在节段拼架桥机施工中，螺栓紧固是保障结构连接可靠性的关键环节。传统人工紧固存在扭矩控制偏差大、效率低等问题，而螺栓机械手辅助紧固技术通过集成自动化控制与精准传感系统，可显著提升施工质量与效率。以下结合工程实践与行业标准，从设备选型、操作流程、质量管控及维护保养等方面进行详细阐述。

一、核心设备组成与技术参数

（一）机械手系统架构

机械执行单元

采用多关节联动设计，包含基座、臂部、腕部及末端执行器。臂部配置高精度伺服电机（重复定位精度≤±0.1mm），可实现 360° 旋转与空间三维移动；腕部集成扭矩输出轴（最大扭矩 3500N・m），适配 M12-M30 规格螺栓。例如，SGDD 系列电动扳手通过静扭结构设计，实现运转平稳无冲击，反力矩影响降低 80% 以上。

智能控制系统

搭载三阶段拧紧算法：

寻牙阶段：0.5rpm 低速预紧，扭矩限值 < 目标值 30%，确保螺栓准确对位；

旋入阶段：3rpm 变速旋入，实时监测轴向力变化率，避免螺纹损伤；

终拧阶段：脉冲式扭矩施加，配合角度 - 扭矩双闭环控制，实现 ±2% 的扭矩控制精度。

多维度监测模块

集成扭矩、转角、轴向力、振动频谱四维传感器，建立数字孪生模型预测残余预紧力。例如，系统可自动识别螺距误差（±0.02mm 识别精度），动态调整拧紧策略以补偿来料公差影响。

二、标准化操作流程

（一）施工前准备

螺栓预处理

对螺纹表面进行清洁与润滑，采用三坐标测量机检测螺栓轮廓度，确保 CPK≥1.33 的过程能力基线。同时，使用螺纹量规 100% 检测，剔除牙型偏差超标的螺栓。

设备调试

连接反力支架并固定，将控制仪扭矩旋钮调至设计值（如 M24 螺栓终拧扭矩 800N・m）。通过细调旋钮补偿初始测试偏差，确保实际扭矩与目标值误差≤±5%。

（二）紧固作业实施

定位与预紧

机械手通过视觉识别系统自动对准螺栓孔，以 0.5rpm 转速低速旋入至接触贴合面。此时，系统监测轴向力变化，若异常（如 > 设计值 15%）则触发报警并停机检查。

终拧与验证

切换至终拧模式，按照预设扭矩曲线施加脉冲力。完成后，系统自动记录扭矩 - 转角曲线，并与标准曲线比对。若偏差超过 ±3%，则启动二次补拧程序。

（三）质量验收

抽样检测

按《公路桥涵施工技术规范》要求，采用轴力计对 10% 螺栓进行抽检，确保预紧力符合设计值（误差≤±5%）。对于关键节点，需 100% 进行超声波探伤，检测螺纹啮合完整性。

数据追溯

拧紧数据实时上传至云端数据库，生成包含时间、扭矩、操作人员等信息的电子档案。例如，张靖皋长江大桥通过 BIM+IoT 技术，实现螺栓紧固数据与结构模型的三维关联，可快速定位质量问题根源。

三、质量控制与安全管理

（一）过程风险防控

偏载与过载控制

机械手配备倾角传感器（精度≤0.1°），当螺栓轴线与螺孔夹角 > 2° 时自动停机。同时，设置动态过载保护（拧紧速度 > 5rpm 时触发），避免瞬时应力超限。

环境干扰应对

在 - 10℃~40℃环境温度范围内，通过温控模块调节电机散热，确保扭矩精度稳定。遇雨雪天气时，启动防护装置（如防水胶套），防止电气元件受潮。

（二）人员操作规范

三级培训体系

理论学习：掌握设备原理、操作规程及《桥梁工程高强螺栓安装规范》等标准，培训时长≥20 学时；

模拟训练：在虚拟仿真平台进行典型工况演练，重点掌握异常情况应急处理（如传感器故障时的手动切换）；

实操考核：通过 “双盲测试” 验证扭矩控制精度（误差≤±5%），考核合格后方可独立上岗。

安全防护措施

操作人员需穿戴绝缘手套与防滑鞋，作业区域设置安全围栏与光电传感器。机械手运行时，禁止人员进入半径 3 米范围内的危险区域。

四、设备维护与故障处理

（一）周期性保养

日常检查

每班作业前清洁机械手表面，检查螺栓连接紧固性（扭矩偏差≤5%）、电缆磨损情况及润滑脂液位。例如，SGDD 系列扳手需每周检查齿轮箱油位，首次使用 1 年后更换润滑油，后续每 5 年更换一次。

深度维护

每 500 小时运行后，对伺服电机进行精度校准，更换中空手腕密封件并补充润滑脂（每个注脂嘴注入 1 克）。每年对控制系统进行全面检测，更新防病毒软件以保障数据安全。

（二）故障响应机制

智能诊断

系统通过振动频谱分析预测齿轮箱、轴承等部件的早期故障。例如，当频谱出现异常峰值（分辨率≤0.1Hz）时，自动生成维护工单并推送至维修人员。

应急处置

若出现扭矩超差或传感器失效，立即切换至手动模式完成当前螺栓紧固，随后启用备用机械手。故障设备需在 24 小时内修复，维修后需重新进行 1.25 倍额定扭矩的静载测试。

五、典型工程应用

晋陕黄河特大桥在 48 米简支箱梁拼装中采用以下方案：

设备配置：选用扭矩范围 50-3500N・m 的 SGDD 系列电动扳手，适配 M20-M30 螺栓，通过智能控制系统实现 ±2% 的扭矩精度。

流程优化：采用 “预紧 - 终拧 - 抽检” 三工序流水作业，单栓紧固时间从人工操作的 120 秒缩短至 45 秒，效率提升 62.5%。

质量成效：通过四维传感器监测与数字孪生模型分析，螺栓连接失效率从传统工艺的 1.2% 降至 0.3%，完全满足《公路桥涵施工技术规范》要求。

公司网址：www.changcheng-jqj.com

咨询电话：15090371237