高壓開關(guān)設(shè)備用輔助開關(guān)連桿組合螺釘涂厭氧膠鎖緊工藝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：針對高壓開關(guān)設(shè)備用輔助開關(guān)連桿組合螺釘鎖緊防松工藝存在的問題，提出了輔助開關(guān)連桿組合螺釘涂厭氧膠鎖緊工藝，通過對組合螺釘擰緊力矩的理論計(jì)算及鎖緊工藝方案的驗(yàn)證和分析，提高了輔助開關(guān)在高壓斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用可靠性。

關(guān)鍵詞：輔助開關(guān);連桿;組合螺釘;厭氧膠

0 引言

高壓開關(guān)設(shè)備用輔助開關(guān)主要由多個(gè)單元基板，通過連桿用組合螺釘鎖緊連接成一體，輔助開關(guān)多應(yīng)用于高壓斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)。斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)的分合閘操動主要依靠安裝在機(jī)構(gòu)上的分?jǐn)鄰椈蓙硖峁┠芰?，斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)操作時(shí)的速度很快，會產(chǎn)生非常大的振動，這就要求配套用輔助開關(guān)具有很強(qiáng)的抗震動能力。如果輔助開關(guān)連桿組合的螺釘防松能力差，就會出現(xiàn)連桿與組合螺釘松脫的現(xiàn)象，導(dǎo)致開關(guān)失效，為此，本文應(yīng)用了輔助開關(guān)連桿組合螺釘涂厭氧膠鎖緊工藝來解決這類問題。

1 擰緊力矩的合理性分析

應(yīng)用涂厭氧膠鎖緊螺釘工藝前，要首先確定鎖緊螺釘?shù)臄Q緊力矩，其擰緊力矩T包括由克服螺紋副的螺紋阻力矩T1及連桿螺紋孔端面與組合螺釘墊圈支承面間的端面摩擦力矩T2，采用力矩扳手法施加擰緊力矩時(shí)，具體計(jì)算如下：

組合螺釘擰緊力矩的計(jì)算：

T=T1+T2=KF0 d

式中，K為擰緊力系數(shù)（鍍鋅無潤滑為0.22）;F0為預(yù)緊力（N）;d為螺紋公稱直徑（mm）。

輔助開關(guān)使用的組合螺釘規(guī)格為M4×10，一般規(guī)定擰緊螺栓后螺紋連接件預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料的屈服點(diǎn)α的80%，對于一般連接用的鋼制螺栓，推薦預(yù)緊力限制如下：

碳素鋼螺釘F0=（0.6～0.7）σs As

式中，σs為螺栓材料的屈服點(diǎn)（MPa）;As為螺栓公稱應(yīng)力截面積（mm2）。

在輔助開關(guān)使用的螺釘組合中，螺釘?shù)膱?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 818—2016，材料為普通碳素鋼，普遍為20#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，性能等級若按4.8級取值，其公稱屈服強(qiáng)度σs=320 MPa。

As=（π/4）×（d2/2+d3/2）2

式中，d3為螺紋的計(jì)算直徑，d3=d1-H/6（mm），d1為外螺紋小徑（mm），H為螺紋原始三角形高度（mm）;d2為外螺紋中徑（mm）。

查閱《普通螺紋基本尺寸》（GB 196—1981），M4螺釘?shù)耐饴菁y小徑d1=3.242 mm，中徑d2=3.545 mm，螺距p=0.7 mm，螺紋原始三角形高度H=0.866 025 404p=0.606 217 782 8 mm，所以d3=d1-H/6=3.242-0.606 217 782 8/6=3.141 mm。

由此，螺紋的公稱應(yīng)力截面積As=（π/4）×（3.545/2+3.141/

2）2=8.773 mm2，即F0=（0.6～0.7）σsAs=（0.6～0.7）×320×8.773=1 684.416～1 965.152 N，所以M4組合螺釘?shù)臄Q緊力矩為：

Tmin=KF0d=0.22×1 684.416×4=1 482.29 Nmm≈1.48 Nm

Tmax=KF0d=0.22×1 965.152×4=1 729.33 Nmm≈1.73 Nm

2 輔助開關(guān)螺釘涂厭氧膠鎖緊工藝的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）規(guī)定好擰緊力矩后，將電動螺絲刀峰值扭矩調(diào)到規(guī)定扭矩范圍內(nèi)，如圖1所示。

