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螺栓紧固系统及其实现方法

阅读:781发布:2021-12-02

专利汇可以提供螺栓紧固系统及其实现方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 螺栓 紧固系统及其实现方法,主要解决了 现有技术 中存在的螺栓有效 锁 紧 力 精度 较低,且无法实现锁紧参数记录,无法确保螺栓锁紧可靠性的问题。该螺栓紧固系统,包括 扭矩 扳手 ,其特征在于,还包括设置于扭矩扳手上、对其进行螺栓紧固时的旋转 角 度进行测量的检测装置,对检测装置测得的旋转角度进行解析、得出螺栓锁紧转角参数的 控制器 ,分别与控制器相连的数据 存储器 、 打印机 和工控 触摸屏 。通过上述方案,本发明达到了锁紧精度较高,可靠性较强的目的,具有很高的实用价值和推广价值。,下面是螺栓紧固系统及其实现方法专利的具体信息内容。

1.螺栓紧固系统,包括扭矩扳手,其特征在于,还包括设置于扭矩扳手上、对其进行螺栓紧固时的旋转度进行测量的检测装置,对检测装置测得的旋转角度进行解析、得出螺栓紧转角参数的控制器,分别与控制器相连的数据存储器打印机和工控触摸屏
2.根据权利要求1所述的螺栓紧固系统,其特征在于,所述扭矩扳手为具有棘轮(2)的中空扭矩扳手(1),所述棘轮(2)上设置有轴向延长部,所述检测装置包括安装于棘轮(2)轴向延长部上的环形磁尺(3)和安装于中空扭矩扳手(1)上、对环形磁尺(3)的转动进行检测的磁性传感器(4),所述控制器与磁性传感器(4)相连。
3.根据权利要求1所述的螺栓紧固系统,其特征在于,所述扭矩扳手为具有棘轮(2)的中空扭矩扳手(1),所述棘轮(2)上设置有轴向延长部,所述检测装置包括安装于棘轮(2)轴向延长部上的棘轮转角传动齿轮(6)和安装于中空扭矩扳手(1)上、具有与棘轮转角传动齿轮(6)啮合的齿轮的旋转编码器(5),所述控制器与旋转编码器(5)相连。
4.根据权利要求1所述的螺栓紧固系统,其特征在于,所述扭矩扳手为具有驱动轴(8)的方驱式扭矩扳手(7),所述检测装置为安装于方驱式扭矩扳手(7)上、具有转轴的编码器(9),所述编码器(9)的转轴通过连接键(10)与方驱式扭矩扳手(7)的驱动轴(8)相连,所述控制器与编码器(9)相连。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的螺栓紧固系统,其特征在于,所述控制器连接有传感器、温度传感器和液位传感器
6.权利要求1~5任意一项所述的螺栓紧固系统的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将螺栓紧固系统与电源相连后进行启动;
(2)控制器检测自身硬件是否正常工作;控制温度传感器对设备油温进行测量;控制液位传感器对设备液位进行测量,若检测得出硬件正常、温度值未超过最高温度值且液位值未低于最低液位值则进行步骤(3),否则在工控触摸屏上显示报警指示;
(3)用户在工控触摸屏上输入登录信息,若登录信息正确则进行步骤(4),否则停留在登录信息输入界面;
(4)用户输入螺栓紧固参数和工作方法,若输入参数在已设定的螺栓紧固参数范围内则进行步骤(5),否则停留在参数输入界面;
(5)将用户输入的参数值进行存储,螺栓紧固系统按用户输入的紧固参数和方法进行螺栓紧固,在预紧扭矩和终紧转角均达到已设定的紧固参数值后判定是否所待紧固螺栓均完成紧固,若均完成紧固则生成紧固参数报表并将生成的紧固参数报表存储至数据存储器,否则按已设定的螺栓紧固参数进行下一颗螺栓的紧固工作。

说明书全文

螺栓紧固系统及其实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种螺栓紧固系统,具体地说,是涉及一种螺栓紧固系统及其实现方法。

