Руководство по креплению на шип: размеры, материалы и рекомендации по наружному светодиодному освещению

Когда специалист по освещению указывает на светильник на опоре и говорит «это крепление», он обычно описывает шиповое крепление. Это короткая металлическая заглушка, которая вставляется в основание светильника и переносит вес светильника на опору. Хорошо спроектированное шиповое крепление повышает устойчивость к ветру, упрощает установку и предотвращает расшатывание, из-за которого уличные фонари раскачиваются во время шторма. В этой статье объясняется, что такое шиповое крепление, какие размеры и материалы имеют значение, а также как применить эти знания в реальном проекте наружного освещения.

Что такое шиповое крепление?

Шиповое крепление — это механическое соединение между фонарным столбом и светильником. Полюс заканчивается круглым или конусообразным штырем, обычно называемым шипом, а приспособление имеет гнездо или зажимное кольцо, которое надевается на этот штырь. Установочный винт, болт или приварная манжета фиксируют две детали вместе. Соединение часто используется в уличных фонарях, садовых фонарях и светильниках на высоких мачтах, поскольку оно позволяет быстро монтировать без фланцев или опорных пластин с болтовым креплением.

Сам шип часто изготавливается из оцинкованной стали, нержавеющей стали или алюминиевого сплава. Его внешний диаметр соответствует монтажному кольцу светильника, а его внутренний конус, если таковой имеется, входит в зацепление с соответствующей втулкой в светильнике. В североамериканской практике термин «шип» также используется для обозначения адаптера, который уменьшает кончик опоры большего размера до меньшего отверстия приспособления. В Европе и Азии одну и ту же деталь иногда называют монтажной втулкой или адаптером стойки. Основная функция идентична: создать стабильное, защищенное от атмосферных воздействий соединение, которое удерживает оптическую ось направленной вниз по дороге.

Почему крепление Tenon имеет значение

Шиповидное крепление является единственным структурным звеном между опорой и осветительной головкой. В случае неисправности приспособление может вращаться, вибрировать или упасть. Правильно спроектированный шип равномерно распределяет вес светильника вокруг оси опоры, поэтому ветровые нагрузки не создают изгибающих моментов внутри корпуса светильника.

Виброустойчивость особенно важна для светодиодных светильников. У светодиодов нет нити накала, которую можно было бы сломать, но их драйверы и печатные платы могут ослабнуть под действием постоянной низкочастотной вибрации от дорожного движения или ветра. Шип с обработанным буртиком и установочными винтами из нержавеющей стали гораздо лучше сопротивляется ослаблению, чем простая труба с резьбой. Кроме того, во многих муниципалитетах теперь используются крепления с защитой от несанкционированного доступа на шиповых креплениях, поскольку незакрепленный воротник может позволить приспособлению вращаться на соседних полосах движения.

По этим причинам шиповое крепление не является аксессуаром для вторичного рынка. Это основной структурный компонент, который следует проектировать вместе со опорой и крепежом. История компании Yangming Lighting показывает, как производитель с помощью литья под давлением и производства опор может контролировать посадку кронштейна на корпус лампы.

Стандартные размеры и размеры шипов

Диаметр шипа соответствует внешнему диаметру наконечника шеста. Наиболее распространенные размеры наружного светодиодного освещения — 60 мм, 76 мм, 89 мм, 114 мм и 140 мм. Каждый размер имеет соответствующую грузоподъемность, хотя фактический предел зависит от толщины стенки, марки стали и ветровой зоны.

Распространенные диаметры шипов и типичные ограничения по весу приспособлений для них
Номинальный диаметр	Типичный внешний диаметр	Общая длина	Типичный вес приспособления
60 мм	60,3 мм	180-250 мм	До 15 кг
76 мм	76,1 мм	200-300 мм	15-25 кг
89 мм	88,9 мм	250-350 мм	25-35 кг
114 мм	114,3 мм	300-400 мм	35-50 кг
140 мм	139,7 мм	300-400 мм	50-70 кг

Длина шипа должна быть как минимум в 1,5 раза больше внутренней глубины монтажного кольца светильника. Если воротник слишком мелкий, соединение будет иметь меньшую устойчивость при боковых нагрузках. Более длинный шип не увеличивает прочность; это только увеличивает влияние боковых сил, поэтому лучше соблюдать рекомендованную производителем глубину вставки, чем выбирать деталь слишком большого размера.

В приведенной выше таблице одни и те же пять распространенных диаметров шипов сгруппированы по максимальному весу приспособления, обычно указанному для каждого размера. Значения рассчитаны для стального наконечника шеста с толщиной стенки не менее 3 мм и ветровой зоны со скоростью порывов ниже 180 км/ч. Более легкие светильники допускают меньший диаметр, что уменьшает ветровую площадь на вершине опоры и снижает затраты на материалы. Более тяжелые приспособления требуют большего диаметра, потому что установочный винт должен передавать большую силу сдвига на стенку столба. На практике шип 76 мм подходит для большинства столбиков и уличных фонарей весом от 15 до 25 кг. В проектах с архитектурными декоративными головками часто выбирают 89 мм просто для того, чтобы получить более толстый воротник и большее количество винтов. Перед заказом запасных опор всегда уточняйте точную глубину установки у производителя светильника.

