扭矩扳手在設(shè)備維修中的應(yīng)用

崔俊強(qiáng)

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

維修工作的控制程度是優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行的重要特征[1-2]，螺栓緊固即是衡量維修工作控制程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。螺栓的緊固性能直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行，甚至可能造成電鏟或鉆機(jī)等設(shè)備主要部件無法修復(fù)的損壞。螺栓出現(xiàn)松動(dòng)或預(yù)緊力下降，將使設(shè)備的螺栓連接壽命大大縮短，甚至出現(xiàn)脫落，導(dǎo)致重大安全隱患。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升，現(xiàn)代露天采礦設(shè)備維修中越來越多運(yùn)用扭矩扳手來緊固螺栓。扭矩扳手也稱力矩扳手，具有操作靈活、力矩穩(wěn)定、安全可靠、省時(shí)省力等特點(diǎn)，可使設(shè)備平穩(wěn)、高效的運(yùn)行，整體效率盡可能的接近設(shè)備系統(tǒng)在理想狀態(tài)下的最大能力[3]。扭矩扳手兼具擰緊工具和檢測器具的雙重特性，在完成裝配工作的同時(shí)，還將擰緊力矩控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

1 力矩扳手工作原理

設(shè)備零部件的裝配80%是依靠螺栓來完成連接的，在螺栓緊固時(shí)，螺紋之間的會(huì)形成一種擠壓力，螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)必須要克服之間的摩擦力。所以，螺栓是利用螺桿和螺母組成的螺紋副來實(shí)現(xiàn)連接的[4]。而螺紋副是需要力矩來保證其緊固性的，每一種規(guī)格的螺紋副都有合理的力矩值。扭矩扳手就是用來測定螺栓的螺紋副是否達(dá)到規(guī)定力矩值的扳手。螺栓連接是設(shè)備組裝、調(diào)試或維修的關(guān)鍵工序，必須使用扭矩扳手做最終的擰緊并確認(rèn)力矩值。

扭矩扳手不僅可以顯示力矩值，還可以進(jìn)行力矩值的調(diào)整。工作原理基于杠桿的基本原理，它的大小是作用在扳手末端的力與作用點(diǎn)到螺栓中心的距離的乘積，或是根據(jù)電機(jī)電流值或液壓壓力值的轉(zhuǎn)換。扭矩扳手根據(jù)其結(jié)構(gòu)都會(huì)有一個(gè)工作范圍，可以根據(jù)不同螺栓調(diào)節(jié)所需要的扭矩值。使用前將扭矩值調(diào)整到對(duì)應(yīng)的刻度或數(shù)值上，使用時(shí)當(dāng)扭矩達(dá)到所設(shè)定數(shù)值時(shí)，扳手會(huì)發(fā)出預(yù)警或停止運(yùn)行，說明螺栓已經(jīng)達(dá)到了最佳緊固效果。

2 力矩扳手種類

1）手動(dòng)扭矩扳手。是設(shè)備維修使用最廣泛的一種扭矩扳手，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便直觀、經(jīng)久耐用的優(yōu)點(diǎn)。扭矩的產(chǎn)生和改變主要通過調(diào)整扭矩彈簧實(shí)現(xiàn)。操作時(shí)，手持扳手沿順時(shí)針方向?qū)B接螺栓施加一個(gè)平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)力矩，此時(shí)扭矩扳手內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)力矩，從而引起包括扭矩彈簧在內(nèi)的有關(guān)部件移位。當(dāng)扳手轉(zhuǎn)到某一狀態(tài)時(shí)，會(huì)聽到“咔噠”的機(jī)械響聲，表明已達(dá)到設(shè)定的裝配扭矩值。常用的手動(dòng)扭矩扳手有報(bào)警式、數(shù)顯式、指針式，報(bào)警式力矩扳手即在力矩達(dá)到設(shè)定值時(shí)會(huì)發(fā)出各類報(bào)警，提示螺栓已緊固，數(shù)顯式和指針式是可直觀觀察作用力大小。以上扳手有個(gè)共同特點(diǎn)，力矩達(dá)到設(shè)定值時(shí)，可以繼續(xù)施加作用力，會(huì)出現(xiàn)過力現(xiàn)象。所以還有一種特殊的扭矩扳手—打滑式扭矩扳手，它可以對(duì)螺栓擰緊力矩產(chǎn)生過載保護(hù)，當(dāng)力矩到達(dá)設(shè)定值時(shí)，扳手會(huì)打滑卸力，不會(huì)出現(xiàn)過力現(xiàn)象。

