摘要：在對(duì)液壓扳手的主要性能進(jìn)行介紹的前提下，對(duì)液壓扳手的優(yōu)化方法，基礎(chǔ)條件及實(shí)驗(yàn)方法的進(jìn)行了探討, 闡述了材料熱處理，有限元計(jì)算，基礎(chǔ)條件及實(shí)驗(yàn)方法在液壓扳手的研發(fā)的作用。
  關(guān)鍵詞： 液壓扳手， 有限元，熱處理，實(shí)驗(yàn)
   1、引言
    液壓扳手的使用范圍十分廣泛。在船舶工程，石油化工，建筑，電力，礦山，冶金等行業(yè)的施工，檢修，搶修等工作中，液壓扳手對(duì)于大規(guī)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(zhǔn)確。扭矩重復(fù)精度達(dá)到±3%左右。參見圖1。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在設(shè)備運(yùn)行故障中有50%左右是因?yàn)槁菟▎栴}引起的，同時(shí)因螺栓問題而造成設(shè)備重大事故的數(shù)量也非常驚人，因此在設(shè)備安裝，檢修及槍修過程中，對(duì)螺栓緊固及拆卸的力矩在絕大部分情況下都要求比較嚴(yán)格，而用人工方法是難以達(dá)到要求的 。對(duì)于螺栓提供大規(guī)格的扭矩，液壓扳手更是理想的選擇。液壓扳手主要分為液壓方驅(qū)扳手和液壓中空扳手兩大類。圖1為液壓方驅(qū)扳手的實(shí)物圖。圖2為液壓中空扳手的實(shí)物圖。
         

         
               圖 2

   2、液壓扳手優(yōu)化方法，基礎(chǔ)條件及實(shí)驗(yàn)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(yùn)輸十分不便利的位置，因而扳手的體積和重量是一個(gè)最為重要的指標(biāo)。為了縮小部件的尺寸，采用高強(qiáng)度合金材料及熱處理是常見的方法。同時(shí)采用有限元分析（finite element analysis）優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到減小部件的尺寸和重量，也是十分重要的一環(huán)。本文將從這兩個(gè)方面對(duì)液壓扳手尺寸優(yōu)化進(jìn)行分析。同時(shí)，如何取得高質(zhì)量的產(chǎn)品，本文從基礎(chǔ)的制造條件，實(shí)驗(yàn)方法也進(jìn)行了一些闡述。
   2.1 高強(qiáng)度合金材料及熱處理的方法
    對(duì)于采用高強(qiáng)度合金材料及熱處理的方法來達(dá)到減小部件的尺寸和重量的目的。由于目前全球貿(mào)易的廣泛化，尋找到高強(qiáng)度材料的難度并非很大，然而由于為了進(jìn)一部的提高強(qiáng)度，還必須采取熱處理及表面處理，對(duì)于希望部件強(qiáng)度達(dá)到1000MPa以上并且穩(wěn)定 ，并且對(duì)于材質(zhì)強(qiáng)度的均勻性也要求極高（主要是由于液壓方驅(qū)扳手內(nèi)部零件的不規(guī)則所影響），目前國內(nèi)企業(yè)還很難對(duì)于液壓方驅(qū)扳手內(nèi)部零件的強(qiáng)度達(dá)到1000MPa以上，即使能個(gè)別達(dá)到，也很難達(dá)到批量的穩(wěn)定性。還需要多向國外同類產(chǎn)品學(xué)習(xí)，在一個(gè)較長的時(shí)期內(nèi)，投入較多的人力與資金，  在材質(zhì)與熱處理的方面多加以摸索和實(shí)驗(yàn)。
   2.2 有限元分析（finite element analysis）優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
    基于有限元分析而采取的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要是采用離散化理論計(jì)算來反復(fù)修正設(shè)計(jì)，以達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要計(jì)算原理為：
   在離散后采取h-elements(進(jìn)一步細(xì)分網(wǎng)格)及p-element(提高計(jì)算階數(shù))來達(dá)到計(jì)算收斂。圖3為液壓方驅(qū)扳手內(nèi)部棘爪的FEA力學(xué)計(jì)算，可見局部應(yīng)力已經(jīng)超過1000MPa。 由于現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，由于網(wǎng)格的細(xì)化而造成的計(jì)算量巨大已經(jīng)不是一個(gè)問題。從這一方面來講，對(duì)于計(jì)算的精度沒有瓶頸問題。但是由于液壓方驅(qū)扳手內(nèi)部零件較為復(fù)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(jì)算只能作為設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的參考，不能完全依賴，應(yīng)該在多個(gè)邊界條件的模型中摸索與分析結(jié)果，逐步找到可信賴的數(shù)據(jù)，并且與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果加以對(duì)比。
         

   2.3 基礎(chǔ)條件
   由于液壓扳手涉及到高強(qiáng)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(chǔ)條件的要求上整體來說還是十分高。目前國內(nèi)產(chǎn)品對(duì)比國外同類產(chǎn)品在重量，外型，壽命，功能等方面還是存在一些差距。 從制造來說，雖然國內(nèi)不乏一些高質(zhì)量的CNC，但是缺乏一些管理與技術(shù)方面的積累，目前制造出的部件，還存在質(zhì)量不穩(wěn)定的因素。 同時(shí)對(duì)于高強(qiáng)度材料，高壓液壓密封圈，高壓接頭等相關(guān)基礎(chǔ)物料還依賴進(jìn)口。
   2.4 實(shí)驗(yàn)方法
   無論國內(nèi)還是國際上目前還沒有關(guān)于液壓扳手的產(chǎn)品及實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)（功能實(shí)驗(yàn)，壽命實(shí)驗(yàn)，可靠性實(shí)驗(yàn)等）是確定產(chǎn)品質(zhì)量的基本要求，也是產(chǎn)品推向市場前的基本要求，雖然沒有專門的液壓扳手的產(chǎn)品及實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。我們?nèi)稳豢梢詮囊恍﹪鴥?nèi)外的一些標(biāo)準(zhǔn)中（例如AMSI B30.1，ANSI B107等）尋找相關(guān)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)來制定企業(yè)的關(guān)于該產(chǎn)品的一些標(biāo)準(zhǔn)。這一環(huán)節(jié)的也是一個(gè)企業(yè)的研發(fā)能力的關(guān)鍵點(diǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性的前提保證。
   3、結(jié)論與展望
   本文對(duì)液壓扳手的最優(yōu)化方法提出探討，通過本文所涉及的兩個(gè)方面（材料，F(xiàn)EA）相關(guān)的探討，初步分析如何使液壓扳手最重要的指標(biāo)尺寸及重量達(dá)到理想的效果。對(duì)于國際上目前最先進(jìn)的液壓扳手給予追蹤與分析，對(duì)于國內(nèi)目前在該項(xiàng)技術(shù)上發(fā)展，提出了需要長期摸索與實(shí)驗(yàn)的建議。