機(jī)殼中分面液壓拉伸螺栓結(jié)構(gòu)改進(jìn)

羅勁 艾宏偉

【摘 要】本文介紹了在機(jī)殼安裝過(guò)程中，螺栓液壓拉伸工具的使用過(guò)程及實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，在保證安全運(yùn)行的前提下，提出了一種簡(jiǎn)化的螺栓安裝工具，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，校驗(yàn)了該工具的安全性能。

【關(guān)鍵詞】中分面螺栓；液壓拉伸；力矩扳手；結(jié)構(gòu)改造

一、前言

在機(jī)器安裝過(guò)程中，壓縮機(jī)中分面螺栓的把合往往是一個(gè)容易忽視的問(wèn)題。在具有較高工作壓力的情況下，僅憑經(jīng)驗(yàn)手工把合一般會(huì)帶來(lái)兩個(gè)結(jié)果：中分面螺栓的把合力矩不夠或者不同螺栓之間把合力矩不均勻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成壓縮機(jī)中分面漏氣，增大壓縮介質(zhì)的泄露量。因此，對(duì)于中分面把合，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的把合位置，壓縮機(jī)制造商通常會(huì)提供專用工具供用戶把合使用。

二、原內(nèi)機(jī)殼液壓拉伸螺栓工具的使用方法

在某壓縮機(jī)設(shè)備中，內(nèi)機(jī)殼中分面把合螺栓采用的是液壓拉伸安裝形式，如附圖一所示。

圖中序號(hào)分別表示：1.活塞桿、2.支架、3.液壓缸、4.活塞、5.活塞壓板、6.特殊螺帽、7.手柄、8.間隔套、9.O型圈、10.O型圈、11.擋圈、12.擋圈、13.排氣塞、14.鋼球15.內(nèi)機(jī)殼16.中分面把合螺栓

該工具的使用過(guò)程如下：

①將件6特殊螺帽擰在件16中分面把合螺栓上；

②將件1活塞桿擰緊在件16中分面把合螺栓上；

③套上件2支架；

④在安裝好件9、10 O型圈和件11、12檔圈后，依次安裝件3液壓缸和件4活塞；

⑤裝好件8間隔套與件5活塞壓板；

⑥打開高壓油泵，從高壓油進(jìn)油口打入高壓油，件3、件4之間將充滿油后，將螺栓拉起2mm；

此時(shí)，需通過(guò)壓力表監(jiān)測(cè)高壓油泵的輸入的工作壓力，確保每個(gè)螺栓安裝時(shí)的壓力相同。

⑦通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)件7手柄，將件6特殊螺母旋轉(zhuǎn)至貼合內(nèi)機(jī)殼把合面；

⑧停止高壓油泵，件6將擰緊在內(nèi)機(jī)殼上。油將從件13處流出。

⑨按序號(hào)⑤→④→③→②的順序依次拆除該工具，準(zhǔn)備下一個(gè)螺栓的安裝；

⑩在件6特殊螺母上再安裝一個(gè)防塵螺母，蓋在伸出的螺紋部分。

至此，單個(gè)螺栓安裝完成。其它螺栓均重復(fù)上述的把合過(guò)程。

三、該液壓工具在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

但在實(shí)際安裝過(guò)程中，該液壓拉伸工具使用的效果并不好，使用復(fù)雜且故障點(diǎn)較多，造成該問(wèn)題的主要原因如下：

①外殼體為把合結(jié)構(gòu)，把合端面有螺栓，占用了一定的空檔空間。為保證該工具能順利裝入，需要先拆除部分端面把合螺栓。如附圖二所示；

②高壓油進(jìn)油口位置較高，需要較長(zhǎng)的連接軟管，使用不便利；

③卸油口也是排氣口，在高壓油打入時(shí)，將腔內(nèi)空氣從該孔擠出，序號(hào)14鋼球迅速頂在序號(hào)13排氣塞上。當(dāng)高壓油泵停止時(shí)，鋼球失去推力，油將從排氣塞流出，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境油污；

④因加工精度問(wèn)題，有時(shí)鋼球并不能完全堵死排氣塞導(dǎo)致油從排氣塞噴出，需現(xiàn)場(chǎng)修磨排氣塞；

件2支架雙側(cè)開有的滑槽，件6特殊螺帽上開有3個(gè)小孔，用于件7手柄在槽內(nèi)撥動(dòng)特殊螺帽。由于滑槽角度僅有60°，至少需要5-6次對(duì)準(zhǔn)特殊螺帽進(jìn)行撥動(dòng)，操作復(fù)雜；

