采用正反分析法對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，再對其正負向影響進行分析，最后對其正向影響的達成條件進行分析，控制有利因素，以獲得相對優化的螺栓組裝配方式，為閥門螺栓組裝配工藝的改進提供建議，也為工業生產過程的問題分析與優化提供一種方法。

【關鍵詞】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，在閥門相關標準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。采用科學的分析方法來確定閥門螺栓組裝配工藝的關鍵影響因素，就可以有效地控制這些關鍵影響因素，將這些因素進行改進，使其產生正向作用。這對優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，相關聯的零件有墊片。將閥門螺栓組對接觸件和關聯件的影響定義為正向作用，將接觸件和關聯件對閥門螺栓組的影響定義為反向作用。通過表1對因素進行分解分析可知閥門螺栓組對螺紋面和扳手的正向作用是因為需要達到緊固和壓緊密封的作用而產生的，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向影響分析

定義能夠實現以上正反向作用的條件為基礎條件，能夠使以上正反向作用優化的條件為優化條件，能夠使以上正反向作用惡化的條件為惡化條件，通過表2對以上作用的實現條件進一步分析可知：基礎條件歸納為足夠的力和足夠的強度，優化條件歸納為均勻和順暢，惡化條件均是關聯優化條件的負向影響，無其它影響。足夠的強度是螺栓組設計的范疇，不屬本文討論的內容，因此閥門螺栓組裝配工藝的實現及優化條件可總結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。當閥門螺栓組的正向影響能夠達成時，負向影響即不會出現。

表2 閥門螺栓組正反向作用關聯條件分析

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，可以通過兩個方面來實現：一是，實際增加閥門螺栓組的緊固力來實現良好地緊固或壓緊密封，二是，改善能夠影響實現良好緊固和壓力密封的緊固力的因素。第一方面實際增加閥門螺栓組的設計緊固力可以很直接地實現，但這并不是一種優化的方式，第二方面則可以借助計算來進行分析。查GB/T 16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》可知，螺栓緊固力的關系式見公式（1）。

Tf=kFfd（1）

式中Tf——緊固扭矩；

K——扭矩系數；

Ff——初始預緊力或預緊力；

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K的關系式見公式（2）

K=1/（2d（P/π+μsd2secα+μwDw）） （2）

式中 P——螺距；

μs——螺紋摩擦系數；

d2——螺紋中徑；

α——螺紋牙側角；

μw——支承面摩擦系數；

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K僅和螺紋摩擦系數μs和支承面摩擦系數μw有關，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μw相對固定。由此可見，降低螺紋摩擦系數μs則可使扭矩系數K減小。降低螺紋摩擦系數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現。

2.2 順暢

要達到順暢的要求則涉及三個方面：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械設計手冊通常選擇6g/6H，這個公差配合是適用于緊密和強度的通用要求的，在此不對其它配合公差進行試驗研究；螺紋接觸面的表面粗糙度可以通過調整螺紋加工參數或螺紋加工后增加磨削的工藝方法來實現；潤滑可以通過使用潤滑劑來實現。

相對提高接觸面的表面粗糙度而言，增加潤滑更具經濟性和高效性。潤滑劑的選擇應根據閥門螺紋旋合件型式不同來定。對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，對于螺紋盲孔可以選擇輕質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致螺栓安裝困難及螺紋孔底封閉空氣受壓發生意外。對于不銹鋼螺栓應選擇使用二硫化鉬潤滑劑以保證在起到潤滑作用的同時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螺栓力的均勻。目前行業對螺栓的裝配順序的研究表明：同時加載優于對角加載的方式，對角加載優于順序加載的方式。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以下原則選擇：

（a）在工具允許的情況下，對于有足夠操作空間的盲板法蘭蓋采用同時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加載工具的情況下，采用對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。當然，為提高效率，還可以選擇電動或氣動定扭矩工具來緊固閥門螺栓組。

3 結語

采用正反向作用分析和正負影響的正反分析方法，相對可靠全面地分析出了閥門螺栓組的影響因素和具體影響。使用此方法對閥門螺栓組裝配影響因素主體進行分析確定，對閥門螺栓組裝配影響因素主體的正負向影響進行分析，對閥門螺栓組裝配影響因素主體的正向影響的達成分析，可以確定通過對螺紋接觸面進行合適的潤滑可以降低螺栓緊固的摩擦系數，進而在相同緊固扭矩下獲得更大的緊固力；通過同時加載或對角加載可以獲得相對較為均勻的擰緊；通過使用定扭矩緊固工具可以使每個螺栓獲得均勻的力。在設計閥門螺栓組裝配工藝時，選擇校對合理的方式，控制影響螺栓組的因素，使這些因素轉化為優化條件，從而產生正向作用，就可以有效地改進閥門螺栓組的裝配工藝。

【參考文獻】

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