专利名称：一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置及紧固方法
技术领域：
本发明涉及维修及加工组装领域，具体是一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置及紧固方法。
背景技术：
汽轮机和燃气轮机之类的大型透平机械，离心式压缩机机组，大型换热器等在安装及检修过程中，盛装带压介质、具有密封要求的设备通常涉及大量螺栓的紧固问题。对于涉及一组或多组螺栓一螺母的紧固问题，传统的紧固装置有(1)带操作手柄的简单机械工具；(2)带反作用力臂及力矩指示的气动或液压工具。相应地，传统的紧固方法有(1) 直接手工拧紧；(2)利用外加力矩拧紧；(3)螺栓拉伸后采用(1)、(2)种方法拧紧。传统的紧固装置及紧固方法中，存在以下不足
(1)利用带操作手柄的简单机械工具进行紧固过程中，无法获知拧紧过程中所施加的力矩的大小；
(2)无论是采用简单工具，或是带反作用力臂及力矩指示的工具进行紧固过程中，都需要在螺栓或螺母以外寻找合适的支点，以平衡紧固过程中的反向力矩；
(3)由于紧固过程中对螺母及螺栓施加额外的力矩，导致拧紧过程中螺栓发生变形(扭转或弯曲)，这种变形可能引起拧后螺栓松动；
(4)由于采用手工拧紧或借助外加力矩拧紧，多组螺栓在紧固过程不可避免地存在拧紧不同步。拧紧过程中对周围螺栓的影响是导致周围已拧紧螺栓松动的重要因素，且这种影响难以消除；
(5)传统的螺栓拉伸后拧紧方法中，需要在螺栓上施加外力，往往导致螺栓螺纹磨损， 严重影响下次螺栓的紧固；
(6)传统的螺栓拧紧装置需要人工参与，技术要求高且劳动强度大，很难保证拧紧的精度且无法自动化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置及紧固方法， 解决利用传统螺栓拧紧装置在拧紧过程中无法指示力矩，需要手动外加力矩，且拉伸拧紧过程中易损坏螺栓的问题。本发明的技术方案为
一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置，包括与液压驱动机构连接、由与细齿棘轮一体的内套筒和机壳组成的液压棘轮驱动机构，与液压棘轮驱动机构的机壳一体的外套筒，用于和多棱角头螺栓的螺栓头固定的力矩传递套筒，所述的内套筒与液压棘轮驱动机构的细齿棘轮一体且套装于外套筒内的下部，所述的力矩传递套筒套装于外套筒内的上部。
所述的外套筒和力矩传递套筒之间设置有花键套，外套筒和力矩传递套筒之间可以采用其他类似花键套的结构，保证外套筒和力矩传递套筒周向无相对转动。所述的外套筒和力矩传递套筒之间设置有挡圈，外套筒和力矩传递套筒之间还可采用其他结构，保证两者在拧紧作业中不会互相脱离。采用扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的紧固方法，包括以下步骤
(1)、首先将螺母手动或用工具以一定的预紧力拧至多棱角头螺栓上，然后将液压棘轮驱动机构的内套筒卡合于螺母上，将多棱角头螺栓的螺栓头卡合于拧紧装置的力矩传递套筒内；
(2)、当液压驱动机构驱动内套筒拧紧螺母时，相对的液压式棘轮驱动机构的机壳受到反向作用力矩，该反向力矩被传递到与机壳一体的外套筒，由于外套筒、力矩传递套筒、多棱角头螺栓的螺栓头之间周向无相对转动，所以外套筒的反向作用力矩最终被传递到多棱角头螺栓上，使得拧紧作业中的多棱角头螺栓上产生与螺母大小相等、方向相反的力矩，当达到设定的预紧力时，多棱角头螺栓-螺母即被拧紧。所述的力矩传递套筒和多棱角头螺栓的螺栓头之间设置有轴向定位机构。所述的多个扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的液压式棘轮驱动机构通过液压分配系统与液压驱动机构进行连接，液压驱动机构通过液压分配系统驱动多个扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的液压式棘轮驱动机构来实现多个螺栓-螺母进行同步拧紧的操作。所述的力矩传递套筒的结构可根据多棱角头螺栓的型号而采用不同的结构；所述的内套筒的结构可根据不同型号的螺栓而采用不同的结构。本发明的优点
