吉林省送变电工程有限公司 吉林 130031
摘要：目前，输变电铁塔螺栓一般采用普通扳手通过人力紧固，施工人员体力消耗大，施工效率低，扭矩控制不准确，塔材受力不合理。在施工中大规模应用自动紧固扭矩扳手，不但解决淮上线钢管塔法兰螺栓的紧固难题，而且对于提升施工现场管理、提高技术装备水平有着非常积极的意义。
关键词：输变电；螺栓紧固；应用
1紧固扭矩扳手类型
目前国内扭矩扳手主要有电动型、机械型、气动型、液压型四种类型。
1.1 机械型扳手的原理及优缺点
机械型加力扳手又称力矩放大器，该型扭力扳手采用行星齿轮作为减速机构，按照一定的传动比产生加力的作用，操作人员只需施加很小的力，即可得到4-70倍的输出力矩，从而轻捷的完成螺栓螺母的紧固和拆卸工作。
机械型加力扳手的优点：（1）螺栓紧固作业操纵方便；（2）不需要外接电源，适合野外作业；（3）设备投入成本低。
机械型加力扳手螺栓紧固时的缺点：（1）工效低，传动比越大螺栓紧固效率越低；（2）不能定扭矩进行螺栓紧固作业。
1.2 液压扳手的原理及优缺点
气动扳手的原理：高压空气推动气动马达叶片，形成转动。转动的时候带着敲击块不断的敲击转动。敲击扳手还分三种，一种是普通敲击块的，一种是环状敲击块的，一种是人字槽的。由于是不断敲击做功，不需要反作用力臂。相比较而言，齿轮式气动马达体积较小，适合用工具使用。
气动马达主要由：主动轮、从动轮、前端盖、后端盖、机体、机盖组成。压缩空气通过由主动轮、从动轮、前端盖、后端盖、机体组成的密封腔，产生膨胀，使从动轮旋转。其主要功来于气体膨胀做功和流体动力做功。
气动扳手的优点：（1）工作安全，具有防爆性能，同时不受高温及振动的影响；（2）可长期满载工作，而温升较小；（3）功率范围及转速范围均较宽；（4）具有较高的起动转矩，能带载启动；（5）结构简单，操纵方便，维修容易，成本低。
气动扳手应用到钢管塔螺栓紧固时的缺点：（1）速度稳定性差；（2）输出功率小，效率低，耗气量大；（3）噪声大，容易产生振动；（4）气源不便，有效供应长度为10米，特别是垂直供气气压衰减更为显著。（5）重量大，国产满足本项目最大扭力情况下气动扳手重量达到12kg，不适合高空作业。
1.3 液压扳手的原理及优缺点
液压扳手的原理：液压扭力扳手是由工作头、液压泵以及高压油管组成。通过高压油管，液压泵将动力传输到工作头，驱动工作头旋转螺母的拧紧或松开。
液压扳手的优点：（1）可360°×360°旋转的油管接头，无使用空间限制，自由操作；（2）扳机式锁扣，轻松按动，可随心所欲地将360°微调式反作用力臂定于坚固的支点上；（3）采用精密棘轮，精度高达±3%。
液压扳手的缺点：（1）耐久性差，液压扳手对于材质强度的均匀性要求极高（主要是由于液压方驱扳手内部零件的不规则所影响），国外产品热处理及表面处理部件强度达到1000MPa以上并且稳定，目前国内企业还很难对于液压方驱扳手内部零件的强度达到1000MPa以上，即使能个别达到，也很难达到批量的稳定性；（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，使用成本较高；（3）液压板手不适用于高空作业，采用长供油管，压力衰减大；（4）工作油要始终保持清洁，使用液压传动对维护的要求高。
1.4 自动扭矩扳手主要研发方向和思路
经综合比选，确定电动型为主攻方向。开展可行性分析和适用性研究，列出适用范围、技术参数；开展性能分析、优劣比较；提出操作方法、安全事项。研制实体样品、配套附件。进行现场试验、改进提高。
2 电动扭矩扳手性能参数的确定
目前市场上的量产的电动扭矩扳手并不适合钢管塔法兰螺栓的紧固，需要根据法兰螺栓的特点、扭矩值的要求进行量身定制。
