浅谈定扭矩工具在装载机装配线的运用

罗文宏，马晓东

（柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

21 世纪以来，随着国民经济的发展与国家基建规模及资金投入的增大，我国工程机械行业抓住了空前的发展机遇，整个行业实现跨越式发展，2011年行业规模已逾5000 亿人民币。装载机是工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一，同时也是市场竞争最激烈、产品同质化程度高的工程机械产品。为提高装载机产品可靠性、体现独特的品质特性，各工程机械厂家均采用了大量的新工艺和新方法。其中，在汽车行业整车装配线较为成熟的定扭矩工具及其工艺方法，也在装载机行业迅速得到了推广运用。

在装载机整机装配过程中，螺栓连接是零件间最主要的装配紧固方式。装载机长期作业于恶劣的工况中，对螺栓连接的可靠性，提出了很高的要求，螺栓扭矩不能低于或高于设计图纸标准，否则将可能导致装配的零部件出现严重的品质和安全隐患。传统的螺栓扭矩控制，主要依靠扭矩扳手，其优点是操作简便、成本低廉，但只是控制了螺栓松的问题，而螺栓超扭矩的问题，则无法及时发现。根据装载机市场质量反馈数据显示，驱动桥螺栓、传动轴螺栓、配重螺栓等零件，发生断裂的几率较高，除材质缺陷等原因以外，装配过程中螺栓拧紧扭矩不足或超高，也是不可忽略的重要因素。因此，使用定扭矩工具确保重点装配零件的螺栓扭矩达到设计要求的工艺方法，迅速在装载机行业推广开来。

1 定扭矩工具选型

1.1 定扭矩工具简介

定扭矩工具是指在零件装配紧固过程中，能使螺栓达到预定扭矩值的工具。根据其动力源可分为气动定扭矩工具和电动定扭矩工具。

表1 列出了瑞典某品牌两种定扭矩工具的特点和使用范围。其中气动定扭矩工具的扭矩范围为1 000 ~ 4 000 N·m，电动定扭矩工具的扭矩范围为1 500~3 000 N·m。

表1 气动和电动定扭矩工具对比表

相较而言，气动定扭矩工具在采购价格、装配效率、维护保养成本上，具备明显优势，而电动定扭矩工具的长处，则体现在扭矩控制精度高、保养间隔期相对较长、便于建立实时扭矩数据管理系统等。在装配线实际运用中，气动定扭矩工具多使用在小中扭矩的螺栓连接部位，而电动定扭矩工具则使用在中大扭矩的螺栓连接部位。

1.2 选型原则

定扭矩工具属于高价值的工具，其采购成本和使用保养成本远高于一般气动拧紧工具，因此必须使用在对扭矩要求高的装配零件上。根据螺栓拧紧的重要度，可以把以下零部件的螺栓紧固作为使用定扭矩工具的首选：装载机工作装置销轴、前后车架铰接、前后驱动桥、传动轴、变速箱、发动机、驾驶室、散热器、平衡重、轮胎轮辋、液压阀、高压软管等。

表2 定扭矩工具选型表

选择定扭矩工具需注意测量值范围，一般考虑紧固部位的螺栓扭矩在定扭矩工具最高扭矩的50%～70%范围左右为宜，最大不应超过80%。表1 中3个工位的定扭矩工具选择，符合螺栓紧固扭矩在定扭矩工具扭矩范围50%~70%左右的原则。

由表1 可知，以上气动定扭矩工具的精度约为10 %，即可得出螺栓拧紧后可达到的扭矩精度为：M12 螺栓为±9.5 N·m，M14 螺栓为±20 N·m，M30螺栓为±150 N·m，基本符合螺栓扭矩要求的公差范围。

在国家和企业标准中，不同规格的螺栓扭矩要求表述形式为：扭矩中值±扭矩公差范围，如（95 ±15）N·m。在实际工具使用过程中，工艺人员将扭矩中值作为螺栓紧固扭矩标准值，来指导操作工进行定扭矩工具日常调校和零件装配拧紧。

2 定扭矩工具的使用

2.1 工艺布局

在定扭矩工具选型的同时，进行工艺布局设计。工艺布局要根据装配线作业特点和定扭矩工具特性，以及装配现场压缩空气、电源位置等，采用最优的方案。

工艺布局的原则是：定扭矩工具作业点，尽量靠近装配工位和零部件，装配工人可以方便、快捷的使用定扭矩工具；充分考虑使用过程的安全性；有充足的空间进行定扭矩工具的维护保养等日常操作。

2.2 工具采购

2.2.1 采购准备

定扭矩工具选型和工艺布局确定后，在采购过程中还需要注意以下4个方面：

（1）确定装配车间的压缩空气供气量、供气压力值和清洁度，是否符合定扭矩工具使用要求。其中，供气压力值应稳定在0.65~0.7 MPa，最小值不低于0.63 MPa。

（2）确定压缩空气系统所需的气路三联件或两联件（除水、除杂质、加润滑油）数量和安装地点，尽量使用定扭矩工具生产商推荐的气路三联件。

（3）同时，考虑以下附件设备采购：检定定扭矩工具时使用的扭矩检测仪、扭矩传感器等；部分大扭矩定扭矩工具需要配置反作用力臂和工装支架，可让定扭矩工具供应商参与制定方案；应采购品质优良的定扭矩工具与装配线压缩空气点的连接软管，确保连接软管的内径符合定扭矩工具厂家的推荐要求。

