液壓扳手淺析

 液壓扳手的使用范圍十分廣泛。在鋼鐵、造船、電力、石油、化工、鐵路、冶金、橋梁建筑等行業的施工、檢修、搶修等工作中。液壓扳手對于大規格的螺栓的安裝與拆卸都是一種十分重要的工具。具有其它工具的不可替代性。不僅使用方便輕巧，而且所提供的扭矩巨大且十分準確。扭矩重復精度達到±3%左右。據有關統計，在設備運行故障中有50%左右是因為螺栓問題引起的，同時因螺栓問題而造成設備重大事故的數量也非常驚人，因此在設備安裝、檢修及槍修過程中，對螺栓緊固及拆卸的力矩在絕大部分情況下都要求比較嚴格，而用人工方法是難以達到要求的。對于螺栓提供大規格的扭矩，液壓扳手更是理想的選擇。液壓扳手主要分為驅動式液壓扭矩扳手和中空式液壓扳手兩大類。圖1為驅動式液壓扭矩扳手的實物圖。圖2為中空式液壓扳手的實物圖。

1 、液壓扳手優化方法，基礎條件及實驗方法的探討

       液壓扳手由于在施工的過程中常用于狹小空間及運輸十分不便利的位置，因而扳手的體積和重量是一個最為重要的指標。為了縮小部件的尺寸，采用高強度合金材料及熱處理是常見的方法。同時采用有限元分析（finite element analysis）優化設計，達到減小部件的尺寸和重量，也是十分重要的一環。本文將從這兩個方面對液壓扳手尺寸優化進行分析。同時，如何取得高質量的產品，本文從基礎的制造條件，實驗方法也進行了一些闡述。

1.1、 高強度合金材料及熱處理的方法

       對于采用高強度合金材料及熱處理的方法來達到減小部件的尺寸和重量的目的。由于目前全球貿易的廣泛化，尋找到高強度材料的難度并非很大，然而由于為了進一部的提高強度，須采取熱處理及表面處理，對于希望部件強度達到1000MPa以上并且穩定 ，并且對于材質強度的均勻性也要求極高（主要是由于液壓方驅扳手內部零件的不規則所影響），目前很多企業還很難對于液壓方驅扳手內部零件的強度達到1000MPa以上。因此在一個較長的時期內，需要投入較多的人力與資金，在材質與熱處理的方面多加以摸索和實驗。

 1.2、有限元分析（finite element analysis）優化設計方法

       基于有限元分析而采取的優化設計方法主要是采用離散化理論計算來反復修正設計，主要計算原理為：

       在離散后采取h-elements(進一步細分網格)及p-element(提高計算階數)來達到計算收斂。圖3為液壓方驅扳手內部棘爪的FEA力學計算，可見局部應力已經超過1000MPa。 由于現在計算機的快速發展，由于網格的細化而造成的計算量巨大已經不是一個問題。從這一方面來講，對于計算的精度沒有瓶頸問題。但是由于液壓方驅扳手內部零件較為復雜，且邊界條件難以給定，接觸面條件也難以模擬與給定，因而計算只能作為設計與實驗的參考，不能完全依賴，應該在多個邊界條件的模型中摸索與分析結果，逐步找到可信賴的數據，并且與相應的實驗測試結果加以對比。

1.3、基礎條件

       由于液壓扳手涉及到高強度材料及高液壓壓力（目前液壓扳手的主流壓力為70MPa）兩方面的要求，因而在一些基礎條件的要求上整體來說還是十分高。同時對于高強度材料，高壓液壓密封圈，高壓接頭等相關基礎物料的要求也很高。

1.4、實驗方法

       國際上目前還沒有關于液壓扳手的產品及實驗標準，實驗（功能實驗，壽命實驗，可靠性實驗等）是確定產品質量的基本要求，也是產品推向市場前的基本要求，雖然沒有專門的液壓扳手的產品及實驗標準。我們任然可以從標準中（例如AMSI B30.1，ANSI B107等）尋找相關的技術關鍵點來制定企業的關于該產品的一些標準。這一環節的也是一個企業的研發能力的關鍵點，產品質量及可靠性的前提保證。

2、   結論與展望

       本文對液壓扳手的方法提出探討，通過本文所涉及的兩個方面（材料，FEA）相關的探討，初步分析如何使液壓扳手最重要的指標尺寸及重量達到理想的效果。對于國際上目前先進的液壓扳手給予追蹤與分析。

3、  我們的優勢

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