(1)、所述的拧紧装置在拧紧作业过程中，可以自平衡螺母拧紧过程中的反作用力矩， 避免采用外加反作用力矩平衡过程中可能导致的螺栓紧固段的变形；
(2)、所述的多棱角头螺栓使液压螺栓拧紧装置能够自平衡紧固过程中的反向力矩，仅在被拧紧螺母与多棱角螺栓头之间区域承受额外的扭矩，参与紧固部分螺栓不承受额外的扭转力，可确保该段螺栓不发生变形，同时亦不会导致螺栓螺纹磨损；
(3)、对于不同规格的螺栓及螺母，可以选用不同规格的与细齿棘轮一体的内套筒和力矩传递套筒，运用本发明紧固方法实现螺栓螺母的拧紧；
(4)、所述的液压螺栓拧紧装置由液压驱动，无需额外的外加力矩；拧紧所需的力矩可由液压油的压力精确控制；采用液压驱动，只需确保液压油的压力与螺母拧紧所需的力矩相适应，即可避免螺母的过度拧紧；
(5)、多个液压螺栓拧紧装置可通过一个液压驱动机构进行驱动，实现多个螺栓-螺母进行同步拧紧，确保多个螺母的预紧力矩均勻，避免力矩不均勻导致的结构偏离和介质泄露的问题。
图1是本发明的俯视使用结构示意图。图2是图1中A-A的剖视图。图3是本发明实施例中外六角螺栓、力矩传递套筒与外套筒配合连接示意图。图4是图3中B-B的剖视图。
图5是图3中C-C的剖视图。图6是图3中D-D的剖视图。图7是本发明螺栓-螺母同步紧固的操作结构示意图。
具体实施例方式见图1、图2，一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置，包括与液压驱动机构1连接、由内套筒9和机壳2组成的液压棘轮驱动机构11，与液压棘轮驱动机构的机壳2 —体的外套筒3，用于和多棱角头螺栓的螺栓头固定的力矩传递套筒4 ；内套筒9与液压棘轮驱动机构的细齿棘轮一体且套装于外套筒内3的下部，力矩传递套筒4套装于外套筒3内的上部， 外套筒和力矩传递套筒之间设置有保证两者之间在周向上无相对运动的花键套5 (见图6) (外套筒3和力矩传递套筒4之间还可以采用其它类似结构，确保两者之间在周向上无相对运动)和保证两者在拧紧作用中不会滑脱的钢丝挡圈8 (见图4)，外套筒3和力矩传递套筒 4之间还可以采用其它类似结构，确保在拧紧作业中，不会滑脱。见图1、图2，采用扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的紧固方法，包括以下步骤
(1)、首先将螺母6手动或用工具以一定的预紧力拧至外六角螺栓7上，然后将液压棘轮驱动机构的内套筒9卡合于螺母6上，将外六角螺栓的螺栓头卡合于拧紧装置的力矩传递套筒4内且力矩传递套筒4和外六角螺栓7的外六角螺栓头之间设置有弹簧钢珠紧定螺丝10 (见图5)，力矩传递套筒4和外六角螺栓的外六角螺栓头之间还可以采用其它类似弹簧钢珠紧定螺丝10的结构，以避免拧动过程中轴向的相对运动而使两者滑脱；
(2)、当液压驱动机构驱动内套筒9拧紧螺母6时，相对的液压式棘轮驱动机构的机壳 2受到反向作用力矩，该反向力矩被传递到与机壳2 —体的外套筒3，由于外套筒3、力矩传递套筒4、外六角螺栓7的外六角螺栓头之间周向无相对转动，所以外套筒3的反向作用力矩最终被传递到外六角螺栓7上，使得拧紧作业中的外六角螺栓7上产生与螺母6大小相等、方向相反的力矩，当达到设定的预紧力时，外六角螺栓7和螺母6即被拧紧。见图7，多个扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的液压式棘轮驱动机构11通过液压分配系统12与液压驱动机构13进行连接，液压驱动机构13通过液压分配系统12驱动多个扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的液压式棘轮驱动机构11来实现多个螺栓-螺母进行同步拧紧的操作。
