關(guān)于狹小空間施加扭矩不便的探索研究

付陽(yáng)陽(yáng) 趙瑞 王李敏

摘 要 在“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組生產(chǎn)過(guò)程中，很多部件都采用螺栓連接，伴隨而來(lái)的問(wèn)題就是怎樣精準(zhǔn)控制螺栓的扭矩，如果施加扭矩不當(dāng)會(huì)造成螺栓松動(dòng)或過(guò)頭、螺栓滑牙或斷裂的惡性事故發(fā)生，但是針對(duì)目前使用的扭矩扳手或多或少都會(huì)有由于空間狹小而無(wú)法施加扭矩的情況，這就迫使我們研究怎樣在空間狹小甚至受限的情況下正確的施加扭矩，最終通過(guò)對(duì)扭矩施加空間進(jìn)行研究，制作了幾種施加扭矩的轉(zhuǎn)換工具，完成課題的研究。

關(guān)鍵詞 扭矩;狹小空間;轉(zhuǎn)換工具;螺栓

在“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組生產(chǎn)過(guò)程中，除部分部件使用粘接膠、鉚釘，其主要的部件安裝都是采用螺栓連接，這種連接方式是其他方法都無(wú)法替代的一種可拆卸的固定連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接可靠、拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。

而在螺栓緊固過(guò)程中，使用普通的緊固扳手，螺栓是否上緊完全依靠人的鎖緊力量，上緊螺栓時(shí)容易出現(xiàn)螺栓松動(dòng)或過(guò)頭，螺栓滑牙甚至斷裂等現(xiàn)象，使物體連接的可靠性得不到保證。針對(duì)此種現(xiàn)象，扭矩扳手應(yīng)運(yùn)而生，在動(dòng)車組組裝過(guò)程中，使用的扭矩扳手是響聲式頭部可換的凹槽頭扭矩扳手[1]。

由于動(dòng)車組組裝過(guò)程中，有很多由于空間受限無(wú)法正常施加扭矩的情況發(fā)生，例如：槽型結(jié)構(gòu)的部件連接，當(dāng)槽型寬度小于扭矩扳手扳子頭垂直高度時(shí)，無(wú)法正常施加扭矩;部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，扭矩扳手無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，無(wú)法施加扭矩。常規(guī)的扭矩扳手配備工具在狹窄空間擰緊螺栓、螺釘?shù)攘慵嬖谝韵聠?wèn)題：①無(wú)法滿足產(chǎn)品要求：常規(guī)的工具在狹窄空間擰緊螺栓或螺釘，一是操作困難，容易干涉;二是無(wú)法達(dá)到螺栓或螺釘?shù)呐ぞ亓σ?，最終導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法滿足技術(shù)要求;②操作難度和操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大：由于操作空間過(guò)于狹窄，操作者的手臂和操作工具無(wú)法施展，擰緊螺栓的操作難度較大;③裝配效率低：因?yàn)椴僮麟y度較大，同一產(chǎn)品裝配時(shí)間就增加了很多，直接造成裝配效率低下。因此，如何開發(fā)出一種應(yīng)用于狹窄空間要求螺栓有擰緊力的工具，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人操作員來(lái)說(shuō)是迫切需要努力實(shí)現(xiàn)的方向和目標(biāo)。

針對(duì)這樣的情況勢(shì)必會(huì)對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸類，然后對(duì)扭矩扳手的原理進(jìn)行分析：扭矩（M）=力（F）*力臂（L），而對(duì)于扭矩施加后的連接力不像加緊力那樣簡(jiǎn)單，當(dāng)施加的扭矩值為100%時(shí)，擰緊時(shí)螺栓頭下摩擦力占50%，螺紋副中的摩擦力占40%，而夾緊力占10%，這就要求我們充分的考慮摩擦力，怎樣在工具設(shè)計(jì)過(guò)程中使扭矩值更加精確[2]。

我們根據(jù)動(dòng)車組組裝過(guò)程中的狹小空間分為3類，并根據(jù)每種情況設(shè)計(jì)了三種扭矩扳手使用的連接工具：

（1）高度方向受限：將內(nèi)六角扳手上取下一截，同時(shí)將不銹鋼六角頭螺栓的螺帽取下，然后使用焊接方式將內(nèi)六角扳手和六角頭螺栓帽焊接在一起，注意焊接前要將六角頭螺帽的中心與內(nèi)六角扳手的中心對(duì)正，避免因?yàn)槠亩斐膳ぞ厥┘訒r(shí)的扭矩值損失;