背景技术

[0002] 目前,大扭矩的螺栓紧固工作多采用液压拉伸器或液压扭矩扳手,在应用中,液压拉伸器仅适用于有一定长度螺杆外露,且螺杆外露侧有一定空间尺寸的工况,虽然拉伸器有较高的螺栓精度,但由于其工作条件的限制,在很多工况下不适用;另一种螺栓锁紧方式为液压扭矩扳手,目前的液压扭矩扳手能将其输出扭矩控制在
3%,但由于螺栓在紧固过程中需要克服摩擦,根据螺栓质量、润滑情况不同,螺纹副及螺栓头的摩擦力将消耗锁紧扭矩的85%-95%,仅有5%-15%的扭矩用于提供轴向锁紧力。
目前通过扭矩进行螺栓锁紧的理论有五种:第一种为扭矩控制法,当螺栓拧紧扭矩误差
0%时,螺栓轴向预紧力误差可达 25%;第二种为扭矩—转控制法,当螺栓拧紧扭矩误差
0%时,螺栓轴向预紧力误差可达 15%;第三种为屈服点控制法,当螺栓拧紧扭矩误差
0%时,螺栓轴向预紧力误差可达 8%;第四种为落座点—转角控制法,其从扭矩—转角法基础上发展而来,其精度更高;第五种方法为螺栓伸长法,此法一般用于液压拉伸器,且采用声波进行螺栓伸长量的测量。由于目前的扭矩扳手仅能通过检测液压油压力来控制扭矩,无法实现第二、三、四种控制法,造成其有效锁紧力精度较低,且现有液压扭矩扳手不能实现锁紧参数记录,不能判断作业人员是否对所有螺栓进行了紧固操作。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种螺栓紧固系统及其实现方法,主要解决现有技术中存在的螺栓有效锁紧力精度较低,且无法实现锁紧参数记录,无法确保螺栓锁紧可靠性的问题。
[0004] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:螺栓紧固系统,包括扭矩扳手,还包括设置于扭矩扳手上、对其进行螺栓紧固时的旋转角度进行测量的检测装置,对检测装置测得的旋转角度进行解析、得出螺栓锁紧转角参数的控制器,分别与控制器相连的数据存储器打印机和工控触摸屏
[0005] 作为一种优选,所述扭矩扳手为具有棘轮的中空扭矩扳手,所述棘轮上设置有轴向延长部,所述检测装置包括安装于棘轮轴向延长部上的环形磁尺和安装于中空扭矩扳手上、对环形磁尺的转动进行检测的磁性传感器,所述控制器与磁性传感器相连;所述磁性传感器通过螺栓固定于中空扭矩扳手上。
[0006] 作为另一种优选,所述扭矩扳手为具有棘轮的中空扭矩扳手,所述棘轮上设置有轴向延长部,所述检测装置包括安装于棘轮轴向延长部上的棘轮转角传动齿轮和安装于中空扭矩扳手上、具有与棘轮转角传动齿轮啮合的齿轮的旋转编码器,所述控制器与旋转编码器相连;所述旋转编码器通过螺栓固定于中空扭矩扳手上。
[0007] 作为再一种优选,所述扭矩扳手为具有驱动轴的方驱式扭矩扳手,所述检测装置为安装于方驱式扭矩扳手上、具有转轴的编码器,所述编码器的转轴通过连接键与方驱式扭矩扳手的驱动轴相连,所述控制器与编码器相连;所述编码器通过螺栓固定于方驱式扭矩扳手上。
[0008] 考虑到实际需求,所述控制器连接有压力传感器温度传感器和液位传感器
[0009] 基于上述器件设备,本发明提供了一种螺栓紧固系统的实现方法,包括以下步骤:(1)将螺栓紧固系统与电源相连后进行启动;
(2)控制器检测自身硬件是否正常工作;控制温度传感器对设备油温进行测量;控制液位传感器对设备液位进行测量,若检测得出硬件正常、温度值未超过最高温度值且液位值未低于最低液位值则进行步骤(3),否则在工控触摸屏上显示报警指示;
(3)用户在工控触摸屏上输入登录信息,若登录信息正确则进行步骤(4),否则停留在登录信息输入界面;
(4)用户输入螺栓紧固参数和工作方法,若输入参数在已设定的螺栓紧固参数范围内则进行步骤(5),否则停留在参数输入界面;
