關于狹小空間施加扭矩不便的探索研究

付陽陽 趙瑞 王李敏

摘 要 在“復興號”動車組生產過程中，很多部件都采用螺栓連接，伴隨而來的問題就是怎樣精準控制螺栓的扭矩，如果施加扭矩不當會造成螺栓松動或過頭、螺栓滑牙或斷裂的惡性事故發生，但是針對目前使用的扭矩扳手或多或少都會有由于空間狹小而無法施加扭矩的情況，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，最終通過對扭矩施加空間進行研究，制作了幾種施加扭矩的轉換工具，完成課題的研究。

關鍵詞 扭矩;狹小空間;轉換工具;螺栓

在“復興號”動車組生產過程中，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法替代的一種可拆卸的固定連接，具有結構簡單、連接可靠、拆卸方便等優點。

而在螺栓緊固過程中，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，上緊螺栓時容易出現螺栓松動或過頭，螺栓滑牙甚至斷裂等現象，使物體連接的可靠性得不到保證。針對此種現象，扭矩扳手應運而生，在動車組組裝過程中，使用的扭矩扳手是響聲式頭部可換的凹槽頭扭矩扳手[1]。

由于動車組組裝過程中，有很多由于空間受限無法正常施加扭矩的情況發生，例如：槽型結構的部件連接，當槽型寬度小于扭矩扳手扳子頭垂直高度時，無法正常施加扭矩;部件結構復雜，扭矩扳手無法轉動時，無法施加扭矩。常規的扭矩扳手配備工具在狹窄空間擰緊螺栓、螺釘等零件，存在以下問題：①無法滿足產品要求：常規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;二是無法達到螺栓或螺釘的扭矩力要求，最終導致產品無法滿足技術要求;②操作難度和操作人員勞動強度大：由于操作空間過于狹窄，操作者的手臂和操作工具無法施展，擰緊螺栓的操作難度較大;③裝配效率低：因為操作難度較大，同一產品裝配時間就增加了很多，直接造成裝配效率低下。因此，如何開發出一種應用于狹窄空間要求螺栓有擰緊力的工具，對本領域技術人操作員來說是迫切需要努力實現的方向和目標。

針對這樣的情況勢必會對空間結構進行歸類，然后對扭矩扳手的原理進行分析：扭矩（M）=力（F）*力臂（L），而對于扭矩施加后的連接力不像加緊力那樣簡單，當施加的扭矩值為100%時，擰緊時螺栓頭下摩擦力占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，怎樣在工具設計過程中使扭矩值更加精確[2]。

我們根據動車組組裝過程中的狹小空間分為3類，并根據每種情況設計了三種扭矩扳手使用的連接工具：

（1）高度方向受限：將內六角扳手上取下一截，同時將不銹鋼六角頭螺栓的螺帽取下，然后使用焊接方式將內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六角扳手的中心對正，避免因為偏心而造成扭矩施加時的扭矩值損失;

（2）扳手緊固方向受限：由于內六角、外六角螺栓的旋轉角度為360°/6，當使用工具進行旋轉時角度就需要轉動60°，加上扭矩扳手的長度，在狹長空間內無法完成緊固及施加扭矩的工作，我們在常年的操作過程中發現棘輪式扳手的旋轉角度有兩種分別為：45齒，其旋轉角度為360°/45=8°;72齒，其旋轉角度為360°/72=5°，這樣大大縮小了旋轉角度，在狹長空間內施加扭矩只需要每次轉動5～8°就能夠完成扭矩的施加，所以我們在工具的緊固端采用棘輪式薄片扳手，但是在選用時我們還考慮到一個問題就是：齒數越多，齒越精細，能夠承受的扭力就越小，在用力的時候齒就容易斷裂。所以在選用棘輪式薄片扳手時可以根據空間受限程度選用不同齒數的棘輪扳手，同時因為使用的扭矩扳手為頭部可換的凹槽頭式，所以要實現棘輪部位和扭矩扳手之間的連接，同時在施加扭矩時還會出現需要玩去角度的情況，所以在此過程，我們在中間連接部位增加彈性鋼條，這樣可以在上下角度變換過程中避開干涉安裝位置，實現各種角度扭矩的施加任務[3]。

（3）深度較大空間的受限：在較深的狹小空間內施加扭矩，也是非常不方便的，這就要求我們能夠只做一個轉接工具，此種工具我們采用鏈條式結構，因為鏈條傳動過程中基本上無力的損失，所以我們將鏈輪、鏈條、連接轉換頭、支撐體組裝在一起，形成一個盒狀結構，一端用于連接扭矩扳手，一端用于緊固螺栓，這樣就能夠將扭矩扳手輸出的扭矩值更好的傳遞給螺栓，完成螺栓的緊固。

綜上所述，在有限空間內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就是對扭矩值的驗證，通常我們都是使用扭矩校驗儀校驗設定的扭矩值是否符合工藝要求，而在工具轉換后我們也需要完成此項工作，實際操作過程中我們對其使用過程做了驗證，我們校驗扭矩扳手時的校驗數值使用扭矩校驗儀顯示的數值，而在扭矩扳手設定時根據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

[1] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，2016：100.

[2] 劉光啟，李成棟，趙梅.五金手冊[M].北京：化學工業出版社，2008：10.

[3] 潘承怡，向敬忠.機械結構設計技巧與禁忌[M].北京：化學工業出版社，2013：56.

作者簡介

付陽陽（1986-），男，河北滄州人;學歷：本科，高級技師，現就職單位：中車唐山機車車輛有限公司，研究方向：機械部件組裝。