Применение технологии автоматической затяжки болтов при сборке клапанных изделий

　　Источник Легкая подтяжка

　　Представляет операционный процесс ручной затяжки болта клапана в сборе и текущую ситуацию с надежностью и производственной эффективностью соединения изделия. Анализируются ограничения процесса ручной затяжки болтов и тенденции развития технологии автоматической затяжки болтов. Предлагается идея внедрения технологии автоматической затяжки болтов в процесс затяжки клапанных болтов, на этой основе применяется одноосевое автоматическое затяжное оборудование для проведения технологического испытания, обсуждается возможность применения технологии многоосевой синхронной затяжки для групп болтов при сборке клапанных изделий.

　　1、Обзор

　　Болтовое соединение является наиболее важным методом соединения в арматурной продукции. В области природного газа, атомной энергетики и других областях, клапанные изделия в основном имеют форму кольцевой болтовой группы, надежность ее соединения оказывает непосредственное влияние на герметичность и конструктивные характеристики изделия, как только нарушение соединения приведет к серьезным последствиям. Например, разрушение болтового соединения в клапане СПГ может вызвать утечку природного газа, что может привести к пожару и взрыву. При проектировании клапанных изделий процесс затяжки обычно ограничивается простым методом крутящего момента или методом "крутящий момент + угол" для обеспечения надежности соединения. В процессе производства сеть вакуумных технологий (http://www.chvacuum.com/) обнаружила, что в настоящее время широко используется ручная затяжка, т.е. сборка вручную с использованием таких инструментов, как циферблатные гаечные ключи, гаечные ключи с постоянным крутящим моментом или угловые измерительные приборы, с низкой надежностью соединения и эффективностью производства. В данной статье представлена технология автоматической затяжки болтов в процесс затяжки болтов арматуры, анализируются ограничения традиционного процесса ручной затяжки, подводится итог развития технологии автоматической затяжки болтов, на этой основе применяется одноосевое автоматическое затяжное оборудование для тестирования процесса и исследуется возможность применения технологии многоосевой синхронной затяжки для групп болтов.

　　2, анализ процесса ручной затяжки болта клапана

　　2.1, характеристики болтового соединения клапана

　　Фундаментальное назначение болтового соединения заключается в использовании резьбовых крепежных деталей для надежного соединения корпуса вместе, а суть затяжки узла заключается в контроле осевого усилия предварительного натяжения болта в соответствующем диапазоне. Болтовые соединения в клапанных изделиях имеют большое количество болтов, высокие требования к надежности и более 90% болтов в виде кольцевой болтовой группы и другие характеристики. Возьмем в качестве примера клапанный продукт, каждый клапан содержит впускной фланец, выпускной фланец, цилиндр привода открытой полости, цилиндр привода закрытой полости и верхний фланец 5 фланцев, каждый фланец 6 ~ 20 расположены в круговой группе болтов с двойной головкой в сборе, общее количество обоих болтов более 60. Разумная и равномерная предварительная нагрузка на фланцевое соединение играет важную роль в условиях высокочастотной вибрации, слишком большое внутреннее напряжение может стать скрытой опасностью появления трещин в соединенных деталях, слишком малая предварительная нагрузка легко возникает в условиях вибрации и даже риск соскальзывания со смятия, что напрямую влияет на эффект уплотнения. Поэтому в процессе сборки необходимо убедиться, что приложенный крутящий момент и угол поворота соответствуют требованиям конструкции.

　　2.2, процесс затяжки болтов ручного клапана и ограничения

　　В настоящее время отечественные предприятия по производству клапанов, как правило, используют ручную затяжку. Для группы кольцевых болтов, в дополнение к качеству затяжки отдельных болтов, последовательность затяжки между болтами оказывает важное влияние на равномерное распределение силы осевой предварительной нагрузки, и различные последовательности затяжки вызовут изменение внутреннего напряжения болтов по порядку, в результате чего при одинаковом крутящем моменте возникают различные силы затяжки. В режиме ручной затяжки в настоящее время обычно используется диагональная схема сборки, показанная на рис. 2.

　　Следует отметить, что даже при диагональной сборке, из-за взаимодействия между болтами и процессом затяжки, обычно используется трехэтапная стратегия затяжки для обеспечения равномерности момента, приложенного к каждому болту, т.е. предварительная затяжка (приложение очень маленького момента) на этапе 1, приложение расчетного момента на этапе 2 и повторение значения расчетного момента на этапе 3. Процесс ручной затяжки имеет определенные ограничения из-за ряда факторов.

　　(1) Точность приложения крутящего момента низкая. С одной стороны, при использовании гаечного ключа циферблатного типа в основном полагаются на визуальные показания, которые могут быть подвержены определенным ошибкам. С другой стороны, скорость затяжки не может быть одинаковой, что приведет к различиям в динамическом моменте трения и повлияет на точность сборки.

　　(2) Низкая эффективность производства и высокая трудоемкость. Весь процесс затяжки осуществляется исключительно ручным инструментом, а из-за интерференции болтов в положении, работа динамометрического ключа требует постоянной смены станции, что приводит к низкой производительности и высокой трудоемкости, что особенно ярко проявляется в процессе сборки больших клапанов (высокие требования к крутящему моменту).

　　(3) Легко вызывает коробление фланца, что влияет на герметичность. При диагональном монтаже, когда усилие затяжки прикладывается последовательно с обоих концов диагонали, легко вызвать искривление фланца с высокими концами и низкой серединой, что приводит к утечке клапана.