2）電動(dòng)扭矩扳手。依靠電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，通過多級(jí)減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行螺栓緊固。通常根據(jù)電機(jī)的電流值或傳感器的變化來確定扭距，當(dāng)達(dá)到規(guī)定扭矩值電機(jī)將停止工作。電動(dòng)扭矩扳手具有輸出力矩大、體積小、使用空間受限小等特點(diǎn)。

3）氣動(dòng)扭矩扳手。由壓縮空氣作為動(dòng)力源，使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)行星減速倍增器。通過調(diào)整氣體壓力或流量來調(diào)節(jié)扭矩大小，當(dāng)達(dá)到設(shè)定扭矩值，馬達(dá)內(nèi)部成直通模式，倍增器停止轉(zhuǎn)動(dòng)。氣動(dòng)扳手具有旋轉(zhuǎn)速度快、輸出力矩大等特點(diǎn)，但是輸出力矩不是很精準(zhǔn)。一般應(yīng)用于拆卸螺栓或擰緊有力矩范圍的場合，可有效提高工作效率。

4）液壓力矩扳手。通常由作用泵、油管、液壓扳手組成，液壓泵輸出高壓液壓油，驅(qū)動(dòng)扳手內(nèi)部液壓缸，由液壓缸直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到螺栓擰松擰緊目的。通過調(diào)節(jié)液壓泵的輸出壓力值來轉(zhuǎn)換螺栓所需的力矩值。液壓扭矩扳手力矩輸出準(zhǔn)確，輸出力矩大，但是與氣動(dòng)扳手一樣，他們都附帶著氣泵和液壓泵來提供動(dòng)力，此類設(shè)備附件較多，不便于移動(dòng)工作[5]。

3 力矩扳手在設(shè)備維修的應(yīng)用

1）螺栓對(duì)于各類設(shè)備都是非常重要的部件，對(duì)于設(shè)備的安全運(yùn)行更是起到了決定性的作用。螺栓必須以預(yù)緊的方式來確保連接點(diǎn)的各個(gè)部分和其他部分之間有良好的接觸，并依靠預(yù)緊力使螺栓產(chǎn)生阻止轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦扭矩而不易松脫。螺栓安裝時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)定的預(yù)緊力數(shù)值進(jìn)行扭矩扳手設(shè)定，確保緊固到位[6]。如果扭矩過大，就會(huì)使螺距、長度發(fā)生變化，出現(xiàn)塑性變形情況，此時(shí)螺栓便會(huì)產(chǎn)生金屬疲勞，內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，只要受到一定程度的震動(dòng)，螺栓很容易出現(xiàn)松動(dòng)或斷裂，造成螺栓報(bào)廢。而且?guī)缀跛芯S修人員都無法精準(zhǔn)的手動(dòng)緊固螺栓，多數(shù)在擰緊小型螺栓時(shí)力矩偏大，造成螺栓拉伸，例如很多密封容器的端蓋螺栓，總會(huì)在接口處漏油漏氣，主要原因就是安裝螺絲力矩過大，導(dǎo)致螺栓失效；在安裝大型螺栓時(shí)用力過小，無法滿足緊固要求，例如很多設(shè)備連接部位或減速箱底座螺栓等松動(dòng)，都是由于螺栓未緊固到力矩規(guī)定值或力矩不均勻，設(shè)備運(yùn)行中振動(dòng)造成的，這將導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加，甚至降低了總成件的使用壽命[7]。為了保證螺紋緊固的穩(wěn)定性，所以用扭矩扳手來操作。

2）根據(jù)各種規(guī)格螺栓及其使用條件來設(shè)定合理的扭矩值。螺栓的鎖緊力矩與螺栓及螺母的材料、潤滑情況、螺栓的直徑、螺紋的螺牙尺寸、需要緊固至屈服強(qiáng)度的百分比、螺母與基座間的摩擦系數(shù)、反作用力臂的放置等因素有關(guān)[8]。使用扭矩扳手前正確了解扳手的最大量程，一般選擇扭矩扳手的力矩范圍在所需力矩的20%～80%為宜。扭矩扳手設(shè)定好的力矩值，只可以用于螺栓的緊固而不能拆卸螺栓，因?yàn)槁菟ㄔ谑褂眠^程中，由于雨水、油污、銹蝕等原因造成螺紋摩擦力增加，此時(shí)要想拆卸螺栓，力矩要大于其擰緊力矩1.5～2 倍，甚至更大。所以，在拆卸螺栓時(shí)，應(yīng)該先用普通扳手?jǐn)Q松，再用扭矩扳手或棘輪扳手提高拆卸速度。

