受限空間螺母拆卸裝置的研究*

王 彤 ，劉 勇 ，廖 歡 ，彭 義

（湖南科技大學資源環境與安全工程學院，湖南 湘潭 411201）

在設備的螺母出現生銹等問題時，為延長設備的使用壽命，需要及時對螺母進行拆卸換新。當設備周圍沒有阻擋的時候，螺母的擰緊和松開均可使用常見的工具[1]；但當設備的螺母的拆卸位置在受限空間這種比較特殊的地方時，常見工具操作起來就非常不方便。目前，拆卸螺母的工具多為套筒扳手，但在廚房等狹小空間，若螺母處于管道與管道之間或地面與管道之間形成的縫隙中，或處于設備把手與罐體形成的狹縫中時，由于這些位置空間十分狹窄，現有的拆卸螺母工具難以在其中進行操作。不僅在對螺母進行拆卸時無法使用套筒扳手，目前的拆卸六角螺母工具如普通扳手，也因其頭部體積較大而難以進入該區域。現有工具的手柄較長，在拆卸螺母時，手柄的旋轉會受到設備罐體、把手以及管道、墻面和地面的阻擋，旋轉角度十分有限。因此在利用現有螺母拆卸工具對此類在有限空間內的螺母進行拆卸時，實施難度大且工作效率低下。

為實現受限空間螺母的快速拆卸，需要研究一種新型受限空間內的螺母拆卸裝置。

1 研究現狀

針對受限空間螺母拆卸的工況，國內已有一些研究。

羅麗玲等[2]提出可通過動鏈輪、主動鏈輪和手搖柄實現快速拆出或旋緊在狹長空間的螺母。陳海融[3]提出一種狹小空間的小管道外六角螺母緊固件拆卸工具，通過在視線范圍內套在管道上沿著管道方向滑向外六角螺母，套住外六角螺母后扭動工具，即可實現對其的拆卸。康容榕[4]基于驅動裝置、安裝固定裝置及拆卸裝置，解決了螺栓螺母的拆卸和更換難題。嚴石磊[5]公開了一種分離式六角螺母拆卸裝置，該裝置包括兩片對稱的拼合體相拼接后與卡槽共同構成的一個六角形的腔體。杜健等[6]提出了一種受限空間傳動套管扳手，設置主動輪、從動輪和套管桿，還包括驅動傳動螺絲轉動的施力桿和與套管桿配合的套管頭，其套管桿可適配多種型號的套管頭，從而能適配不同規格的螺母，可將受限空間操作轉化為不受限空間操作，但在部分受限空間不便于使用套管頭。

目前國內已提出較多受限空間螺母拆卸的解決方案，根據資料查閱發現現有的裝置存在以下缺陷。

1）螺母自螺栓上卸下時，當螺栓較長或螺母軸向尺寸較長時，卸下螺母需要轉動更多圈，花費更長的時間，耗費更多的氣力。

2）不能完全擺脫手桿件、扭動空間以及角度的限制，無法連續旋轉螺母直至拆除，難以實現快速拆卸。

3）部分裝置操作復雜，工作效率低，普適性差。

為解決上述問題，本研究提出一種受限空間螺母拆卸裝置，其能借助電機帶動齒輪進而帶動螺母的轉動，既有效可靠又省時省力。該裝置結構簡單合理，使用壽命長，制造成本低，操作簡便，能夠大幅提高受限空間內快速拆卸螺母的拆卸效率，適用面廣，實現批量生產和有效推廣。

2 結構設計

受限空間螺母拆卸裝置的結構如圖1 所示。裝置整體由兩大組成部分（雙齒輪嚙合裝置和位置固定裝置）和三大裝置（齒輪拼合體、齒輪驅動裝置和位置固定裝置）構成。齒輪拼合體含貫通孔；齒輪驅動裝置包括傳動齒輪和傳動桿、套筒、驅動裝置；位置固定裝置包括可調整角度卡座、支撐桿、底座、緊固旋鈕和卡環。以下將從三大裝置的結構組成、使用方法等方面進行介紹。