　　(4) Когда точек приложения крутящего момента больше, легко повторить приложение крутящего момента или пропустить приложение крутящего момента.

　　(5) Плохая оцифровка и отсутствие поддержки автоматической записи. Оператору необходимо записывать статус завершения и данные в карту контроля качества бумаги для каждого выполненного задания, что снижает производительность и делает рабочий процесс непрозрачным.

　　3、 Технология автоматической затяжки болтов

　　Технология автоматической затяжки болтов - это механическая передача, электрическая передача, электроника и автоматическое обнаружение в одной мехатронной технологии, конечный продукт ее технического развития для автоматической машины для затяжки болтов. В настоящее время технология автоматической затяжки болтов получила более широкое применение в автомобильной сборке, сборке электронных изделий и других отраслях промышленности. В настоящее время зарубежные страны сделали первый шаг в развитии технологии автоматической затяжки болтов, и теоретическая технология становится все более зрелой. Компании с высокой долей рынка включают ATLAS из Швеции, BOSCH из Германии, STANLY из США, INGERSOLL-RAND, INSIGHT из Ingersoll-Rand, DDK из Японии, ESTIC и SETECH из Южной Кореи. В настоящее время электрические затяжные машины широко используются в автомобильной промышленности в стране и за рубежом. На рисунках 2 и 3 показаны примеры применения технологии одноосевой и многоосевой затяжки соответственно.

　　Отечественные исследования технологии затяжки болтов все еще находятся на стадии изучения. В последние годы некоторые отечественные компании в ходе технического обмена и сотрудничества освоили ключевые технологии производства передового международного затяжного оборудования. Например, Даляньский научно-исследовательский институт комбинированных станков в сотрудничестве со шведской компанией ATLAS разработал автоматический станок для затяжки головки блока цилиндров, крышки коренного подшипника, шатуна и маховика для автомобильного завода Jiangxi Isuzu. Компания Shandong Assembly Technology успешно разработала серию инструментов для многоосевой сборки резьбы. Ее продукция включает 3 серии и 14 спецификаций, с номинальным крутящим моментом от 5 до 3500 Н-м, и может контролировать работу до 40 осей затяжки. Даляньский технологический университет Ван Чуньхуа и др. разработали систему управления многостанционной электрической машиной для затяжки болтов на основе промышленной машины управления, которая была успешно применена на заводе по производству коробок передач компании FAW Group в Чанчуне.

　　4、 Процесс сборки комплекта клапанных болтов основан на технологии автоматической затяжки болтов

　　4.1, испытание процесса затяжки болтов одноосевым автоматическим затяжным оборудованием

　　Для испытания процесса затяжки группы болтов впускного фланца клапана выбран автомат для затяжки болтов, который содержит 10 болтов с расчетным требуемым моментом затяжки 151 Н-м, а диапазон прикладываемых моментов автомата для затяжки составляет от 7 до 23 Н-м. Применяется тот же диагональный режим сборки и трехэтапная стратегия затяжки, что и при ручной затяжке, причем на первом этапе затяжка производится с усилием 2 Н-м, на втором этапе - с усилием до Процедура и параметры затяжки заранее задаются системой управления, и операция выполняется последовательно.

　　(1) Крутящий момент прикладывается с высокой точностью. При ручном методе затяжки два болта вышли за пределы допустимого крутящего момента, а точность затяжки составила всего 11,2%, основной причиной этой проблемы является влияние человеческого фактора. При автоматическом методе затяжки характеристики ATC автоматической затяжной машины работали хорошо, исключая влияние других факторов, и точность затяжки достигла 3%, при этом все моменты болтов соответствовали проектным требованиям. Кроме того, стандартное отклонение двух наборов тестовых данных сравнивалось как S автоматически = 0,09

　　(2) Значительно повышается эффективность производства. Для затяжки 10 болтов вручную требуется около 22 минут, но при автоматическом методе затяжки это время сокращается до 1 минуты, что повышает производительность более чем в 20 раз. Когда значение расчетного крутящего момента болтов увеличивается, преимущества автоматического процесса затяжки с точки зрения производительности становятся еще более очевидными.

　　(3) Улучшенная автоматическая защита от ошибок и цифровая обработка. Весь процесс сборки осуществляется в соответствии с заранее заданным технологическим процессом, и в случае пропущенной или повторной проблемы с затяжкой своевременно подается сигнал тревоги, что позволяет избежать искусственных низкосортных аварий. Кроме того, все фактические значения момента затяжки могут автоматически записываться и сохраняться, а программное обеспечение для анализа, поставляемое вместе с системой, может проводить статистический анализ всего процесса затяжки, и все данные могут быть импортированы в компьютерную систему, связанную с промышленной машиной управления, так что весь процесс работы является надежным и прозрачным.

　　4.2. Технология многоосевой синхронной автоматической затяжки комплектов клапанных болтов

　　Как видно из результатов анализа, применение технологии одноосевой автоматической затяжки может существенно повысить точность и эффективность сборки болтов. Несколько одноосевых автоматических затяжных инструментов соединяются параллельно, т.е. образуется многоосевое синхронное затяжное устройство. По сравнению с технологией одноосевой затяжки, технология многоосевой синхронной затяжки имеет больше технических преимуществ.