Выбор материалов и защита от коррозии

Шиповые крепления подвергаются воздействию дождя, дорожной соли и ультрафиолетового излучения в течение 20 и более лет. Таким образом, материал определяет срок службы всей опоры в сборе. Сталь, оцинкованная горячим способом, является наиболее распространенным выбором, поскольку цинковое покрытие самозаживляет небольшие царапины и обеспечивает катодную защиту на кромке среза. Нержавеющую сталь марки 304 применяют в прибрежных или химически агрессивных средах, но она дороже и требует тщательного выбора крепежного сплава во избежание гальванической коррозии. Алюминиевый сплав популярен для изготовления декоративных садовых светильников, поскольку он легкий и может быть отлит под давлением в сложные конусы.

Ниже приведено сравнение типичных сроков службы обычных видов обработки поверхности шипов, основанное на испытаниях на открытом воздухе в Европе и Северной Америке.

На этой диаграмме сравниваются ожидаемые сроки службы четырех распространенных материалов шипов и методов обработки поверхности. Срок службы горячеоцинкованной стали составляет около 25 лет в умеренных атмосферных условиях, в то время как алюминий с порошковым покрытием имеет тенденцию выходить из строя по краям через 20 лет, если на покрытии появляются порезы. Нержавеющая сталь 304 обеспечивает самый длительный срок службы — 30 лет, но ее необходимо периодически чистить, чтобы предотвратить появление пятен от чая в прибрежных районах. Электрооцинкованная сталь, имеющая гораздо более тонкий слой цинка, обычно служит всего 10 лет и не рекомендуется для компонентов оснований опор. Для стандартного дорожного крепежа добавленная стоимость шипа из горячеоцинкованной стали по сравнению с гальванизированной сталью невелика, но срок службы удваивается. Разработчикам спецификаций следует также учитывать стандарт цинкования: EN ISO 1461 устанавливает минимальную толщину цинка 85 микрон для стали толщиной 6 мм.

Как правильно выбрать шиповое крепление

Выбор начинается с расчета ветровой нагрузки на проектную площадку. Упрощенный процесс состоит из четырех этапов.

Определите максимальную расчетную скорость ветра и высоту опоры. Затем эффективная проекционная площадь светильника умножается на динамическое давление для получения горизонтальной силы.
Выберите диаметр шипа, который выдержит как минимум 1,5-кратную расчетную силу, с типичным коэффициентом запаса прочности 1,5 для кронштейнов и 2,0 для отрывных стоек.
Сопоставьте длину шипа с глубиной гнезда приспособления. Если светильник оснащен регулируемым поворотным кулаком, убедитесь, что внутренний диаметр поворотного кулака соответствует внешнему диаметру шипа.
Выбирайте материал и отделку поверхности в зависимости от окружающей среды. На прибрежных объектах требуется нержавеющая сталь или горячеоцинкованный цинк, а на сухих внутренних участках можно использовать алюминиевый сплав с полиэфирным порошковым покрытием.

На приведенной ниже диаграмме сравниваются три подхода к монтажу: традиционное шиповое крепление, скользящее приспособление, которое скользит непосредственно по опоре, и переходная пластина с болтовым креплением.

Радарная диаграмма ранжирует три способа установки по пятибалльной шкале. Шиповое крепление имеет самые высокие оценки за простоту установки и обслуживания, поскольку не требуется съемная опорная пластина; приспособление просто надевается на подготовленную заглушку. Фитинг-фиксатор становится немного дешевле, но теряет некоторую виброустойчивость, поскольку в зажиме используется фрикционное соединение с большей поверхностью. Крепление на болтах выигрывает по устойчивости к вибрации благодаря жесткому фланцу, но увеличивает стоимость материала и создает больше точек отказа крепежных элементов. Для большинства наружных светодиодных проектов шиповое крепление обеспечивает лучший баланс стоимости, стабильности и долговечности. Вот почему муниципалитеты и экспортные дистрибьюторы часто стандартизируют шипы диаметром 76 или 89 мм для уличного и придомового освещения.

Лучшие практики установки и обслуживания

Шиповое крепление настолько хорошо, насколько хорошо оно установлено. Верх стойки должен быть чистым, без заусенцев и слегка суженным, если спецификация крепления требует посадки с натягом. Нанесите противозадирный состав на шип перед надеванием на приспособление, чтобы предотвратить гальваническую коррозию между алюминиевыми и стальными поверхностями. Затяните установочные винты до значения, указанного производителем, обычно от 10 до 20 Нм для винта M8, и снова проверьте момент после первого месяца эксплуатации.