3）扭矩扳手在使用過程中要注意避免碰撞，以防損壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成力矩誤差。在執(zhí)行螺栓緊固時(shí)，通常每次只對(duì)1 個(gè)螺栓進(jìn)行緊固，這種情況下容易導(dǎo)致單點(diǎn)加載和負(fù)載擴(kuò)散。為避免這種情況，多個(gè)螺栓擰緊時(shí)要逐漸遞增力矩，直到緊固到規(guī)定的扭矩值，并從1 個(gè)螺栓到另1 個(gè)螺栓交替擰緊，以保證配對(duì)螺栓的逐漸張緊。螺栓的緊固必須從連接點(diǎn)對(duì)剛硬的部分開始，以邊緣結(jié)束。當(dāng)所有的螺栓被擰緊之后，必須重新檢查連接點(diǎn)最剛硬部分的第1 個(gè)被擰緊的螺栓，保證其正確的扭矩值。如果由于結(jié)合點(diǎn)的牽拉力而使這些螺栓松動(dòng)，那么連接處的所有螺栓則必須重新預(yù)緊。必須按要求進(jìn)行多次重新檢查和重新擰緊流程，直到連接點(diǎn)完全張緊，所有螺栓也已達(dá)到規(guī)定的扭矩值。圓型分布的螺栓必須以對(duì)角交叉的方式逐漸緊固，以保證每個(gè)部分的得到適度的張緊。很多型號(hào)的液壓扭矩扳手可實(shí)現(xiàn)同步操作，來滿足上述配對(duì)擰緊要求。即1 臺(tái)液壓泵站同時(shí)連接2 臺(tái)或更多液壓扭矩扳手同時(shí)使用。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部壓力處處相等的特性，每個(gè)液壓扭矩扳手接收的壓力是相等的，所輸出的力矩值也是相等的。液壓扭矩扳手的同步系統(tǒng)主要目的使緊固面受力均勻，且緊固速度快。由此可見同步系統(tǒng)的效率遠(yuǎn)大于單系統(tǒng)。特別需要注意的是，在液壓扳手的反作用力臂處，力量非常大，為了安全，避免將手指等身體部位置于反作用力臂與設(shè)備接觸的地方。

4）扭矩扳手的正確使用及維護(hù)保養(yǎng)。由于工作環(huán)境不同，會(huì)造成扭矩內(nèi)部零件磨損，引起扭矩視值不穩(wěn)定。定期保養(yǎng)扭矩扳手，對(duì)扭矩扳手的工作狀態(tài)是有幫助的。液壓扳手、風(fēng)動(dòng)扳手、電動(dòng)扳手等使用頻率不應(yīng)該過長，長時(shí)間工作會(huì)使得工具溫度升高，軟化管路及密封材料，導(dǎo)致泄漏。為了保持扭矩扳手最好的工作狀態(tài)，運(yùn)行一定時(shí)間后，應(yīng)靜置待各部位溫度降低后在使用。使用過程中應(yīng)檢查動(dòng)力源是否清潔、工作環(huán)境有無粉塵油污等，避免工具被污染而影響其使用性能和使用壽命。液壓扭矩扳手勤換液壓油、電動(dòng)扭矩扳手清理積碳、風(fēng)動(dòng)扭矩扳手除干水分，所有扳手在使用后要將其擦拭干凈。一定將力矩值調(diào)節(jié)到最小值處，避免限制機(jī)構(gòu)長期處于受力狀態(tài)，導(dǎo)致塑性變形，造成設(shè)定扭力誤差（偏?。?，每次使用前必須重新設(shè)定力矩值。

4 結(jié)語

露天采礦設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每臺(tái)設(shè)備都安裝有幾百至幾萬條數(shù)量不等的螺栓。這些設(shè)備螺栓由于長期處于交變載荷的作用下，對(duì)其安裝、維修、保養(yǎng)等有著較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著設(shè)備維修技術(shù)不斷進(jìn)步，扭矩扳手的功能得到了很大提升和拓展，對(duì)螺紋連接裝配質(zhì)量和工作效率的提高起到了很大的促進(jìn)作用。在對(duì)設(shè)備的維修保養(yǎng)過程中，扭矩扳手的合理使用、正確選擇，可節(jié)約大量勞動(dòng)力，突顯維修人員較高的技術(shù)技能，有效提高設(shè)備維修的工作效率，提高設(shè)備穩(wěn)定性，給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)和良好的社會(huì)效益。