定扭工具在重型貨車車架裝配中的應用

車架總成是重型貨車最重要的零部件之一，駕駛室、發(fā)動機、變速器及車橋等都是依托縱梁安裝在車架總成中，由鉚釘和螺栓固定在車架上，螺栓聯(lián)接具有簡單便捷、可以多次拆卸重新裝配、標準化程度高、成本低等優(yōu)勢，在汽車、機械裝配過程中承擔著不可或缺的角色。

螺栓在擰緊過程中，其擰緊力矩的大小直接影響螺栓聯(lián)接的可靠性，預緊力過大會導致螺栓斷裂、重型貨車結構發(fā)生塑性變形，預緊力過小會引發(fā)結構件松動、分離、螺栓疲勞等問題1。當前重型貨車行業(yè)底盤裝配過程中不同結構件和板料厚度所用螺栓規(guī)格不同，所有螺栓均用風動扳手一次擰緊，擰緊力矩依靠加工人經(jīng)驗評估以及抽檢，不能保證所有螺栓擰緊力矩精度 100% 符合工藝要求，且風動扳手運行噪聲大，加工人手持操作費力，尤其是空間狹小處的螺栓操作難度更大。

為了防止整車運行中螺栓松動，質量要求保證車架生產(chǎn)中每個螺栓的擰緊力矩都要滿足工藝要求，目前使用的風動扳手無法保證螺栓擰緊力矩，需要指示式扭力扳手測量后確認，嚴重影響生產(chǎn)節(jié)拍。風動扳手在緊固螺栓時噪聲大，已嚴重超過國家生產(chǎn)環(huán)境噪聲標準，工人長期在此環(huán)境中作業(yè)影響身心健康。為改善員工的生產(chǎn)環(huán)境，提升生產(chǎn)節(jié)拍保障擰緊力矩精度，急需對現(xiàn)有的裝配工藝及工具進行改造升級，以

滿足生產(chǎn)需要。

工具選型

在汽車生產(chǎn)裝配過程中，為了提高螺栓聯(lián)接的可靠性，應讓螺栓聯(lián)接副保持一定的軸向夾緊力，即預緊力[2。但受各方面影響，直接控制預緊力存在一定難度，最經(jīng)濟可行的方案就是控制扭矩，間接實現(xiàn)軸向

預緊力的調控。

這是一種目前最常用、最廣泛使用的擰緊控制和操作方式，擰緊方法原理非常簡單且快速，易于標準化3]。汽車裝配過程中，緊固工具和設備主要涉及扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機等，這些工具和設備在裝配過程中起著至關重要的作用[4]。

市面現(xiàn)有幾種擰緊工具對比見表1。

從表1中可以看出，電動定扭工具功能適合生產(chǎn)的需要。電動擰緊機精度高、性能穩(wěn)定并具有防錯和可追溯性等功能，能有效保障整車質量[5]。

因此，可利用車間現(xiàn)有設備和電動擰緊設備進行對比試驗，一線采用風動扳手一次擰緊工藝模式，二線采用風扳機預緊加電動擰緊槍復緊工藝模式。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，安排同一班組的人員在兩條線體按周輪換加工，并抽取同一車型同一位置螺栓進行力矩檢測，檢測數(shù)據(jù)見表2。

通過檢測結果可以看出，二線采用風動扳手預緊加電動定扭工具復緊工藝模式后螺栓力矩 100% 符合工藝要求。

此工具擰緊精度 ≥±3% ，角度精度 ?±2^° 。擰緊工具具備數(shù)據(jù)記錄功能，可以記錄擰緊過程中的角度變化和對應的扭矩值，同時還能夠通過參數(shù)設計進行異常報警，提高緊固過程穩(wěn)定性，降低擰緊過程風險[]。

針對電動定扭工具的工藝優(yōu)化

1.螺栓擰緊工藝方式

按照目前的裝配工藝，將螺栓穿入裝配孔后，手動擰螺母2～3扣，使用定扭工具對螺栓進行緊固時，會出現(xiàn)螺栓和螺母空轉，需要第二人使用扳手卡住螺栓或螺母進行緊固。此工藝方式，嚴重影響生產(chǎn)節(jié)拍，且定扭工具反作用力大，使用手動扳手配合緊固

時存在安全隱患。

為了實現(xiàn)定扭工具對螺栓的快速緊固，需要對現(xiàn)有的工藝模式進行更改。先采用油壓脈沖扳手進行快速預緊，消除板料間隙后再使用定扭工具對螺栓進行復緊，即“油壓脈沖扳手預緊 ?+ 定扭工具復緊”螺栓擰緊工藝模式。