(5)将用户输入的参数值进行存储,螺栓紧固系统按用户输入的紧固参数和方法进行螺栓紧固,在预紧扭矩和终紧转角均达到已设定的紧固参数值后判定是否所待紧固螺栓均完成紧固,若均完成紧固则生成紧固参数报表并将生成的紧固参数报表存储至数据存储器,否则按已设定的螺栓紧固参数进行下一颗螺栓的紧固工作。
[0010] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:(1)本发明中,对扭矩扳手进行了巧妙改进,使得应用时能够通过控制器控制螺栓的输出扭矩和转角,且支持扭矩控制法、扭矩-转角控制法、屈服点控制法和落座点—转角控制法,经验证,该种紧固系统能将扭矩扳手锁紧精度从原有的 25%提高到 8%甚至更高,通过控制器的控制,亦可对锁紧参数进行记录及保存,能够有效避免操作过程中螺栓遗漏和螺栓锁紧力不达标的状况发生,可靠性较高,使用较为方便,符合实际需求,适合大规模推广应用。
[0011] (2)本发明提供了多种实现方案,用户可以根据实际需求自行选择,灵活度较高,功能十分齐全,符合用户需求。
[0012] (3)本发明结构简单,实施方便,具有实质性特点和进步,适合大规模推广应用。附图说明
[0013] 图1为本发明-实施例1的原理结构示意图。
[0014] 图2为本发明-实施例1的原理结构爆炸图。
[0015] 图3为本发明-实施例2的原理结构示意图。
[0016] 图4为本发明-实施例2的原理结构爆炸图。
[0017] 图5为本发明-实施例3的整体结构示意图。
[0018] 图6为本发明-实施例3的原理结构爆炸图。
[0019] 图7为本发明控制系统的系统框图
[0020] 图8为本发明的流程示意图。
[0021] 上述附图中,附图标记对应的部件名称如下:1-中空扭矩扳手,2-棘轮,3-环形磁尺,4-磁性传感器,5-旋转编码器,6-棘轮转角传动齿轮,7-方驱式扭矩扳手,8-驱动轴,9-编码器,10-连接键。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0023] 实施例1为提高液压扭矩扳手对螺栓的锁紧精度,本发明提供了一种可检测进行螺栓紧固时输出扭矩和螺栓转角、由控制器控制其输出的扭矩扳手,通过在现有扭矩扳手上安装在进行螺栓紧固时对旋转角度进行测量的检测装置,并将检测装置的检测结果传递至如图7所示控制器,分别与控制器相连的工控触摸屏、压力传感器、温度传感器、液位传感器、打印机、数据存储器等构成的控制系统实现对锁紧精度的有效提高,该系统支持扭矩控制法、扭矩-转角控制法、屈服点控制法、落座点—转角控制法,经验证,能将扭矩扳手的锁紧精度从原有的 25%提高到 8%或更高,通过控制器的控制,可对锁紧参数进行记录及保存,有效防止操作过程中遗漏部分螺栓。
[0024] 如图1~2所示,本发明的技术方案是:将现有中空扭矩扳手1的棘轮2进行轴向延长,将棘轮转角传动齿轮6螺纹连接于中空扭矩扳手1的棘轮2延长部分,在棘轮2延长部分加工螺纹,在中空扭矩扳手1上、与棘轮2上的螺纹位置对应处加工螺纹孔,通过螺纹将具有与棘轮转角传动齿轮6啮合的齿轮的旋转编码器5安装于扭矩扳手外壳上,中空扭矩扳手1的棘轮2的转动带动旋转编码器5的齿轮的旋转,通过控制器对旋转编码器5旋转角度的解析,便可得到螺栓锁紧转角参数。
[0025] 实施例2如图3~4所示,本实施例与实施例1的不同点在于,在棘轮2延长部分安装环形磁尺3,并在棘轮2附近加工螺栓孔,通过磁性传感器安装螺栓将磁性传感器4安装于扭矩扳手外壳上,磁性传感器4检测环形磁尺3的转动,向控制器提供螺栓的转角参数。