（4）与供应商商谈供货时间、质保等商务条款。因定扭矩工具专业性较强，维修成本较高，可将定扭矩工具维修保养、配件供应等列为重点谈判内容，为企业争取较为优惠的条件。

2.2.2 采购过程控制

在定扭矩工具采购过程中，加强与供应商的沟通，严格按照合同约定进行采购。采购中的任何变更需要经过双方的沟通确认，并形成文件，避免出现不必要的纠纷。定扭矩工具主要生产商大部分为瑞典、日本、英国、美国等国家企业，基本是按照订单进行生产和供货。在合同执行过程中，应把握好国际贸易的特点，督促供应商按时、保质、保量的交付货物。

2.2.3 到货验收

到货验收时，除常规的货物验收流程之外，应重点关注以下3 点：

（1）附件设备的验收，包括扭矩检测仪、扭矩传感器等的验收，必要时可要求供应商在双方均认可的检验机构，进行第三方计量检定。

（2）定扭矩工具性能和精度的验收，应使用已验收合格的扭矩检测仪、扭矩传感器等，逐一检查到货的定扭矩工具。

（3）反作用力臂和工装支架的验收，确保定扭矩工具在装配线能够方便、快捷的使用。

2.3 定扭矩工具调试安装

在定扭矩工具验收完毕后，应尽快配合供应商进行定扭矩工具的工装支架调试安装，重点在于验证工装支架能否满足装配线使用需求，发现问题立即改进。电动定扭矩工具一般有扭矩数据实时记录和传输的功能，其网络系统和运用软件也应同时进行安装验证。

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调试安装过程中，应先在模拟样件上进行扭矩拧紧检测，确认工具符合要求后，再在装配零件上进行试装配操作验证。试装配验证时间根据实际生产计划确定，应包含所有使用工位和零部件的试装配验证。在这期间，在工具制造商推荐的定扭矩工具检测频率基础之上，适当加大定扭矩工具的检测频率，摸索实际生产过程中定扭矩工具扭矩值的变化规律，最终确定定扭矩工具的日常检测和调校周期。

2.4 员工培训

员工培训是定扭矩工具使用过程中不可或缺的重要一环。定扭矩工具正式投入装配线之前，必须完成操作人员的培训工作。培训可分为两方面的内容：

（1）定扭矩工具结构特点、操作注意事项、日常维护保养等培训，通常可由供应商派驻的工程师进行讲授。

（2）装配工艺和品质要求、定扭矩工具管理制度等培训，可由装配车间的工艺人员进行讲授。在培训之前，相关装配工位的工艺品质要求应得到修订和完善。

培训完成后，应及时对操作员工进行评估和考核，确保员工能够充分领会和掌握定扭矩工具的使用规程，在日常装配工作中正确使用和保养定扭矩工具。

3 定扭矩工具保养和维修

定扭矩工具投入装配线后，日常保养和维修计划需要尽快制定和实施。定扭矩工具均为高价值的物品，其特点是：日常保养比较简便，但单次维修成本较一般冲击类气动扳手高，所以尽可能加强日常的保养，采取措施发现和消除早期故障隐患，减少维修换件带来的成本和停工损失。

定扭矩工具保养维护过程中，应注意以下几点：

（1）根据前期收集的定扭矩工具调教和检定周期数据，在制定定扭矩工具保养维修计划时，要确保该计划能落实到实处。

（2）定扭矩工具的日常保养要点，可以编制到装配工艺当中，通过检验员巡查、技术人员工艺纪律检查等方式督促操作员工执行工艺文件要求。

（3）尽可能提高装配线专职设备维修人员在定扭矩工具方面的维修水平，给与充分的培训和必要的考核，减少保养维修过程中因误判、误操作造成的额外损失。

（4）定扭矩工具的保养维修业务，也可外包给工具供应商，签订合同由其提供专业的售后服务支持。在工具的三包期过后，这样的外包形式将会体现其优势，如服务的及时性、配件供应充分性等。

（5）扭矩检测仪、扭矩传感器等高精仪器设备，严格按照检定周期进行检测校验。

（6）压缩空气管路清洁度、压力波动情况等，也应纳入定扭矩工具保养维修计划中，进行有效监控和维护。

4 结束语

公司实施装载机装配线运用定扭矩工具工艺改进后，螺栓扭矩得到了有效监控，在装配过程中的螺栓松或过紧问题，也得到了有效改善，市场上的此类顾客品质反馈明显减少。装载机装配线的环境，也得到了极大改善，以往大扭矩气动冲击类扳手带来的巨大噪音，得以大幅削弱，员工的操作强度也明显降低。公司其他工程机械产品装配线，也借鉴了装载机装配线的成功经验，定扭矩工具及其工艺方法在公司内得到了广泛地推广，也取得了良好的品质效益。

定扭矩工具在装配线的成功运用，需要在工艺策划、采购实施、人员培训、后期保养维修等方面建立完整的管理体系和评估标准。定扭矩工具的运用，实际上就是一次工艺和品质管理方法的变革，公司管理层的大力支持和推进非常重要。同时，也要做好装配线员工的培训和指导，不断提升员工的工艺和品质水平，激发员工的自觉性和主动性，才能最大限度的发挥定扭矩工具的作用，达成预期的工艺和品质管理目标。