受限空间螺母拆卸装置的研究*

王 彤 ，刘 勇 ，廖 欢 ，彭 义

（湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201）

在设备的螺母出现生锈等问题时，为延长设备的使用寿命，需要及时对螺母进行拆卸换新。当设备周围没有阻挡的时候，螺母的拧紧和松开均可使用常见的工具[1]；但当设备的螺母的拆卸位置在受限空间这种比较特殊的地方时，常见工具操作起来就非常不方便。目前，拆卸螺母的工具多为套筒扳手，但在厨房等狭小空间，若螺母处于管道与管道之间或地面与管道之间形成的缝隙中，或处于设备把手与罐体形成的狭缝中时，由于这些位置空间十分狭窄，现有的拆卸螺母工具难以在其中进行操作。不仅在对螺母进行拆卸时无法使用套筒扳手，目前的拆卸六角螺母工具如普通扳手，也因其头部体积较大而难以进入该区域。现有工具的手柄较长，在拆卸螺母时，手柄的旋转会受到设备罐体、把手以及管道、墙面和地面的阻挡，旋转角度十分有限。因此在利用现有螺母拆卸工具对此类在有限空间内的螺母进行拆卸时，实施难度大且工作效率低下。

为实现受限空间螺母的快速拆卸，需要研究一种新型受限空间内的螺母拆卸装置。

1 研究现状

针对受限空间螺母拆卸的工况，国内已有一些研究。

罗丽玲等[2]提出可通过动链轮、主动链轮和手摇柄实现快速拆出或旋紧在狭长空间的螺母。陈海融[3]提出一种狭小空间的小管道外六角螺母紧固件拆卸工具，通过在视线范围内套在管道上沿着管道方向滑向外六角螺母，套住外六角螺母后扭动工具，即可实现对其的拆卸。康容榕[4]基于驱动装置、安装固定装置及拆卸装置，解决了螺栓螺母的拆卸和更换难题。严石磊[5]公开了一种分离式六角螺母拆卸装置，该装置包括两片对称的拼合体相拼接后与卡槽共同构成的一个六角形的腔体。杜健等[6]提出了一种受限空间传动套管扳手，设置主动轮、从动轮和套管杆，还包括驱动传动螺丝转动的施力杆和与套管杆配合的套管头，其套管杆可适配多种型号的套管头，从而能适配不同规格的螺母，可将受限空间操作转化为不受限空间操作，但在部分受限空间不便于使用套管头。

目前国内已提出较多受限空间螺母拆卸的解决方案，根据资料查阅发现现有的装置存在以下缺陷。

1）螺母自螺栓上卸下时，当螺栓较长或螺母轴向尺寸较长时，卸下螺母需要转动更多圈，花费更长的时间，耗费更多的气力。

2）不能完全摆脱手杆件、扭动空间以及角度的限制，无法连续旋转螺母直至拆除，难以实现快速拆卸。

3）部分装置操作复杂，工作效率低，普适性差。

为解决上述问题，本研究提出一种受限空间螺母拆卸装置，其能借助电机带动齿轮进而带动螺母的转动，既有效可靠又省时省力。该装置结构简单合理，使用寿命长，制造成本低，操作简便，能够大幅提高受限空间内快速拆卸螺母的拆卸效率，适用面广，实现批量生产和有效推广。

2 结构设计

受限空间螺母拆卸装置的结构如图1 所示。装置整体由两大组成部分（双齿轮啮合装置和位置固定装置）和三大装置（齿轮拼合体、齿轮驱动装置和位置固定装置）构成。齿轮拼合体含贯通孔；齿轮驱动装置包括传动齿轮和传动杆、套筒、驱动装置；位置固定装置包括可调整角度卡座、支撑杆、底座、紧固旋钮和卡环。以下将从三大装置的结构组成、使用方法等方面进行介绍。

齿轮拼合体由两部分拼合，包括四个贯通孔，两两使用，可通过连接件加强竖向同侧贯通孔的固定连接关系。在两块拼合体通过连接孔匹配连接之后，其径向内侧轴心处可形成用于与所需拆卸的螺母相匹配的六棱柱状通孔，外侧面呈齿轮状，如图2所示。为使得连接牢固，在两块拼合体横向拼合时，可以设计匹配的凹槽和凸起，如图3 所示。拼合体上的凹槽和凸起的厚度应小于拼合体本体的厚度，在凹槽和凸起插合后，才能使得拼合体自成一体，保证被拆卸螺母能被固定良好。

图1 螺母拆卸装置整体结构

图2 连接件连接贯通孔

图3 拼合体的凹槽和凸起

齿轮驱动装置中的传动齿轮与齿轮拼合体中的齿轮是配套的，二者的径向外侧面可以相互啮合。传动杆的一端与传动齿轮中心同轴连接，带动传动齿轮转动。传动杆的另一端安装在套筒中，可以自由拆卸，以便及时换新。驱动装置内有减速电机和锂电池，锂电池用于给减速电机提供电能。按动开关可实现正反转和无级变速，以便调整拆卸速率。

齿轮驱动装置可以手持，但当整体设备较大或者受力不当时，可采用位置固定装置。可调整角度卡座将齿轮驱动装置固定，并按照所拆卸螺母的角度调整卡座角度，以便拆卸工作的进行，具有较大的灵活性。底座设置在支撑杆下方，用于承载和固定拆卸螺母所在的设备，且与支撑杆固定连接。卡环设置在支撑杆的上端与下端之间，用来固定拆卸螺母所在的设备，卡环上设有紧固旋钮用来紧固设备。位置固定装置可以有效固定设备，通过位置固定装置构建起齿轮拼合体和齿轮驱动装置之间稳定的相对位置，可使齿轮驱动装置在螺母拆卸过程中更好地受力，提高拆卸螺母时的效率。

3 工作原理

首先，将齿轮拼合体从被拆卸螺母两侧拼合到一起，使拼合体中间的六棱柱状通孔卡住六角螺母。使用连接件分别穿过两块不同拼合体上的同侧贯通孔，加固两块拼合体之间的连接，保证横向连接时凹槽和凸出之间的吻合度，将两块拼合体连接在一起，确保连接牢固。

若被拆卸螺母所在设备较小且受力妥当，可直接手持齿轮驱动装置进行拆卸。为使螺母拆卸过程中齿轮驱动装置更好地受力，应将需要拆卸螺母的设备放置于底座上，利用卡环箍紧装置，并旋紧紧固旋钮，启动减速电机，利用无级变速开关调节减速电机转速至适当转速，减速电机带动套筒上的传动杆转动，由传动杆带动传动齿轮旋转。

最后传动齿轮带动齿轮拼合体转动，齿轮拼合体和齿轮驱动装置的外侧齿轮相互啮合，就可以完成受限空间内螺母的拆卸。

4 结语

本装置巧妙地使用了自动化的双齿轮啮合装置，并为螺母拆卸过程中设备受力良好提供了位置固定装置。不仅脱离了手杆件的限制，还较好地解决了在扭动空间及角度方面的限制，能够高效、灵活地在受限空间内拆卸螺母，解决一般扳手不能在狭窄空间内对螺母进行更换的问题。该装置简单合理，使用寿命长，操作简便，便于安装与拆卸，灵活性高，可变性强，能够大幅提高受限空间内快速拆卸螺母的拆卸效率，为之后受限空间螺母拆卸装置的研究提供了借鉴。