采用正反分析法對(duì)閥門螺栓組裝配工藝的分析

郁勇

【摘 要】本文采用相互作用和條件的正反分析法，首先確定閥門螺栓組裝配工藝影響因素主體，再對(duì)其正負(fù)向影響進(jìn)行分析，最后對(duì)其正向影響的達(dá)成條件進(jìn)行分析，控制有利因素，以獲得相對(duì)優(yōu)化的螺栓組裝配方式，為閥門螺栓組裝配工藝的改進(jìn)提供建議，也為工業(yè)生產(chǎn)過程的問題分析與優(yōu)化提供一種方法。

【關(guān)鍵詞】正反分析法；閥門螺栓組；潤滑；裝配工藝

0 前言

螺栓組在閥門中起到緊固連接和壓緊密封的作用，在閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中將承壓部件的連接螺栓歸類到承壓件之中，可見螺栓是閥門上非常重要的零件。采用科學(xué)的分析方法來確定閥門螺栓組裝配工藝的關(guān)鍵影響因素，就可以有效地控制這些關(guān)鍵影響因素，將這些因素進(jìn)行改進(jìn)，使其產(chǎn)生正向作用。這對(duì)優(yōu)化閥門螺栓組的裝配工藝，提高閥門性能有著重要的意義。

1 閥門螺栓組裝配工藝影響因素主體分析

1.1 閥門螺栓組裝配工藝影響因素主體的確定

閥門螺栓組在裝配過程中接觸的零件或部位有閥門法蘭、螺母螺紋面、螺孔螺紋面、緊固扳手，相關(guān)聯(lián)的零件有墊片。將閥門螺栓組對(duì)接觸件和關(guān)聯(lián)件的影響定義為正向作用，將接觸件和關(guān)聯(lián)件對(duì)閥門螺栓組的影響定義為反向作用。通過表1對(duì)因素進(jìn)行分解分析可知閥門螺栓組對(duì)螺紋面和扳手的正向作用是因?yàn)樾枰_(dá)到緊固和壓緊密封的作用而產(chǎn)生的，所以正向作用可歸納為緊固和壓緊密封，反向作用可歸納螺栓組的受力和旋合。這些作用也就是閥門螺栓組裝配工藝的影響因素。

表1 閥門螺栓組正反向作用分析

1.2 閥門螺栓組裝配工藝影響因素主體的正負(fù)向影響分析

定義能夠?qū)崿F(xiàn)以上正反向作用的條件為基礎(chǔ)條件，能夠使以上正反向作用優(yōu)化的條件為優(yōu)化條件，能夠使以上正反向作用惡化的條件為惡化條件，通過表2對(duì)以上作用的實(shí)現(xiàn)條件進(jìn)一步分析可知：基礎(chǔ)條件歸納為足夠的力和足夠的強(qiáng)度，優(yōu)化條件歸納為均勻和順暢，惡化條件均是關(guān)聯(lián)優(yōu)化條件的負(fù)向影響，無其它影響。足夠的強(qiáng)度是螺栓組設(shè)計(jì)的范疇，不屬本文討論的內(nèi)容，因此閥門螺栓組裝配工藝的實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化條件可總結(jié)為受足夠且均勻的力和順暢，此條件也就是閥門螺栓組裝配工藝的正向影響。當(dāng)閥門螺栓組的正向影響能夠達(dá)成時(shí)，負(fù)向影響即不會(huì)出現(xiàn)。

表2 閥門螺栓組正反向作用關(guān)聯(lián)條件分析

2 閥門螺栓組裝配影響因素主體的正向影響的達(dá)成條件分析

2.1 足夠的力

想要使閥門螺栓組有足夠的力，可以通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：一是，實(shí)際增加閥門螺栓組的緊固力來實(shí)現(xiàn)良好地緊固或壓緊密封，二是，改善能夠影響實(shí)現(xiàn)良好緊固和壓力密封的緊固力的因素。第一方面實(shí)際增加閥門螺栓組的設(shè)計(jì)緊固力可以很直接地實(shí)現(xiàn)，但這并不是一種優(yōu)化的方式，第二方面則可以借助計(jì)算來進(jìn)行分析。查GB/T 16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》可知，螺栓緊固力的關(guān)系式見公式（1）。

Tf=kFfd（1）

式中Tf——緊固扭矩；

K——扭矩系數(shù)；

Ff——初始預(yù)緊力或預(yù)緊力；

d——螺紋公稱直徑。

由公式（1）可知，在螺栓尺寸確定的情況下，螺栓的公稱直徑d是確定的，因此在相同的緊固扭矩下，如果能降低扭矩系數(shù)K，則可以獲得更大的緊固力。

查GB/T 16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》可知，扭矩系數(shù)K的關(guān)系式見公式（2）

