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    液壓扳手:淺談工程機械螺栓預緊力控制方法

    文章出處:未知 人氣:發表時間:2019-01-06 20:14

    1 螺栓預緊的作用

     

        絕大多數螺栓連接件在裝配時都必須擰緊,以使其在承受工作載荷之前, 預先受到拉力作用,這個預加作用力稱為預緊力。預緊的目的在于增強連接的可靠性和緊密性, 防止受載后被連接件出現縫隙或發生相對滑移,最終保證緊固件可靠地連接在一起。大量研究及實驗表明,螺栓連接預緊力的大小將對螺栓總載荷、連接臨界載荷、抵抗橫向載荷能力和接合面密封能力等產生重要影響。緊固件可靠地連接在一起的關鍵,是將螺栓連接的軸向預緊力控制在適當的范圍內。若預緊力不適當,不僅會造成被連接件滑移、分離或松脫,還會導致螺栓損壞。

     

    2 螺栓擰緊軸向預緊力選擇

     

        螺栓軸向預緊力下限由連接結構的功能決定,該值要保證被緊固件在工作過程中始終可靠地貼合。螺栓軸向預緊力上限由螺栓(或螺母)和被緊固件的強度及受力狀態決定,該值要保證螺栓及被緊固件在預緊和工作過程中不發生拉長、剪斷、疲勞斷裂、脫扣等現象。大量的研究表明,較大的初始預緊力可以有效提高螺栓連接防松性能,因此螺栓預緊力應在保證螺紋不被破壞前提下盡量取高值。液壓挖掘機關鍵部位螺栓緊固要點如表1 所示。

     

     

    3 螺栓擰緊方法

     

    3.1 扭矩法

     

        扭矩擰緊法是最常用的螺栓擰緊方法,即通過扭矩扳手顯示的扭矩值來控制被連接件的軸向力??刂婆ぞ刂饕ㄟ^定扭工具實現,其中包括手動定扭扳手、氣動定扭扳手、脈沖扳手、液壓扳手、充電式定扭扳手、電動擰緊機等。扭矩擰緊法優點是操作簡單易行、成本低。缺點受扭矩系數影響較大,為保證精度,不僅需要控制擰緊工具精度,還需要控制扭矩系數離散度。

     

    3.2 扭矩- 轉角法

     

        扭矩- 轉角法是在擰緊達到規定的“貼合扭矩”后,再轉動螺紋件至規定的角度。在螺栓擰緊初始階段,預緊力與旋轉角度不成線性關系。該階段選擇“貼合扭矩”控制方式,一般扭矩值選擇最終扭矩的20% ~ 30%。

     

     

        圖1 示為螺栓擰緊過程中擰緊角度與預緊力的關系曲線。OA 階段為“空轉”階段;A B階段為“貼緊”過程,此階段螺栓緊固件及被緊固件預緊力很小,但旋轉角增長迅速;B C階段為“線性”段,此階段預緊力與旋轉角度成線性關系;C 點之后螺栓進入屈服階段。按照預緊力大小,扭矩- 轉角法分為彈性區擰緊與塑性區擰緊2 種,前者發生在螺栓彈性范圍內,后者發生在螺栓被擰緊到屈服點之后。彈性區擰緊時摩擦阻力變化僅影響測量轉角起始點,若起始點選擇恰當,則對最終獲得的壓緊力影響不大。塑性區擰緊發生在塑性變形區,其壓緊力大小只取決于螺栓材料的屈服極限。

     

        塑性區擰緊法對螺栓及被緊固件質量要求較高,為此目前工程機械行業多采用彈性區擰緊法,主要工具包括智能電動擰緊機、全自動液壓扳手等。扭矩- 轉角法的優點:受扭矩系數影響較小,控制精度相對扭矩法要高;擰至塑性區不受扭矩系數影響,能充分利用螺栓的承載能力。扭矩- 轉角法的缺點:控制成本相對扭矩法要高,不適用于小轉角的短螺栓;預緊力較大(尤其擰到塑性區), 不適合塑性差的螺栓和螺栓反復使用的場合。

     

    3.3 預伸長法

     

        螺栓預伸長法也稱質量保證法,就是在擰緊過程中或擰緊結束后,測量螺栓的伸長長度,利用預緊力與螺栓長度變化量之間關系控制螺栓的軸向預緊力。螺栓預伸長法與轉角法類似,可根據預緊力大小分為彈性區與塑性區擰緊法2 種。

     

        螺栓預伸長法控制精度非常高, 它常被用作重要部位螺栓預緊力控制。螺栓預伸長法的常用工具是液壓拉緊器,其使用方法如下:使用液壓拉緊器給螺栓施加拉力,使之伸長,達到規定伸長量或預緊力后,輕輕旋緊螺母即可。螺栓預伸長法的優點:適合長螺栓緊固,控制精度非常高,可緊固至材料塑性區,能充分利用螺栓的承載能力。螺栓預伸長法的缺點:工具對零部件結構要求比較高,控制成本高。

     

    4 螺栓擰緊度檢測方法

     

        根據工程機械螺紋連接重要程度不同,螺栓擰緊度常用檢測方法主要有3 種:事后法、扭矩過程檢測法以及過程監控法。

     

    4.1 事后法

     

        事后法即采用扭矩法控制后再進行扭矩檢驗。具體方法如下:采用精度較高的機械式指示扭力扳手或電子式扭力扳手,通過松或緊的方式測試扭矩,將測試值乘系數計算出裝配扭矩。事后檢測扭矩與擰緊扭矩誤差較大,因此該方法一般應用于非關鍵部位螺栓扭矩檢測。

     

    4.2 扭矩過程檢測法

     

        扭矩過程檢測法即采用扭矩法控制時使用傳感器同步反饋扭矩。一般采用有扭矩傳感器的扳手及其他工具,直接或間接檢測擰緊過程扭矩。相對事后法的優點是能同步反饋擰緊扭矩信息,精度更高。缺點是無法反饋因螺紋質量等原因造成的軸向預緊力異常。

     

    4.3 過程監控法

     

        過程監控法即通過不同控制法配合、互補應用,達到控制及監控螺栓扭矩目的。過程監控法包括扭矩控制/ 角度監控、角度控制/ 扭矩監控、屈服點控制/ 扭矩或角度監控等。工程機械中,應用比較多的是扭矩控制/ 角度監視、角度控制/ 扭矩監控,一般通過智能電動擰緊機實現擰緊。

     

        過程監控法不僅可以監控擰緊目標是否實現,同時可以提前檢查出螺紋是否合格, 擰緊工具的能力和精度,緊固件與連接件的連接狀況,連接件的潤滑狀況是否正常等。過程監控法可有效避免擰緊異常的發生,因此關鍵部位螺栓宜采用該種方法擰緊。

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