可调扭矩螺丝刀的研发

黄伟敏

摘要：螺丝刀是一种常用的紧固螺丝的工具，现实生活、工作中有各种各样的螺丝刀，像安装、维护这类工作都需要用到，可以说只要有螺丝的地方就要用到螺丝刀。在电力计量专业现场作业中，传统常用的紧固螺丝的螺丝刀施加的力矩和松紧程度都是凭借作业人原的手部感觉控制，因此往往会出线由于作业人员施加的力度过大而造成螺丝、设备及螺丝刀刀头损坏，或因施加的力度不均而影响到计量装置的安装和接线质量。

关键词：螺丝刀，力矩值

目前，电力计量专业作业人员使用的个人安全工器具中的螺丝刀大部分为刀柄带绝缘措施的普通标准螺丝刀，根据不同作业人员的操作力度，在计量装置安装和维护过程中，难免出现因力度不足造成表计、接线盒等设备装置的紧固螺丝未锁紧或者因力度过大造成螺丝断裂、设备损坏、螺丝刀刀头损坏等现象，导致计量出现差错。

针对这种局限性，可调扭矩螺丝刀通过选取不同作业场合、不同规格螺丝的装卸所需力矩为参数，利用一种手柄末端可转动调节转矩实现扭矩可调的工作原理。

一、研发思路

利用收集计量专业日常工作中常见的电能表，采集终端及联合接线盒等电能计量装置所使用的不同型号的紧固螺丝和导线数据，通过查询相关数据和试验，确定螺丝与导线的紧固效果达到最佳值时所需的扭力值。

二、主要技术问题及解决办法

通过提取计量作业中常见的电能计量装置（电能表、接线盒等）接线端子螺丝及电压、电流二次回路连接导线相关参数，且比对国网公司公布的电能计量装置型式及安装规范后，确认样本数据：电能计量装置接线端子螺丝为M4规格，直径为4mm；电压二次回路导线截面积为2.5mm2；电流二次回路导线截面积为4mm2。

2.1接触电阻试验——测量螺丝与导线的接触程度

将收集到的紧固螺丝和导线数据统一整理后，选定其中一种规格型号的螺丝和一种线径规格的导线，利用测试仪器多次对紧固螺丝施加不同程度力矩，在螺丝受到力矩作用后对导线产生挤压力，经试验导线上的电压电流回路连通后，接触电阻的测量结果随即发生变化。同时，接触电阻试验也成为本次项目的最大技术关键点及难点。

试验结论如下：

（1）随着测试仪器对紧固螺丝施加的力矩值逐渐增大，导线接触面的接触电阻逐渐变小；

（2）随着测试仪器对紧固螺丝施加的力矩值逐渐减小，导线接触面的接触电阻逐渐变大；

（3）当测试仪器对紧固螺丝施加的力矩值达到某个临界点后，导线接触面的接触电阻将不再发生变化。

2.2拉力试验——测量螺丝与导线的紧固程度

当紧固螺丝在施加的力矩作用下与导线表面发生挤压时，螺丝与导线的接触面将产生一个相对的摩擦力，而这个摩擦力就是本次项目的第二个技术关键点，也就是导线锁紧后所能承受的拉力值。拉力试验利用专业的拉力测试仪，对紧固螺丝施加不同扭力值后锁住的试验导线进行拉力测试，试验结果将用于确认导线在紧固螺丝施加不同扭力值下的最优拉力值范围。

试验结论如下：

（1）对紧固螺丝施加的扭力值越小，螺丝和导线产生的摩擦力越小，使导线脱落的拉力值越小；

（2）对紧固螺丝施加的扭力值逐渐变大，螺丝和导线产生的摩擦力逐渐增大，使导线脱落或断裂的拉力值同步增大；

（3）当对紧固螺丝施加的扭力值继续增大并达到某个临界值后，螺丝和导线产生的摩擦力不再产生明显变化，但使导线断裂的拉力值逐渐变小。

2.3导线变形测试——测量螺丝挤压导线后的接触面变形程度

在上述试验中，紧固螺丝多次施加不同扭矩值对试验导线进行挤压，导线表面将会出现不同程度的接触面变形，也就是所谓的压痕，成为本次项目的第三大技术关键点。在经过不同力矩值的挤压测试，试验导线表面产生的压痕大小、深浅程度均不相同。

