。初紧扭矩约为施工扭矩的50%，复紧扭矩等于初紧扭矩，终紧为100%。初紧、复紧、终紧螺栓紧固时，应按对角线顺序紧固，并应在同一天完成。
优点：比较简单，容易实现，成本较低。但由于连接件与被连接件表面质量、拧紧速度等差异，测得的预拉力值误差较大且分散，一般误差在±10%。
②角度法-适用于扭剪型高强度螺栓
扭剪型高强度螺栓具有强度高、安装方便、质量保证、可单侧紧固、对操作人员无特殊要求等优点。与大六角高强度螺栓不同的是，扭剪型高强度螺栓的头部为盘头，螺纹段端部有承受紧固反扭矩的十二角体和在规定扭矩下可剪断的颈部槽口。
拧紧方法是先用普通扳手进行初拧，使连接板件相互紧贴，然后用长扳手或风动扳手，从初拧位置开始，按终拧角度旋转螺母。
4.防滑系数
高强度螺栓拧紧时，丝杆内产生较大的预紧力，被连接板间产生较大的预压力。连接受力后接触面上的摩擦力可以在相当大的荷载作用下阻止板间相对滑移，因此弹性工作阶段较长。当外力超过板间摩擦力时，板间就会产生相对滑动。摩擦型连接以板间滑动作为剪切承载力极限状态。
摩擦型连接的承载能力取决于构件接触面的摩擦力，此摩擦力的大小与螺栓的预紧力、摩擦面抗滑移系数、连接摩擦面的数量等有关。抗滑移系数的大小与构件接触面的处理方式及构件的材料等有关。此系数值随被连接构件接触面间压紧力的减小而减小，因此与物理学中的摩擦系数不同。
在高强度螺栓连接中，摩擦系数的大小对承载力有很大的影响。为了增大接触面的摩擦系数，必须对接触面进行处理。在风力发电机组装配施工过程中，经常采用喷砂、喷达克罗锌漆、用钢丝刷清理等方法对连接范围内的构件接触面进行处理。钢材经过喷砂除锈、喷锌后，表面看似光滑平整，其实金属表面还是存在着微观的凹凸不平。在高强度螺栓连接作用下，被连接构件表面在较高的压缩力作用下相互啮合。钢材的强度和硬度越高，引起啮合面滑移所需的力就越大，因此抗滑移系数μ的大小与钢材的材质有关。
试验表明，摩擦表面涂抹红丹后抗滑系数μ小于0.15，即使经过处理后仍然很低，所以严禁在摩擦表面上涂抹红丹和防锈润滑材料。另外，如果在潮湿或有雨的条件下进行装配，抗滑系数μ值也会降低，因此在装配时应采取有效措施保证连接表面的干燥度。
5. 总结
风力发电机组是由各种部件组装而成的，由于其运行环境条件恶劣，为保证机组可靠运行，各部件的连接必须可靠。通过前文对高强度螺栓紧固扭矩的分析可知，只有控制高强度螺栓的紧固扭矩，才能使螺栓产生最佳预紧力，从而对被连接件产生最佳预压力。同时应采取措施，增大被连接件接触面的摩擦系数，提高连接的完整性和可靠性。
参考
陈友全;高强度螺栓连接应用探讨[J];钢结构;2004年04期
李章银. 新型螺栓拧紧测试系统设计研究[D]. 合肥工业大学. 2010.
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