齒輪拼合體由兩部分拼合，包括四個貫通孔，兩兩使用，可通過連接件加強豎向同側貫通孔的固定連接關系。在兩塊拼合體通過連接孔匹配連接之后，其徑向內側軸心處可形成用于與所需拆卸的螺母相匹配的六棱柱狀通孔，外側面呈齒輪狀，如圖2所示。為使得連接牢固，在兩塊拼合體橫向拼合時，可以設計匹配的凹槽和凸起，如圖3 所示。拼合體上的凹槽和凸起的厚度應小于拼合體本體的厚度，在凹槽和凸起插合后，才能使得拼合體自成一體，保證被拆卸螺母能被固定良好。

圖1 螺母拆卸裝置整體結構

圖2 連接件連接貫通孔

圖3 拼合體的凹槽和凸起

齒輪驅動裝置中的傳動齒輪與齒輪拼合體中的齒輪是配套的，二者的徑向外側面可以相互嚙合。傳動桿的一端與傳動齒輪中心同軸連接，帶動傳動齒輪轉動。傳動桿的另一端安裝在套筒中，可以自由拆卸，以便及時換新。驅動裝置內有減速電機和鋰電池，鋰電池用于給減速電機提供電能。按動開關可實現正反轉和無級變速，以便調整拆卸速率。

齒輪驅動裝置可以手持，但當整體設備較大或者受力不當時，可采用位置固定裝置。可調整角度卡座將齒輪驅動裝置固定，并按照所拆卸螺母的角度調整卡座角度，以便拆卸工作的進行，具有較大的靈活性。底座設置在支撐桿下方，用于承載和固定拆卸螺母所在的設備，且與支撐桿固定連接。卡環設置在支撐桿的上端與下端之間，用來固定拆卸螺母所在的設備，卡環上設有緊固旋鈕用來緊固設備。位置固定裝置可以有效固定設備，通過位置固定裝置構建起齒輪拼合體和齒輪驅動裝置之間穩定的相對位置，可使齒輪驅動裝置在螺母拆卸過程中更好地受力，提高拆卸螺母時的效率。

3 工作原理

首先，將齒輪拼合體從被拆卸螺母兩側拼合到一起，使拼合體中間的六棱柱狀通孔卡住六角螺母。使用連接件分別穿過兩塊不同拼合體上的同側貫通孔，加固兩塊拼合體之間的連接，保證橫向連接時凹槽和凸出之間的吻合度，將兩塊拼合體連接在一起，確保連接牢固。

若被拆卸螺母所在設備較小且受力妥當，可直接手持齒輪驅動裝置進行拆卸。為使螺母拆卸過程中齒輪驅動裝置更好地受力，應將需要拆卸螺母的設備放置于底座上，利用卡環箍緊裝置，并旋緊緊固旋鈕，啟動減速電機，利用無級變速開關調節減速電機轉速至適當轉速，減速電機帶動套筒上的傳動桿轉動，由傳動桿帶動傳動齒輪旋轉。

最后傳動齒輪帶動齒輪拼合體轉動，齒輪拼合體和齒輪驅動裝置的外側齒輪相互嚙合，就可以完成受限空間內螺母的拆卸。

4 結語

本裝置巧妙地使用了自動化的雙齒輪嚙合裝置，并為螺母拆卸過程中設備受力良好提供了位置固定裝置。不僅脫離了手桿件的限制，還較好地解決了在扭動空間及角度方面的限制，能夠高效、靈活地在受限空間內拆卸螺母，解決一般扳手不能在狹窄空間內對螺母進行更換的問題。該裝置簡單合理，使用壽命長，操作簡便，便于安裝與拆卸，靈活性高，可變性強，能夠大幅提高受限空間內快速拆卸螺母的拆卸效率，為之后受限空間螺母拆卸裝置的研究提供了借鑒。