（2）扳手緊固方向受限：由于內(nèi)六角、外六角螺栓的旋轉(zhuǎn)角度為360°/6，當(dāng)使用工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)角度就需要轉(zhuǎn)動(dòng)60°，加上扭矩扳手的長(zhǎng)度，在狹長(zhǎng)空間內(nèi)無(wú)法完成緊固及施加扭矩的工作，我們?cè)诔Ｄ甑牟僮鬟^(guò)程中發(fā)現(xiàn)棘輪式扳手的旋轉(zhuǎn)角度有兩種分別為：45齒，其旋轉(zhuǎn)角度為360°/45=8°;72齒，其旋轉(zhuǎn)角度為360°/72=5°，這樣大大縮小了旋轉(zhuǎn)角度，在狹長(zhǎng)空間內(nèi)施加扭矩只需要每次轉(zhuǎn)動(dòng)5～8°就能夠完成扭矩的施加，所以我們?cè)诠ぞ叩木o固端采用棘輪式薄片扳手，但是在選用時(shí)我們還考慮到一個(gè)問(wèn)題就是：齒數(shù)越多，齒越精細(xì)，能夠承受的扭力就越小，在用力的時(shí)候齒就容易斷裂。所以在選用棘輪式薄片扳手時(shí)可以根據(jù)空間受限程度選用不同齒數(shù)的棘輪扳手，同時(shí)因?yàn)槭褂玫呐ぞ匕馐譃轭^部可換的凹槽頭式，所以要實(shí)現(xiàn)棘輪部位和扭矩扳手之間的連接，同時(shí)在施加扭矩時(shí)還會(huì)出現(xiàn)需要玩去角度的情況，所以在此過(guò)程，我們?cè)谥虚g連接部位增加彈性鋼條，這樣可以在上下角度變換過(guò)程中避開干涉安裝位置，實(shí)現(xiàn)各種角度扭矩的施加任務(wù)[3]。

（3）深度較大空間的受限：在較深的狹小空間內(nèi)施加扭矩，也是非常不方便的，這就要求我們能夠只做一個(gè)轉(zhuǎn)接工具，此種工具我們采用鏈條式結(jié)構(gòu)，因?yàn)殒湕l傳動(dòng)過(guò)程中基本上無(wú)力的損失，所以我們將鏈輪、鏈條、連接轉(zhuǎn)換頭、支撐體組裝在一起，形成一個(gè)盒狀結(jié)構(gòu)，一端用于連接扭矩扳手，一端用于緊固螺栓，這樣就能夠?qū)⑴ぞ匕馐州敵龅呐ぞ刂蹈玫膫鬟f給螺栓，完成螺栓的緊固。

綜上所述，在有限空間內(nèi)完成扭矩施加需要制作各種工具，而扭矩扳手使用注意事項(xiàng)就是對(duì)扭矩值的驗(yàn)證，通常我們都是使用扭矩校驗(yàn)儀校驗(yàn)設(shè)定的扭矩值是否符合工藝要求，而在工具轉(zhuǎn)換后我們也需要完成此項(xiàng)工作，實(shí)際操作過(guò)程中我們對(duì)其使用過(guò)程做了驗(yàn)證，我們校驗(yàn)扭矩扳手時(shí)的校驗(yàn)數(shù)值使用扭矩校驗(yàn)儀顯示的數(shù)值，而在扭矩扳手設(shè)定時(shí)根據(jù)制作工具不同而修訂，這樣就能夠保證扭矩扳手施加到螺栓的扭矩值是正確的，能夠完成正確的螺栓緊固。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016：100.

[2] 劉光啟，李成棟，趙梅.五金手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：10.

[3] 潘承怡，向敬忠.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技巧與禁忌[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：56.

作者簡(jiǎn)介

付陽(yáng)陽(yáng)（1986-），男，河北滄州人;學(xué)歷：本科，高級(jí)技師，現(xiàn)就職單位：中車唐山機(jī)車車輛有限公司，研究方向：機(jī)械部件組裝。