根据法兰螺栓的范围及扭矩要求，综合高空作业的工况我们将电动扭矩扳手分成三种型号进行研发，第一种型号专为M20-M30法兰螺栓紧固而配备，扭矩范围从170-440N?m，第二种型号专为M30-M39法兰螺栓紧固而配备，扭矩范围从350-800 N?m，第三型号专为M39-M56法兰螺栓紧固而配备，扭矩范围从800-2000 N?m，三种型号分类主要是根据现场工况，便于确保螺栓紧固精确降低扳手重量，提高操作安全性、高效性来确定的。
（1）电动扭矩扳手要达到的主要技术性能指标：
（2）具有数字化定扭矩，过载保护功能。
（3）扳手输出扭矩重复性精度≤±3%，输出精度≤±6%。
（4）工程管理所需检验校正方法：
1）M20-M30的螺栓采用SX-500数显手动定扭矩扳手进行校验。
2）M33-M56的螺栓采用SJZ-20型力矩放大器进行校验。
3）扳手校验采用SBC-2000型扭矩扳手测试仪进行校验。
3 电动扭矩扳手的组成及各部分的研制
3.1 电动扭矩扳手的组成
电动扭矩扳手有塑料外壳、高性能电机、减速机、电机扭矩控制单元、反力臂、套筒等部分组成。
3.2 整机的性能
电动扭矩扳手塑料机壳采用耐高温，高强阻燃材料注塑而成，强度高、抗老化，机壳手把部分设计合理、方便省力、牢靠，便于高空作业。
扭矩设定调节面板设计在扭矩扳手侧面，设计紧凑，方便操作。反力臂采用铝钛合金材料制造，重量轻、并可自锁，防止高空滑落，出现安全事故。
扳手强度耐久性试验，模拟现场工况样机试验达万次以上。
3.3 电机的选型
电机由机壳、端盖、转子、定子、电刷组件组成，采用风扇冷却。转子为绕线式，应用银铜合金换向器，端盖采用高强度航空材料钛合金材料；轴承采用高速低噪音轴承，定、转子选用低损耗优质硅钢片绕组用E级绝缘高强度柒包线碳刷架与电机座采用一体式设计，碳刷定位牢靠碳刷根据扭矩扳手工况定制，碳刷火花小且稳定。
扭矩扳手配套电机选用单相高速串激电机，以实现小尺寸大功率的要求，改进电机绕组设计，软化电机特性曲线，扩大电机扭矩覆盖范围，提高电机扭矩输出线性度，电机技术性指标均达到并高于国家标准要求。
3.4 扭矩控制单元的研制
电动扳手扭矩控制由目前国内常规单独控制电机电流来控制扭矩的基础上进行了重大改进，将电机电压、转速、反向电动势等影响扭矩的指标参数同时输入单片机的控制单元进行运算控制，大幅度提高扭矩输出精度及重复精度，确保扭矩输出≤±6%。
采用传统的手动10档单指标电流控制扭距精度误差达到±30%，本项目研制的扭矩扳手扭矩设定由传统的挡位设定创新为无极设定，操作应用更简便，这项改进技术同时申报发明专利和实用新型专利。
3.5 反力臂研制
反力臂选用航空航天材料铝钛合金制造，反力臂重量大幅降低。反力臂定位采用外置橡胶圈固定，使用简便可靠，反力臂与扳手采用齿轮配合，可360o旋转，便于寻找支撑点。
3.6 套筒的研制
套筒专门为皖电东送工程的高颈法兰双帽螺栓设计，每次仅紧固一只螺栓，双帽螺栓仅紧固上端螺帽。
为了降低套筒的重量，套筒材质是用高强度合金钢锻件毛坯捶件加工，大幅度提高套筒强度，从而使套筒的重量仅为国家标准重量的75%。该套筒也可以配套其它扳手使用，铁塔以外的螺栓紧固也可以使用。
为了满足高空作业的安全要求，所有套筒均具备自锁要求，套筒外观抛光后发黑处理。
结论
螺栓紧固自动扭矩扳手的研制成功后，在多个工程项目中进行了应用实践，取得了良好的效果，确保了国家电网公司要求的工艺质量，极大提高了铁塔紧固作业的施工效率和施工安全性，为工程的施工进度提供了有力的保障。
参考文献
[1] GB/T 1231-2006《钢结构用大六角螺栓》
[2] QGDW 1183-2012《变电（换流）站土建工程施工质量验收规范》
论文作者:王喆
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/16
标签：扳手论文; 扭矩论文; 螺栓论文; 紧固论文; 力臂论文; 套筒论文; 液压论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;