Ветровая нагрузка увеличивается с высотой быстрее, чем ожидает большинство людей. На приведенной ниже диаграмме показано динамическое давление ветра, действующее на типичный квадратный светодиодный уличный фонарь при увеличении высоты опоры с 6 м до 15 м.

На графике показано, как растет динамическое давление ветра на светильник с увеличением высоты монтажа. На глубине 6 м давление составляет примерно 0,8 кПа, а на глубине 15 м оно возрастает до 1,7 кПа. Кривая не является линейной; между 10 и 15 м давление увеличивается примерно на 42 процента, тогда как высота увеличивается всего на 50 процентов. Это означает, что одно и то же приспособление на 12-метровой опоре может испытывать боковую силу более чем на 50 процентов большую, чем на 8-метровой опоре. Инженеры используют эти значения для расчета необходимого диаметра шипа и количества установочных винтов. Распространенной ошибкой является использование шипов одного размера для всех высот столбов в проекте, что не соответствует требованиям к соединению для более высоких столбов. Самый безопасный способ — сгруппировать опоры по высоте и подтвердить размер шипа для наихудшего случая в каждой группе. Регулярные проверки крутящего момента в течение первого года позволяют выявить ослабление, вызванное циклическими изменениями температуры и вибрацией, вызванной ветром.

Шиповые крепления в ассортименте продукции Yangming Lighting

Yangming Lighting проектирует свои уличные светодиодные светильники со стандартными размерами шипов, используемыми на международном рынке. Например, уличный фонарь YM-LED 6409 имеет корпус из литого под давлением алюминия с монтажным воротником, в который можно установить шип диаметром 76 мм или 89 мм, а также разъем NEMA для фотоуправления. Это делает его простой модернизацией существующих опор без замены всего кронштейна.

YMLED-6409 LED Street Light with NEMA Socket for Smart Lighting

YMLED-6409 Светодиодный уличный фонарь с розеткой NEMA для интеллектуального освещения Это приспособление из литого алюминия подходит для шипов диаметром 76 мм или 89 мм и включает в себя гнездо NEMA, что делает его прямой модернизацией существующих опор. Он обеспечивает защиту IP66 и поддерживает интеллектуальные возможности управления. Посмотреть продукт →

Для проектов, требующих полной структурной системы, компания также производит круглые опоры из горячеоцинкованной стали с обработанным шипом наверху. В этом случае опора и крепеж гарантированно будут иметь одинаковые допуски, что исключает проблемы с посадкой на месте. Выбор опоры одного и того же производителя снижает риск несоответствия размеров и упрощает претензии по гарантии.

Pola PA Series Hot-Dip Galvanized Round Pole for Street Lighting

Горячеоцинкованный круглый столб серии Pola PA для уличного освещения Круглая опора из горячеоцинкованной стали с обработанным шипом наверху, соответствующая светильникам компании. Он обеспечивает постоянные допуски, упрощает установку и поддерживает целостные структурные системы. Посмотреть продукт →

В декоративных и архитектурных проектах иногда требуется шип меньшего размера для светильников на столбах или столбах. В YM-LED 6408L используется крышка из закаленного стекла и корпус из литого под давлением алюминия, а его монтажное кольцо обработано таким образом, чтобы в него можно было вставить шип диаметром 60 мм с толщиной стенки 4 мм. Это позволяет установить одно и то же приспособление на тонкую опору или существующее основание столбика.

YMLED-6408L LED Street Light with Tempered Glass Cover for Slim Poles

YMLED-6408L Светодиодный уличный фонарь с крышкой из закаленного стекла для тонких опор Этот компактный светильник из литого под давлением алюминия имеет крышку из закаленного стекла и обработанный воротник для шипов диаметром 60 мм, подходящий для столбиков или стоек. Он обеспечивает защиту IP65 и надежную работу. Посмотреть продукт →

Все светильники Yangming проходят заводские испытания на степень защиты IP66, а перед отправкой область шипов герметизируется атмосферостойкой прокладкой. Если вы указываете размер шипа, которого нет в списке, группа инженеров может настроить монтажное кольцо и адаптер стойки. страница контактов обеспечивает прямую линию для запроса чертежей и расчетов ветровой нагрузки.

Шиповые крепления могут выглядеть как простые металлические заглушки, но они являются важным интерфейсом, который обеспечивает безопасность, стабильность и исправность современного светодиодного освещения. Выбор правильного диаметра, материала и момента затяжки предотвращает наиболее распространенные неисправности наружного освещения. Имея четкое представление о размерах шипов и влиянии ветровой нагрузки, заказчик может построить надежную систему освещения, которая прослужит десятилетия.