設定油壓脈沖扳手到預設扭矩值，對螺栓進行快速預緊，基于油壓脈沖扳手結構限制，預緊后的螺栓扭矩精度范圍僅在 ±8%～±20% 。在后道工序使用低噪聲高精度定扭工具進行復緊，定扭工具通過控制轉角消除摩擦系數(shù)對螺栓扭矩衰減的影響，進一步精確螺栓扭矩，從而使螺栓擰緊力矩精度控制在 ±1%～ ±8% ， 100% 滿足工藝要求，提升質量合格率。

2.電動擰緊槍懸掛裝置選擇

電動擰緊槍需要工人拿取方便且能快速輕松移動，因此采用鋁合金導軌，質量比鋼軌輕，慣性小，能輕松移動和停止。

擰緊槍在緊固螺栓時會存在反作用力，需要消除反作用力。目前有兩種方式，碳纖維桿連接和軟連接增加反力桿模式。

升降導向采用碳纖維桿（見圖1），可在平行和垂直導軌的兩個平面內擺動，自身可旋轉和伸縮，有極大的靈活性。與軟繩連接相比，碳纖維桿保證剛性的同時，又兼具一定的柔性，碳纖維桿最大質量僅2.8kg ，最大抗扭 400N?m 。與常規(guī)鋼制的抗扭管相比，擰緊機構質量相同的條件下，碳纖維桿用較小的平衡器就能實現(xiàn)同樣功能。行程可達 1438mm ，縮短時的長度為 962mm ，伸長后，長度可達 2400mm 。此特點確保工作時能覆蓋到最低點的螺栓；不工作時，工裝高過工人頭頂，確保安全。傳統(tǒng)鋼制抗扭管為雙梁懸掛，碳纖維管單梁即可，移動更加方便。整體設備實現(xiàn)了輕量化、低阻力，兼顧剛性和柔性，使得設備移動靈活，認帽輕松。同時，碳纖維桿自身有抗扭功能，水平擰緊時，可以省掉反力桿，節(jié)約對位時間，并防止碰傷工件消除安全風險。

使用軟連接時，由于設備在擰緊螺栓時會存在反作用力，需要增加反力桿保證螺栓擰緊時設備無晃動。如圖2所示，工人在使用反力桿時需要將其靠住零部件后再擰緊螺栓，如果沒有確認反力桿旋轉方向，隨意靠住零部件擰緊螺栓時反力桿就會旋轉，對零件存在磕傷風險，工人存在安全隱患，且每個螺栓都要使用反力桿，嚴重影響生產(chǎn)效率，是碳纖維桿用時的兩倍。經(jīng)過對比之后選擇采用碳纖維桿連接。

3.螺栓的選型

由于裝配工藝變更，螺栓裝配先采用油壓脈沖預緊，再用電動擰緊機復緊的工藝裝配方式。在使用普通六角頭螺栓和自鎖螺母時會出現(xiàn)跟轉問題，螺栓擰不緊，需要在復緊時同時用手動扳手卡住另一端再打緊，工人存在夾手風險且嚴重影響生產(chǎn)效率。

現(xiàn)階段車間使用分板機緊固自鎖螺栓，需要用手動扳手將螺栓一頭固定后再用風扳機將其緊固，螺栓緊固時風扳機抖動和反作用力大，效率低且存在安全隱患。長時間操作對加工人的聽力和手臂造成傷害。

為了滿足定扭工具的使用要求，防止螺栓空轉并快速定扭，現(xiàn)對目前使用的各螺栓型號進行對比選型（見圖3），確保滿足電動定扭工具的使用要求。對比結果見表3。

根據(jù)表3，第二種法蘭螺栓螺母符合工藝要求，滿足定扭工具可快速將螺栓緊固，無需使用輔助工具，保證每個螺栓裝配扭矩，可取消擰緊力矩自檢，提升了車架質量和裝配效率。

結語

通過對不同緊固工具和設備的實驗對比，電動定扭工具不僅在精度高，而且在裝配螺栓時操作靈活且靜音。同時具備模塊化快速維修結構，便于維護及維修。

通過對不同種類螺栓的裝配情況分析，六角法蘭螺栓 + 法蘭螺母組合的擰緊力矩大，可提高連接可靠性，螺栓可實現(xiàn)手動快速松帶，擰緊過程中不會存在跟轉現(xiàn)象，一個人可完成螺栓緊固工作且滿足工藝要求。

通過以上工藝措施，實現(xiàn)了定扭工具的使用，滿足生產(chǎn)節(jié)拍和質量要求，解決了螺栓擰緊力矩過扭和欠扭的問題，車架總成螺栓復緊后設備提示合格，擰緊力矩無需再次檢測。同時滿足了國家規(guī)定工作場所噪聲限制要求。

參考文獻：

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