（2）厭氧膠選用Loctite（樂泰）263號膠水，該膠水在隔絕氧氣的金屬密封面間固化，可以防止由于振動或沖擊而引起的松動或泄漏，該膠水可以應(yīng)用到包括惰性金屬的所有金屬基材上，例如：不銹鋼、鋁合金、電鍍處理過的材料涂層等。同樣涂膠工藝下不同材質(zhì)基材會影響固化速度和破壞扭矩，組合螺釘常用的是鍍鋅表面處理工藝，基本上72 h都能達(dá)到全固狀態(tài)。Loctite（樂泰）263號膠水應(yīng)用范圍如圖2所示，不同基材或電鍍涂層固化時(shí)間強(qiáng)度對應(yīng)如圖3所示。

（3）分別做4組試驗(yàn)，固化試驗(yàn)時(shí)間為72 h，環(huán)境溫度23 ℃，裝配方法如表1所示。

（4）試驗(yàn)方法按照《厭氧膠粘劑扭矩強(qiáng)度的測定（螺紋緊固件）》（GB/T 18747.1—2002）對固化后的螺釘及沒有涂膠的螺釘進(jìn)行破壞扭矩和牽出扭矩測試，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

3 工藝效果及總結(jié)

3.1 ? ?第一組裝配試驗(yàn)結(jié)果分析（用原膠頭點(diǎn)到連桿裝配）

破壞扭矩1.1 Nm左右、牽出扭矩0.7 Nm左右，這種操作方式的缺點(diǎn)是點(diǎn)膠不能完全涂到連桿螺紋間隙內(nèi)，緊釘時(shí)膠容易擠到外面，沒有完全填充到螺紋間隙內(nèi)，填充不充實(shí)，達(dá)不到涂膠應(yīng)有的效果。

3.2 ? ?第二組裝配試驗(yàn)結(jié)果分析（用點(diǎn)膠針頭適量點(diǎn)到螺釘和連桿螺紋裝配）

破壞扭矩2.0 Nm左右、牽出扭矩1.0 Nm左右，這種涂膠形式是用針頭進(jìn)行點(diǎn)膠，能夠完全將膠涂到螺紋間隙內(nèi)，如果涂膠適量，緊釘時(shí)膠也不容易擠到外面。固化后破壞和牽出扭矩也比較合適。

3.3 ? ?第三組裝配試驗(yàn)結(jié)果分析（用原膠頭點(diǎn)到螺釘裝配）

破壞扭矩0.9 Nm左右、牽出扭矩0.7 Nm左右，這種涂膠形式用原膠頭點(diǎn)到螺釘裝配，緊釘時(shí)膠容易擠到外面，沒有完全填充到螺紋間隙內(nèi)，填充不充實(shí)，并且螺釘較小，點(diǎn)膠量不好控制，且達(dá)不到涂膠應(yīng)有的效果。情況和第二組試驗(yàn)類似。

3.4 ? ?第四組裝配試驗(yàn)結(jié)果分析（用針頭涂滿到連桿螺紋裝配）

破壞扭矩0.9 Nm左右、牽出扭矩0.1 Nm左右，說明第一組和第三組試驗(yàn)破壞扭矩值與沒有涂膠的破壞扭矩值相當(dāng)，沒有起到涂膠的效果，只是牽出扭矩稍大一些，基本起不到防松作用。

4 結(jié)語

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果分析可知，第二組試驗(yàn)方法可起到很好的緊固防松效果，按照《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則》（GB/T 14048.1）和《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) Fc：振動（正弦）》（GB/T 2423.10—2008）進(jìn)行輔助開關(guān)震動試驗(yàn)，結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。具體的輔助開關(guān)螺釘涂厭氧膠鎖緊工藝要點(diǎn)包括：（1）只有緊釘后厭氧膠完全填充到螺紋間隙，與空氣隔絕后即可固化;（2）因M4組合螺釘及連桿螺紋孔較小，用原膠頭點(diǎn)膠，點(diǎn)膠時(shí)涂不到連桿螺紋內(nèi)，并且點(diǎn)膠量不好控制，容易溢出;（3）用點(diǎn)膠針頭點(diǎn)膠能夠完全將膠涂到螺紋間隙內(nèi)，如果涂膠適量，緊釘時(shí)膠也不容易擠到外面。此外，還需要進(jìn)一步完善工藝流程，增加自動化設(shè)備，這樣才能有效控制涂膠量，提高工作效率，保證輔助開關(guān)連桿組合螺釘鎖緊防松工藝質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]

[1] GB/T 18747.1—2002：厭氧膠粘劑扭矩強(qiáng)度的測定（螺紋緊固件）[S].

[2] GB/T 2423.10—2008：電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) Fc：振動（正弦）[S].

收稿日期：2020-05-07

作者簡介：張超（1985—），男，遼寧沈陽人，工程師，從事輸變電工程設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)與加工制造工作。