K=1/（2d（P/π+μsd2secα+μwDw）） （2）

式中 P——螺距；

μs——螺紋摩擦系數(shù)；

d2——螺紋中徑；

α——螺紋牙側(cè)角；

μw——支承面摩擦系數(shù)；

Dw——支承面摩擦扭矩的等效直徑。

由公式（2）可知，在螺栓尺寸確定的情況下，螺栓的公稱直徑d、螺距P、螺紋中徑d2、螺紋牙側(cè)角α、支承面摩擦扭矩的等效直徑Dw是確定的。在此條件下，扭矩系數(shù)K僅和螺紋摩擦系數(shù)μs和支承面摩擦系數(shù)μw有關(guān)，而考慮螺栓的防松，支承面的表面粗糙度要求不宜過于提高，所以支承面摩擦系數(shù)μw相對(duì)固定。由此可見，降低螺紋摩擦系數(shù)μs則可使扭矩系數(shù)K減小。降低螺紋摩擦系數(shù)μs可以通過提高螺紋的表面粗糙度和增加螺紋間的潤滑兩種方式來實(shí)現(xiàn)。

2.2 順暢

要達(dá)到順暢的要求則涉及三個(gè)方面：一是，尺寸的公差配合合理，二是，螺紋接觸面的表面粗糙度較好，三是，增加螺紋間的潤滑。目前閥門螺紋配合公差按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)通常選擇6g/6H，這個(gè)公差配合是適用于緊密和強(qiáng)度的通用要求的，在此不對(duì)其它配合公差進(jìn)行試驗(yàn)研究；螺紋接觸面的表面粗糙度可以通過調(diào)整螺紋加工參數(shù)或螺紋加工后增加磨削的工藝方法來實(shí)現(xiàn)；潤滑可以通過使用潤滑劑來實(shí)現(xiàn)。

相對(duì)提高接觸面的表面粗糙度而言，增加潤滑更具經(jīng)濟(jì)性和高效性。潤滑劑的選擇應(yīng)根據(jù)閥門螺紋旋合件型式不同來定。對(duì)于螺栓螺母旋合的情況可以選擇使用粘稠度稍高的潤滑劑，對(duì)于螺紋盲孔可以選擇輕質(zhì)油或石墨粉之類的潤滑劑，以防止螺紋接觸面因被油膜填充形成封閉空間而導(dǎo)致螺栓安裝困難及螺紋孔底封閉空氣受壓發(fā)生意外。對(duì)于不銹鋼螺栓應(yīng)選擇使用二硫化鉬潤滑劑以保證在起到潤滑作用的同時(shí)還可有效防止接觸螺紋咬死。

2.3 均勻

閥門螺栓組均勻裝配的要求涉及到螺栓裝配順序的均勻和每個(gè)螺栓力的均勻。目前行業(yè)對(duì)螺栓的裝配順序的研究表明：同時(shí)加載優(yōu)于對(duì)角加載的方式，對(duì)角加載優(yōu)于順序加載的方式。但是考慮閥門法蘭的型式和尺寸的限制。在螺栓的加載方式上可根據(jù)以下原則選擇：

（a）在工具允許的情況下，對(duì)于有足夠操作空間的盲板法蘭蓋采用同時(shí)加載閥門螺栓的方式；

（b）在因法蘭型式和尺寸限制無法使用同時(shí)加載工具的情況下，采用對(duì)角加載閥門螺栓的方式；

（c）避免采用順序加載閥門螺栓的方式。

要想使每個(gè)螺栓獲得均勻的緊固力，可以選擇定扭矩扳手作為閥門螺栓組的緊固工具。當(dāng)然，為提高效率，還可以選擇電動(dòng)或氣動(dòng)定扭矩工具來緊固閥門螺栓組。

3 結(jié)語

采用正反向作用分析和正負(fù)影響的正反分析方法，相對(duì)可靠全面地分析出了閥門螺栓組的影響因素和具體影響。使用此方法對(duì)閥門螺栓組裝配影響因素主體進(jìn)行分析確定，對(duì)閥門螺栓組裝配影響因素主體的正負(fù)向影響進(jìn)行分析，對(duì)閥門螺栓組裝配影響因素主體的正向影響的達(dá)成分析，可以確定通過對(duì)螺紋接觸面進(jìn)行合適的潤滑可以降低螺栓緊固的摩擦系數(shù)，進(jìn)而在相同緊固扭矩下獲得更大的緊固力；通過同時(shí)加載或?qū)羌虞d可以獲得相對(duì)較為均勻的擰緊；通過使用定扭矩緊固工具可以使每個(gè)螺栓獲得均勻的力。在設(shè)計(jì)閥門螺栓組裝配工藝時(shí)，選擇校對(duì)合理的方式，控制影響螺栓組的因素，使這些因素轉(zhuǎn)化為優(yōu)化條件，從而產(chǎn)生正向作用，就可以有效地改進(jìn)閥門螺栓組的裝配工藝。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高俊峰，吳樹濟(jì).壓力容器用大直徑法蘭連接密封墊片的選用[J].壓力容器， 2012.19（10）：67-70.

[2]華軍.螺紋潤滑狀態(tài)改變對(duì)螺桂預(yù)緊力知影響的分析[J].車輛工藝，2014.（6）：13-15.

[3]GB/T 16823.2-1997.螺紋緊固件緊固通則[S].