权利要求
1.一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置，其特征在于包括与液压驱动机构连接、由与细齿棘轮一体的内套筒和机壳组成的液压棘轮驱动机构，与液压棘轮驱动机构的机壳一体的外套筒，用于和多棱角头螺栓的螺栓头固定的力矩传递套筒；所述的内套筒与液压棘轮驱动机构的细齿棘轮一体且套装于外套筒内的下部，所述的力矩传递套筒套装于外套筒内的上部。
2.根据权利要求1所述的一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置，其特征在于所述的外套筒和力矩传递套筒之间设置有花键套。
3.根据权利要求1所述的一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置，其特征在于所述的外套筒和力矩传递套筒之间设置有挡圈。
4.采用权利要求1所述的扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的紧固方法，其特征在于包括以下步骤(1)、首先将螺母手动或用工具以一定的预紧力拧至多棱角头螺栓上，然后将液压棘轮驱动机构的内套筒卡合于螺母上，将多棱角头螺栓的螺栓头卡合于拧紧装置的力矩传递套筒内；(2)、当液压驱动机构驱动内套筒拧紧螺母时，相对的液压式棘轮驱动机构的机壳受到反向作用力矩，该反向力矩被传递到与机壳一体的外套筒，由于外套筒、力矩传递套筒、多棱角头螺栓的螺栓头之间周向无相对转动，所以外套筒的反向作用力矩最终被传递到多棱角头螺栓上，使得拧紧作业中的多棱角头螺栓上产生与螺母大小相等、方向相反的力矩，当达到设定的预紧力时，多棱角头螺栓-螺母即被拧紧。
5.根据权利要求4所述的采用扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的紧固方法，其特征在于所述的力矩传递套筒和多棱角头螺栓的螺栓头之间设置有轴向定位机构。
6.根据权利要求4所述的采用扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的紧固方法，其特征在于所述的多个扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的液压式棘轮驱动机构通过液压分配系统与液压驱动机构进行连接，液压驱动机构通过液压分配系统驱动多个扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置的液压式棘轮驱动机构来实现多个螺栓-螺母进行同步拧紧的操作。
全文摘要
本发明公开了一种扭矩自平衡液压螺栓拧紧装置及紧固方法，螺栓拧紧装置包括与液压驱动机构连接、由与细齿棘轮一体的内套筒和机壳组成的液压棘轮驱动机构，与液压棘轮驱动机构的机壳一体的外套筒，用于和多棱角头螺栓的螺栓头固定的力矩传递套筒；内套筒套装于外套筒内的下部，力矩传递套筒套装于外套筒内的上部。本发明螺栓拧紧装置紧固操作中可自平衡拧紧过程中的反作用力矩，无需反作用力臂，同时拧紧过程中螺栓仅在被拧紧螺母与螺栓头之间区域承受额外的扭矩，避免参与紧固部分螺栓承受额外的扭转力矩从而导致外力矩撤除后螺栓可能的松动，且本发明实现多组螺栓－螺母同步紧固，避免拧紧过程中螺栓上力矩施加的先后顺序或位置的不同步而导致紧固偏离的问题。
文档编号B25B29/02GK102513976SQ201110417619
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者吕运容, 庄力健, 方向荣, 朱建新, 胡久韶, 艾志斌, 袁文彬, 陈学东 申请人:合肥通用机械研究所压力容器检验站, 合肥通用机械研究院