[0026] 实施例3如图5~6所示,本实施例中的方驱式扭矩扳手7在现有方驱式扭矩扳手1基础上进行了改进,在外壳上加工安装螺纹孔,通过编码器安装盖固定螺栓将编码器安装盖与方驱式扭矩扳手进行连接,编码器9安装于编码器安装盖内,通过编码器固定螺栓进行固定,编码器转轴通过编码器连接键10与方驱式扭矩扳手7的驱动轴8连接,将驱动轴8的旋转运动传递至编码器9,驱动轴锁帽与驱动轴8通过螺纹进行连接,使得驱动轴花键始终与方驱式扭矩扳手棘轮花键可靠连接,扭矩扳手棘轮的转动同时驱动螺栓的旋转和编码器的旋转,编码器向控制器提供所测量到的转角信息。
[0027] 本发明中,在中空扭矩扳手的棘轮上安装棘轮转角传动齿轮或环形磁尺,当安装传动齿轮时,在扭矩扳手外壳上安装旋转编码器,扭矩扳手的棘轮的转动带动旋转编码器的旋转,通过控制器对旋转编码器旋转角度进行解析,便可得到螺栓锁紧转角参数;当安装环形磁尺时,在扭矩扳手外壳上安装磁性传感器,磁性传感器检测环形磁尺的旋转运动,通过控制器的解析,得到螺栓锁紧转角参数;在方驱式扭矩扳手驱动轴中安装花键结构或安装磁环,当安装花键结构时,安装于方驱式扭矩扳手壳体上的旋转编码器与主轴进行连接,扭矩扳手驱动轴的转动带动旋转编码器,通过控制系统的解析,得到螺栓锁紧转角参数;当安装环形磁尺时,在扭矩扳手外壳上安装磁性传感器,磁性传感器检测环形磁尺的旋转运动,通过控制器的解析,得到螺栓锁紧转角参数。
[0028] 在应用时,控制器采用工业控制屏进行人机交互,可选择采用扭矩控制法、扭矩-转角控制法、屈服点控制法、落座点—转角控制法等对螺栓进行锁紧。控制系统可记录工作参数,可存储及输出,并可根据所输入的工作参数对紧固螺栓进行计数,只有紧固螺栓数与工作参数所设置的螺栓数相等,才可完成一个工作循环,防止作业人员在进行螺栓紧固时发生遗漏。
[0029] 本发明中控制系统的工作原理如下:通过在现有扭矩扳手上增加转角/位移传感器(即编码器、磁性传感器),传感器直接或间接检测棘轮的旋转运动,配合压力传感器的值,经过控制器对传感器的解析,实现螺栓锁紧时的扭矩和转角的控制,从而达到有效提高扭矩扳手在进行螺栓紧固时的锁紧精度的同时实现螺栓紧固参数的记录。
[0030] 打印机和数据存储器的设置使得设备生产过程参数可追述,能够有效避免螺栓锁紧力不达标或部分螺栓被操作人员遗漏的情况发生。
[0031] 如图8所示,本系统的实现流程如下:将螺栓紧固系统与电源相连后进行启动,系统对各硬件设备及油温和液位进行测量,若检测得出温度值和液位值未超过已设定的限定值则进入开始页面,否则显示报警指示;
系统根据用户选择进入工作界面或参数输入界面;用户通过登录密码进入参数输入界面(首次进入参数输入界面时,需要设置登陆密码),若输入的登录信息正确则允许用户进入紧固参数输入界面进行参数设置,否则停留在登录信息输入界面;用户输入螺栓紧固参数(包括紧固参数和终紧转角参数)和工作方法,若输入参数在已设定的螺栓紧固参数范围内则进入开始工作界面,否则停留在参数输入界面;若用户选择直接进入工作界面,则调用上次工作的参数进行螺栓锁紧工作;控制器接收到用户输入的开始工作操作命令后按照用户输入的紧固参数和工作方法进行螺栓预紧,直至预紧扭矩达到设定值,之后按终紧转角参数进行螺栓紧固,直至终紧转角达到设定值;检测是否所有螺栓均已完成紧固,若均完成紧固则生成紧固参数报表并将生成的紧固参数报表存储至数据存储器,否则重复上述步骤进行下一颗螺栓的紧固工作,直至所有螺栓均完成紧固。
[0032] 为了减少工作步骤,节约时间,当需按同一紧固参数进行紧固的螺栓为两个以上时,完成第一颗螺栓的紧固操作后,其余螺栓的紧固工作均无需用户重复进行登录操作和参数输入操作,系统自动提取已设定的紧固参数对其余螺栓进行紧固。
[0033] 按照上述实施例,便可很好地实现本发明。
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