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(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

在設(shè)備的螺母出現(xiàn)生銹等問題時，為延長設(shè)備的使用壽命，需要及時對螺母進(jìn)行拆卸換新。當(dāng)設(shè)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(dāng)設(shè)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(shè)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(xiàn)有的拆卸螺母工具難以在其中進(jìn)行操作。不僅在對螺母進(jìn)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(jìn)入該區(qū)域。現(xiàn)有工具的手柄較長，在拆卸螺母時，手柄的旋轉(zhuǎn)會受到設(shè)備罐體、把手以及管道、墻面和地面的阻擋，旋轉(zhuǎn)角度十分有限。因此在利用現(xiàn)有螺母拆卸工具對此類在有限空間內(nèi)的螺母進(jìn)行拆卸時，實施難度大且工作效率低下。

為實現(xiàn)受限空間螺母的快速拆卸，需要研究一種新型受限空間內(nèi)的螺母拆卸裝置。

1 研究現(xiàn)狀

針對受限空間螺母拆卸的工況，國內(nèi)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(xiàn)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(nèi)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(xiàn)對其的拆卸。康容榕[4]基于驅(qū)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(yán)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(gòu)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(shè)置主動輪、從動輪和套管桿，還包括驅(qū)動傳動螺絲轉(zhuǎn)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(guī)格的螺母，可將受限空間操作轉(zhuǎn)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(nèi)已提出較多受限空間螺母拆卸的解決方案，根據(jù)資料查閱發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的裝置存在以下缺陷。

1）螺母自螺栓上卸下時，當(dāng)螺栓較長或螺母軸向尺寸較長時，卸下螺母需要轉(zhuǎn)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(xù)旋轉(zhuǎn)螺母直至拆除，難以實現(xiàn)快速拆卸。

3）部分裝置操作復(fù)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(jī)帶動齒輪進(jìn)而帶動螺母的轉(zhuǎn)動，既有效可靠又省時省力。該裝置結(jié)構(gòu)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(nèi)快速拆卸螺母的拆卸效率，適用面廣，實現(xiàn)批量生產(chǎn)和有效推廣。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

受限空間螺母拆卸裝置的結(jié)構(gòu)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(qū)動裝置和位置固定裝置）構(gòu)成。齒輪拼合體含貫通孔；齒輪驅(qū)動裝置包括傳動齒輪和傳動桿、套筒、驅(qū)動裝置；位置固定裝置包括可調(diào)整角度卡座、支撐桿、底座、緊固旋鈕和卡環(huán)。以下將從三大裝置的結(jié)構(gòu)組成、使用方法等方面進(jìn)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(qiáng)豎向同側(cè)貫通孔的固定連接關(guān)系。在兩塊拼合體通過連接孔匹配連接之后，其徑向內(nèi)側(cè)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(cè)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(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)

圖2 連接件連接貫通孔

圖3 拼合體的凹槽和凸起

齒輪驅(qū)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(cè)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(zhuǎn)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(qū)動裝置內(nèi)有減速電機(jī)和鋰電池，鋰電池用于給減速電機(jī)提供電能。按動開關(guān)可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和無級變速，以便調(diào)整拆卸速率。

齒輪驅(qū)動裝置可以手持，但當(dāng)整體設(shè)備較大或者受力不當(dāng)時，可采用位置固定裝置。可調(diào)整角度卡座將齒輪驅(qū)動裝置固定，并按照所拆卸螺母的角度調(diào)整卡座角度，以便拆卸工作的進(jìn)行，具有較大的靈活性。底座設(shè)置在支撐桿下方，用于承載和固定拆卸螺母所在的設(shè)備，且與支撐桿固定連接。卡環(huán)設(shè)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(shè)備，卡環(huán)上設(shè)有緊固旋鈕用來緊固設(shè)備。位置固定裝置可以有效固定設(shè)備，通過位置固定裝置構(gòu)建起齒輪拼合體和齒輪驅(qū)動裝置之間穩(wěn)定的相對位置，可使齒輪驅(qū)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(cè)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(cè)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(shè)備較小且受力妥當(dāng)，可直接手持齒輪驅(qū)動裝置進(jìn)行拆卸。為使螺母拆卸過程中齒輪驅(qū)動裝置更好地受力，應(yīng)將需要拆卸螺母的設(shè)備放置于底座上，利用卡環(huán)箍緊裝置，并旋緊緊固旋鈕，啟動減速電機(jī)，利用無級變速開關(guān)調(diào)節(jié)減速電機(jī)轉(zhuǎn)速至適當(dāng)轉(zhuǎn)速，減速電機(jī)帶動套筒上的傳動桿轉(zhuǎn)動，由傳動桿帶動傳動齒輪旋轉(zhuǎn)。

最后傳動齒輪帶動齒輪拼合體轉(zhuǎn)動，齒輪拼合體和齒輪驅(qū)動裝置的外側(cè)齒輪相互嚙合，就可以完成受限空間內(nèi)螺母的拆卸。

4 結(jié)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(shè)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(nèi)拆卸螺母，解決一般扳手不能在狹窄空間內(nèi)對螺母進(jìn)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(qiáng)，能夠大幅提高受限空間內(nèi)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。