机壳中分面液压拉伸螺栓结构改进

罗劲 艾宏伟

【摘 要】本文介绍了在机壳安装过程中，螺栓液压拉伸工具的使用过程及实际应用中存在的问题，在保证安全运行的前提下，提出了一种简化的螺栓安装工具，并通过实际应用，校验了该工具的安全性能。

【关键词】中分面螺栓；液压拉伸；力矩扳手；结构改造

一、前言

在机器安装过程中，压缩机中分面螺栓的把合往往是一个容易忽视的问题。在具有较高工作压力的情况下，仅凭经验手工把合一般会带来两个结果：中分面螺栓的把合力矩不够或者不同螺栓之间把合力矩不均匀，严重时会造成压缩机中分面漏气，增大压缩介质的泄露量。因此，对于中分面把合，特别是结构复杂的把合位置，压缩机制造商通常会提供专用工具供用户把合使用。

二、原内机壳液压拉伸螺栓工具的使用方法

在某压缩机设备中，内机壳中分面把合螺栓采用的是液压拉伸安装形式，如附图一所示。

图中序号分别表示：1.活塞杆、2.支架、3.液压缸、4.活塞、5.活塞压板、6.特殊螺帽、7.手柄、8.间隔套、9.O型圈、10.O型圈、11.挡圈、12.挡圈、13.排气塞、14.钢球15.内机壳16.中分面把合螺栓

该工具的使用过程如下：

①将件6特殊螺帽拧在件16中分面把合螺栓上；

②将件1活塞杆拧紧在件16中分面把合螺栓上；

③套上件2支架；

④在安装好件9、10 O型圈和件11、12档圈后，依次安装件3液压缸和件4活塞；

⑤装好件8间隔套与件5活塞压板；

⑥打开高压油泵，从高压油进油口打入高压油，件3、件4之间将充满油后，将螺栓拉起2mm；

此时，需通过压力表监测高压油泵的输入的工作压力，确保每个螺栓安装时的压力相同。

⑦通过水平旋转件7手柄，将件6特殊螺母旋转至贴合内机壳把合面；

⑧停止高压油泵，件6将拧紧在内机壳上。油将从件13处流出。

⑨按序号⑤→④→③→②的顺序依次拆除该工具，准备下一个螺栓的安装；

⑩在件6特殊螺母上再安装一个防尘螺母，盖在伸出的螺纹部分。

至此，單个螺栓安装完成。其它螺栓均重复上述的把合过程。

三、该液压工具在实际应用中存在的问题

但在实际安装过程中，该液压拉伸工具使用的效果并不好，使用复杂且故障点较多，造成该问题的主要原因如下：

①外壳体为把合结构，把合端面有螺栓，占用了一定的空档空间。为保证该工具能顺利装入，需要先拆除部分端面把合螺栓。如附图二所示；

②高压油进油口位置较高，需要较长的连接软管，使用不便利；

③卸油口也是排气口，在高压油打入时，将腔内空气从该孔挤出，序号14钢球迅速顶在序号13排气塞上。当高压油泵停止时，钢球失去推力，油将从排气塞流出，造成现场环境油污；

④因加工精度问题，有时钢球并不能完全堵死排气塞导致油从排气塞喷出，需现场修磨排气塞；

件2支架双侧开有的滑槽，件6特殊螺帽上开有3个小孔，用于件7手柄在槽内拨动特殊螺帽。由于滑槽角度仅有60°，至少需要5-6次对准特殊螺帽进行拨动，操作复杂；

⑤每种型号的螺栓都有相应的把紧力矩的要求，但使用该液压拉伸工具并不能检测把紧力矩。

附图二、外壳体与液压安装工具的相对位置示意图

四、内机壳螺栓拆装工具的改造方案

1、把合力矩工具

一般认为，机壳中分面螺栓只要满足把紧力矩的要求，即可认为是可靠的。从这个角度出发，首先选用的是TG型力矩扳手。根据中分面把合螺栓M42X3的把紧力矩要求为2500N.m，因此选用TG3000型力矩扳手，力矩范围1800-3000N.m，满足使用要求。

TG型预置式扭力扳手是一种具有双向棘轮头，并可用特殊转换接头替换的力矩扳手。具有预置扭矩数值和发讯装置。当紧固件的拧紧扭矩达到预置数值时，能自动发出讯号“嗒”的一声，同时伴有明显的手感振动。解除作用力后，扳手各相关零件自动复位。具体使用方法如附图三所示。

附图三、力矩扳手使用方法示意图

为满足使用要求，对力矩扳手厂家提出了特殊转换接头的技术要求：四方垂直接头，尺寸25×25mm，长度≥25mm。

根据传递力矩计算扭转时的剪切力以进行安全校核。

τmax=T/ Wt （式1）

其中：

τmax为最大剪切应力；

T为传递扭矩；

Wt为抗扭截面系数，对于方形截面有：

Wt= a×h×b2 （式2）

其中：

a为截面系数；

h为截面长；

b为截面宽。

计算得：

τmax=7.69 MPa

以45#钢为材质，材料的许用剪切应力[τ]≈0.6×σs≈213MPa

τmax<[τ]

因此，该结构设计安全。、

2、力矩传递连杆（内机壳套筒扳头）设计

力矩传递连杆的设计基于以下两个思想

①结构设计安全。

②尽可能减轻重量，便于操作。

结构设计如附图四所示，外型为三段圆柱结构，上圆柱开有方孔做为力矩扳手特殊转换接头孔，下圆柱开有六方孔做为盖形螺母拧紧孔，中间段圆柱用于传递力矩及确保力矩扳手在使用时在一个适合的高度。

同样用（式1）对扭转时的剪切力进行安全校核。

对于圆截面来说，

Wt=π×D3/16 （式3）

对于圆环截面来说，

Wt=π×D3×{1-（d/D）4}/16 （式4）

其中：

D为圆环外径；

d为圆环内径；

分别对三段圆柱结构进行校核计算：

上段：τmax1=17.98 MPa

中段：τmax2=198.94 MPa

下段：τmax2=27.55 MPa

以45#钢为材质，与材料的许用剪切应力相比，

均有，结构设计安全。

力矩传递连杆重量为5kg，便于手持。

五、新工具的安装使用方法

采用新结构后，安装顺序如下（如附图五所示）：

①将序号2盖形螺母拧在序号3中分面把合螺栓上；

②将序号1力矩传递连杆套在序号2盖形螺母上；

③使用四方垂直接头的力矩扳手，设置好把紧力矩数值，将四方接头插在序号1力矩传递连杆的方槽里；

④使用扳手，直到达到设定的力矩值，完成螺栓的安装。

依次取下力矩扳手和力矩传递连杆，进行下一个螺栓的拧紧工作。

附图五、内机壳中分面把合螺栓示意图

六、结论

对比两种中分面把合螺栓工具的使用方法，不难看出，采用新工具后，在安装拆卸的过程中操作步骤简化了许多，并且可以确保螺栓的把紧力矩；由于合理的设计了力矩传递连杆的高度，有效的避开了外壳体端面把合螺栓的影响；由于力矩扳手位置高出了外壳体，外壳体的加强筋板不会对安装工具产生影响；安装拆卸全过程中均无油操作，避免了油污对现场环境的影响。

除此之外，对比液压拉伸工具，采用力矩扳手工具的结构更简单，单套力矩扳手的价格也远低于高压油泵装置，从而进一步节约了成本。