测试结论如下：

（1）当施加在紧固螺丝的力矩值越小，导线表面产生的压痕面积越小，压痕深度越浅；

（2）当施加在紧固螺丝的力矩值越大，导线表面产生的压痕面积越大，压痕深度越深；

（3）当施加在紧固螺丝的力矩值超过某个临界值后，导线断裂。

2.4综上所述，最终确认的最佳力矩值为：

M4规格螺丝与电压二次回路导线（2.5mm2）：0.4（N.m）；

M4规格螺丝与电流二次回路导线（4mm2）：0.28（N.m）；

至此，本次项目成果将以该组力矩值为设计参数，结合棘轮与弹簧的力学原理进行研制。

三、螺丝刀工作原理

可调扭矩螺丝刀工作原理：当紧固螺丝顺时针给手柄施加力矩时，可以根据待紧固的螺丝所需要的扭矩大小通过弹簧、调节螺母、调节螺杆来调节两个棘轮啮合面的压力和摩擦力的大小，在弹簧的约束作用下，下棘轮对上棘轮产生推推力，扭矩主要来自于这个推力以及上下棘轮的摩擦力，这两个力都与弹簧的压缩量有关。因此，扭矩的大小可通过弹簧的压缩量来调整。

在设定好扭矩的情况下，施加的扭矩超过设定的值时，螺丝刀上下棘轮自动打滑，既可以保护螺丝刀，也可以保护被紧固螺丝及设备免受损坏，还可以保证螺丝松紧程度一致。当需要松开螺丝反时针施加力矩时，两棘轮自动锁定，施加的力矩不受弹簧6的压缩量影响。从而起到保护螺丝刀、螺丝及设备的作用。

四、主要技术特点

本次论文阐述的是可调扭矩螺丝刀，针对计量专业日常作业中不同规格、型号的紧固螺丝及导线，采用扭矩可调可定的方法，选定相应扭矩值，便捷、准确、可靠地锁紧计量装置上每一处接线端子，改变过去作业人员使用常规螺丝刀上锁时因力度太大或过小所造成螺丝、导线断裂或导线未锁紧等引起计量差错或异常的情况，极大程度提升了电能计量准确性和可靠性。

同时，本次项目结合试验数据及现场实际作业情况，制定并完善一份电能计量装置安装规范，不仅提高了电能计量装置的接线质量，而且促进了电能计量装置的安装规范化管理。

五、效益分析

5.1、项目效益：根据分析近几年的电能计量装置故障、电量异常数据可知，由于导线断裂引起的失压、失流，或螺丝过分紧固导致的设备、零件损坏，或螺丝与导线未锁紧引发间隙放电而造成端子或端子排烧毁等故障屡见不鲜。因此，接线质量俨然已成为计量装置故障、电量异常情况发生的重大因素之一。

本项目成果的研发，其根本目标便是针对改进螺丝与导线的紧固方式，改善螺丝与导线的紧固程度，最终将计量专业现场作业的电能计量装置接线质量提升至100%，并统一制定电能计量装置安装规范或接线标准后，形成常态化工作模式。

5.2、安全效益：本项目成果的应用，一方面不仅减少电能计量装置异常、故障的发生，提高设备的安全可靠性，同时保障了电能计量装置的计量准确度；另一方面在减少计量专业人员对计量异常、差错电量进行追补的工作量，同时降低因计量差错、异常电量追补工作引起的相关法律纠纷。

六、结束语

随着电力客户用电需求的日益增长，电能计量作为供电企业面向用户最直接的窗口，是直接反映供电企业的管理水平、资质、信誉等方面最直观的标尺。同时，电能计量工作作为供电企业与电力用户之间进行电能交易的重要技术平台，其工作质量直接关系着供电的可靠性，也在一定程度上影响着供电企业电力营销的综合效益。

本次项目研发意在加强电能计量工作的质量把关，有效保证电能计量装置的安装和接线质量可控、在控。同时，通过科学化的作业方式更进一步提高电能计量现场作业质量，从而切实保障电网运行的安全性和稳定性，为用户提供可靠的电力服务，满足用户的多元需求，推进电力营销工作的高效开展。

参考文献;

{1}卢旭锦；王浩楠；徐大明；麦南明。螺丝自供给的电动螺丝刀装置{J}.南方职业教育学刊。2017（09）