扭矩扳手在设备维修中的应用

崔俊强

（国家能源集团准能集团有限责任公司 设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

维修工作的控制程度是优化设备运行的重要特征[1-2]，螺栓紧固即是衡量维修工作控制程度的标准之一。螺栓的紧固性能直接影响设备的安全运行，甚至可能造成电铲或钻机等设备主要部件无法修复的损坏。螺栓出现松动或预紧力下降，将使设备的螺栓连接寿命大大缩短，甚至出现脱落，导致重大安全隐患。随着科学技术的不断提升，现代露天采矿设备维修中越来越多运用扭矩扳手来紧固螺栓。扭矩扳手也称力矩扳手，具有操作灵活、力矩稳定、安全可靠、省时省力等特点，可使设备平稳、高效的运行，整体效率尽可能的接近设备系统在理想状态下的最大能力[3]。扭矩扳手兼具拧紧工具和检测器具的双重特性，在完成装配工作的同时，还将拧紧力矩控制在规定范围内。

1 力矩扳手工作原理

设备零部件的装配80%是依靠螺栓来完成连接的，在螺栓紧固时，螺纹之间的会形成一种挤压力，螺纹转动必须要克服之间的摩擦力。所以，螺栓是利用螺杆和螺母组成的螺纹副来实现连接的[4]。而螺纹副是需要力矩来保证其紧固性的，每一种规格的螺纹副都有合理的力矩值。扭矩扳手就是用来测定螺栓的螺纹副是否达到规定力矩值的扳手。螺栓连接是设备组装、调试或维修的关键工序，必须使用扭矩扳手做最终的拧紧并确认力矩值。

扭矩扳手不仅可以显示力矩值，还可以进行力矩值的调整。工作原理基于杠杆的基本原理，它的大小是作用在扳手末端的力与作用点到螺栓中心的距离的乘积，或是根据电机电流值或液压压力值的转换。扭矩扳手根据其结构都会有一个工作范围，可以根据不同螺栓调节所需要的扭矩值。使用前将扭矩值调整到对应的刻度或数值上，使用时当扭矩达到所设定数值时，扳手会发出预警或停止运行，说明螺栓已经达到了最佳紧固效果。

2 力矩扳手种类

1）手动扭矩扳手。是设备维修使用最广泛的一种扭矩扳手，具有结构紧凑、操作简便直观、经久耐用的优点。扭矩的产生和改变主要通过调整扭矩弹簧实现。操作时，手持扳手沿顺时针方向对连接螺栓施加一个平稳的旋转力矩，此时扭矩扳手内部会产生一个逆时针方向的旋转力矩，从而引起包括扭矩弹簧在内的有关部件移位。当扳手转到某一状态时，会听到“咔哒”的机械响声，表明已达到设定的装配扭矩值。常用的手动扭矩扳手有报警式、数显式、指针式，报警式力矩扳手即在力矩达到设定值时会发出各类报警，提示螺栓已紧固，数显式和指针式是可直观观察作用力大小。以上扳手有个共同特点，力矩达到设定值时，可以继续施加作用力，会出现过力现象。所以还有一种特殊的扭矩扳手—打滑式扭矩扳手，它可以对螺栓拧紧力矩产生过载保护，当力矩到达设定值时，扳手会打滑卸力，不会出现过力现象。

2）电动扭矩扳手。依靠电动机作为动力源，通过多级减速机构进行螺栓紧固。通常根据电机的电流值或传感器的变化来确定扭距，当达到规定扭矩值电机将停止工作。电动扭矩扳手具有输出力矩大、体积小、使用空间受限小等特点。

3）气动扭矩扳手。由压缩空气作为动力源，使马达旋转驱动行星减速倍增器。通过调整气体压力或流量来调节扭矩大小，当达到设定扭矩值，马达内部成直通模式，倍增器停止转动。气动扳手具有旋转速度快、输出力矩大等特点，但是输出力矩不是很精准。一般应用于拆卸螺栓或拧紧有力矩范围的场合，可有效提高工作效率。

4）液压力矩扳手。通常由作用泵、油管、液压扳手组成，液压泵输出高压液压油，驱动扳手内部液压缸，由液压缸直线运动转化为驱动轴的回转运动，达到螺栓拧松拧紧目的。通过调节液压泵的输出压力值来转换螺栓所需的力矩值。液压扭矩扳手力矩输出准确，输出力矩大，但是与气动扳手一样，他们都附带着气泵和液压泵来提供动力，此类设备附件较多，不便于移动工作[5]。