⑤每種型號(hào)的螺栓都有相應(yīng)的把緊力矩的要求，但使用該液壓拉伸工具并不能檢測(cè)把緊力矩。

附圖二、外殼體與液壓安裝工具的相對(duì)位置示意圖

四、內(nèi)機(jī)殼螺栓拆裝工具的改造方案

1、把合力矩工具

一般認(rèn)為，機(jī)殼中分面螺栓只要滿足把緊力矩的要求，即可認(rèn)為是可靠的。從這個(gè)角度出發(fā)，首先選用的是TG型力矩扳手。根據(jù)中分面把合螺栓M42X3的把緊力矩要求為2500N.m，因此選用TG3000型力矩扳手，力矩范圍1800-3000N.m，滿足使用要求。

TG型預(yù)置式扭力扳手是一種具有雙向棘輪頭，并可用特殊轉(zhuǎn)換接頭替換的力矩扳手。具有預(yù)置扭矩?cái)?shù)值和發(fā)訊裝置。當(dāng)緊固件的擰緊扭矩達(dá)到預(yù)置數(shù)值時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出訊號(hào)“嗒”的一聲，同時(shí)伴有明顯的手感振動(dòng)。解除作用力后，扳手各相關(guān)零件自動(dòng)復(fù)位。具體使用方法如附圖三所示。

附圖三、力矩扳手使用方法示意圖

為滿足使用要求，對(duì)力矩扳手廠家提出了特殊轉(zhuǎn)換接頭的技術(shù)要求：四方垂直接頭，尺寸25×25mm，長(zhǎng)度≥25mm。

根據(jù)傳遞力矩計(jì)算扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切力以進(jìn)行安全校核。

τmax=T/ Wt （式1）

其中：

τmax為最大剪切應(yīng)力；

T為傳遞扭矩；

Wt為抗扭截面系數(shù)，對(duì)于方形截面有：

Wt= a×h×b2 （式2）

其中：

a為截面系數(shù)；

h為截面長(zhǎng)；

b為截面寬。

計(jì)算得：

τmax=7.69 MPa

以45#鋼為材質(zhì)，材料的許用剪切應(yīng)力[τ]≈0.6×σs≈213MPa

τmax<[τ]

因此，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。、

2、力矩傳遞連桿（內(nèi)機(jī)殼套筒扳頭）設(shè)計(jì)

力矩傳遞連桿的設(shè)計(jì)基于以下兩個(gè)思想

①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。

②盡可能減輕重量，便于操作。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如附圖四所示，外型為三段圓柱結(jié)構(gòu)，上圓柱開有方孔做為力矩扳手特殊轉(zhuǎn)換接頭孔，下圓柱開有六方孔做為蓋形螺母擰緊孔，中間段圓柱用于傳遞力矩及確保力矩扳手在使用時(shí)在一個(gè)適合的高度。

同樣用（式1）對(duì)扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切力進(jìn)行安全校核。

對(duì)于圓截面來(lái)說(shuō)，

Wt=π×D3/16 （式3）

對(duì)于圓環(huán)截面來(lái)說(shuō)，

Wt=π×D3×{1-（d/D）4}/16 （式4）

其中：

D為圓環(huán)外徑；

d為圓環(huán)內(nèi)徑；

分別對(duì)三段圓柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核計(jì)算：

上段：τmax1=17.98 MPa

中段：τmax2=198.94 MPa

下段：τmax2=27.55 MPa

以45#鋼為材質(zhì)，與材料的許用剪切應(yīng)力相比，

均有，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。

力矩傳遞連桿重量為5kg，便于手持。

五、新工具的安裝使用方法

采用新結(jié)構(gòu)后，安裝順序如下（如附圖五所示）：

①將序號(hào)2蓋形螺母擰在序號(hào)3中分面把合螺栓上；

②將序號(hào)1力矩傳遞連桿套在序號(hào)2蓋形螺母上；

③使用四方垂直接頭的力矩扳手，設(shè)置好把緊力矩?cái)?shù)值，將四方接頭插在序號(hào)1力矩傳遞連桿的方槽里；

④使用扳手，直到達(dá)到設(shè)定的力矩值，完成螺栓的安裝。

依次取下力矩扳手和力矩傳遞連桿，進(jìn)行下一個(gè)螺栓的擰緊工作。

附圖五、內(nèi)機(jī)殼中分面把合螺栓示意圖

六、結(jié)論

對(duì)比兩種中分面把合螺栓工具的使用方法，不難看出，采用新工具后，在安裝拆卸的過(guò)程中操作步驟簡(jiǎn)化了許多，并且可以確保螺栓的把緊力矩；由于合理的設(shè)計(jì)了力矩傳遞連桿的高度，有效的避開了外殼體端面把合螺栓的影響；由于力矩扳手位置高出了外殼體，外殼體的加強(qiáng)筋板不會(huì)對(duì)安裝工具產(chǎn)生影響；安裝拆卸全過(guò)程中均無(wú)油操作，避免了油污對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響。

除此之外，對(duì)比液壓拉伸工具，采用力矩扳手工具的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，單套力矩扳手的價(jià)格也遠(yuǎn)低于高壓油泵裝置，從而進(jìn)一步節(jié)約了成本。