3 力矩扳手在设备维修的应用

1）螺栓对于各类设备都是非常重要的部件，对于设备的安全运行更是起到了决定性的作用。螺栓必须以预紧的方式来确保连接点的各个部分和其他部分之间有良好的接触，并依靠预紧力使螺栓产生阻止转动的摩擦扭矩而不易松脱。螺栓安装时，要严格按照规定的预紧力数值进行扭矩扳手设定，确保紧固到位[6]。如果扭矩过大，就会使螺距、长度发生变化，出现塑性变形情况，此时螺栓便会产生金属疲劳，内部产生裂纹，只要受到一定程度的震动，螺栓很容易出现松动或断裂，造成螺栓报废。而且几乎所有维修人员都无法精准的手动紧固螺栓，多数在拧紧小型螺栓时力矩偏大，造成螺栓拉伸，例如很多密封容器的端盖螺栓，总会在接口处漏油漏气，主要原因就是安装螺丝力矩过大，导致螺栓失效；在安装大型螺栓时用力过小，无法满足紧固要求，例如很多设备连接部位或减速箱底座螺栓等松动，都是由于螺栓未紧固到力矩规定值或力矩不均匀，设备运行中振动造成的，这将导致生产成本的增加，甚至降低了总成件的使用寿命[7]。为了保证螺纹紧固的稳定性，所以用扭矩扳手来操作。

2）根据各种规格螺栓及其使用条件来设定合理的扭矩值。螺栓的锁紧力矩与螺栓及螺母的材料、润滑情况、螺栓的直径、螺纹的螺牙尺寸、需要紧固至屈服强度的百分比、螺母与基座间的摩擦系数、反作用力臂的放置等因素有关[8]。使用扭矩扳手前正确了解扳手的最大量程，一般选择扭矩扳手的力矩范围在所需力矩的20%～80%为宜。扭矩扳手设定好的力矩值，只可以用于螺栓的紧固而不能拆卸螺栓，因为螺栓在使用过程中，由于雨水、油污、锈蚀等原因造成螺纹摩擦力增加，此时要想拆卸螺栓，力矩要大于其拧紧力矩1.5～2 倍，甚至更大。所以，在拆卸螺栓时，应该先用普通扳手拧松，再用扭矩扳手或棘轮扳手提高拆卸速度。

3）扭矩扳手在使用过程中要注意避免碰撞，以防损坏其内部结构，造成力矩误差。在执行螺栓紧固时，通常每次只对1 个螺栓进行紧固，这种情况下容易导致单点加载和负载扩散。为避免这种情况，多个螺栓拧紧时要逐渐递增力矩，直到紧固到规定的扭矩值，并从1 个螺栓到另1 个螺栓交替拧紧，以保证配对螺栓的逐渐张紧。螺栓的紧固必须从连接点对刚硬的部分开始，以边缘结束。当所有的螺栓被拧紧之后，必须重新检查连接点最刚硬部分的第1 个被拧紧的螺栓，保证其正确的扭矩值。如果由于结合点的牵拉力而使这些螺栓松动，那么连接处的所有螺栓则必须重新预紧。必须按要求进行多次重新检查和重新拧紧流程，直到连接点完全张紧，所有螺栓也已达到规定的扭矩值。圆型分布的螺栓必须以对角交叉的方式逐渐紧固，以保证每个部分的得到适度的张紧。很多型号的液压扭矩扳手可实现同步操作，来满足上述配对拧紧要求。即1 台液压泵站同时连接2 台或更多液压扭矩扳手同时使用。根据系统内部压力处处相等的特性，每个液压扭矩扳手接收的压力是相等的，所输出的力矩值也是相等的。液压扭矩扳手的同步系统主要目的使紧固面受力均匀，且紧固速度快。由此可见同步系统的效率远大于单系统。特别需要注意的是，在液压扳手的反作用力臂处，力量非常大，为了安全，避免将手指等身体部位置于反作用力臂与设备接触的地方。

4）扭矩扳手的正确使用及维护保养。由于工作环境不同，会造成扭矩内部零件磨损，引起扭矩视值不稳定。定期保养扭矩扳手，对扭矩扳手的工作状态是有帮助的。液压扳手、风动扳手、电动扳手等使用频率不应该过长，长时间工作会使得工具温度升高，软化管路及密封材料，导致泄漏。为了保持扭矩扳手最好的工作状态，运行一定时间后，应静置待各部位温度降低后在使用。使用过程中应检查动力源是否清洁、工作环境有无粉尘油污等，避免工具被污染而影响其使用性能和使用寿命。液压扭矩扳手勤换液压油、电动扭矩扳手清理积碳、风动扭矩扳手除干水分，所有扳手在使用后要将其擦拭干净。一定将力矩值调节到最小值处，避免限制机构长期处于受力状态，导致塑性变形，造成设定扭力误差（偏小），每次使用前必须重新设定力矩值。

4 结语

露天采矿设备结构复杂，每台设备都安装有几百至几万条数量不等的螺栓。这些设备螺栓由于长期处于交变载荷的作用下，对其安装、维修、保养等有着较高的技术标准。随着设备维修技术不断进步，扭矩扳手的功能得到了很大提升和拓展，对螺纹连接装配质量和工作效率的提高起到了很大的促进作用。在对设备的维修保养过程中，扭矩扳手的合理使用、正确选择，可节约大量劳动力，突显维修人员较高的技术技能，有效提高设备维修的工作效率，提高设备稳定性，给企业带来较大的经济和良好的社会效益。