扭矩工具的製作方法
2023-06-12 06:25:32
本實用新型是關於ROV外接工具領域，特別涉及扭矩工具。
背景技術：
扭矩工具(Torque Tool)作為一種ROV外接工具，主要用於開關水下球閥，可搭載在ROV上提供不同等級的扭矩進行球閥的開關，被廣泛的應用在深水油氣田開發中扭矩工具由扭矩驅動單元、插口單元、鎖閂單元組成，在實際使用時為開關球閥提供正反轉扭矩。
現有的產品使用方法主要為：有需求用扭矩工具旋轉水下設備時，ROV操作手需要選擇正確的套筒尺寸及適當的扭矩保證扭矩工具輸出扭矩不會大於水下設備的最大承載力，如果使用的扭矩超過設備極限，該設備可能會損壞或失效，而回收這些水下設備去維修或者替換非常困難，並且成本昂貴。當ROV執行不同的水下任務時，扭矩工具需要根據任務範圍選擇相應的轉矩和套筒後再釋放下水，這種方法費時費事。目前市場上的扭矩工具基本都是根據不同級別更換相關配件來達到使用目的，並且體積大重量高，對人員操作要求比較高，使用不便捷，而且增加了操作時間。
技術實現要素：
本實用新型的主要目的在於克服現有技術中的不足，提供一種水下多規格的扭矩工具。為解決上述技術問題，本實用新型的解決方案是：
提供一種扭矩工具，包括扭矩驅動單元、插口單元、鎖閂單元，所述扭矩驅動單元包括扭矩工具鼻、液壓馬達、馬達及倍增器適配器、扭矩倍增器、插口適配器、霍爾傳感器組件；
所述液壓馬達的軸與馬達及倍增器適配器通過鍵連接，馬達及倍增器適配器還與扭矩倍增器的輸入端對接，扭矩倍增器的輸出端與插口適配器連接；所述扭矩工具鼻與插口適配器(通過旋轉格萊圈)密封固定連接(液壓馬達啟動後，能帶動馬達及倍增器適配器傳輸扭矩到扭矩倍增器上，扭矩倍增器通過效率轉換使輸出扭矩增大，同時也起到了減速作用，並將扭矩傳導到插口適配器上，能通過調節液壓馬達轉速及壓力改變扭矩大小)；
所述霍爾傳感器組件包括霍爾傳感器、傳感器安裝支架、磁鐵架、磁鐵、水密接插件；所述傳感器安裝支架(通過螺釘)安裝在扭矩工具鼻上，用於感應磁鐵的霍爾傳感器安裝固定在傳感器安裝支架上；所述磁鐵安裝在磁鐵架上，磁鐵架固定在插口適配器的徑向位置上；霍爾傳感器和磁鐵能進行圈數計算，並通過水密接插件輸出數據到水面的控制單元，控制單元能在水面上調節扭矩工具的扭矩及轉速；
所述插口單元包括止推墊圈、插口底座、插口套筒、導向帶、軸承、端蓋、插口定位杆、中插口套筒、小插口套筒、小插口套筒彈簧、中插口套筒彈簧；止推墊圈安裝在扭矩工具鼻和插口底座的兩端面中間，插口套筒與插口底座端面相接；插口套筒與扭矩工具鼻的後端通過導向帶進行配合，插口套筒與扭矩工具鼻的前端通過軸承進行配合，軸承和導向帶用於在扭矩工具鼻和插口套筒側壁之間進行導向和耐磨損；端蓋(通過螺釘)與扭矩工具鼻連接，用於固定軸承並；
所述小插口套筒、中插口套筒、插口套筒的開口形狀都為四葉草式，用於方便方口的球閥插入到扭矩工具中；小插口套筒與中插口套筒的一端都具有法蘭盤，小插口套筒的外壁與中插口套筒的內壁相互貼合，並通過法蘭盤進行軸向限位，中插口套筒的外壁與插口套筒的內壁相互貼合，也通過法蘭盤進行軸向限位；小插口套筒、中插口套筒分別通過小插口套筒彈簧和中插口套筒彈簧進行固定，使小插口套筒、中插口套筒、插口套筒相互套合成伸縮套筒式套筒(伸縮套筒式套筒為可替換部件)；
所述插口定位杆與小插口套筒內壁相接觸配合，使小插口套筒彈簧壓縮後，小插口套筒能沿插口定位杆的軸向向內部移動，保證不偏位；
所述鎖閂單元包括鎖閂液壓缸、鎖閂外殼、鎖閂手指、鎖閂滑動軸承、鎖閂U型叉、鎖閂U型叉銷、插銷滑塊、圓柱銷，用於扭矩工具插入到旋轉扭矩插孔中到位後，打開鎖閂，防止扭矩工具在旋轉時與接口出現脫離現象；
鎖閂單元的推出結構包括一個定位用的圓柱銷和一個叉銷滑塊，圓柱銷外側設有鎖閂滑動軸承用於減小摩擦，叉銷滑塊與鎖閂手指、鎖閂U型叉分別通過鎖閂U型叉銷連接，鎖閂U型叉與鎖閂液壓缸的頂杆(通過螺紋)連接固定；推出結構用於將鎖閂液壓缸的軸向運動轉換為徑向運動，且叉銷滑塊用於確保在最終受力位置時的最大接觸面積；所述鎖閂液壓缸作為驅動部件，當扭矩工具對接到位之後，通過鎖閂液壓缸的頂杆頂出力將鎖閂手指的受力面移動到垂直於旋轉扭矩插孔的位置，保證在扭矩工具使用時不會脫離旋轉扭矩插孔，當開關球閥結束後收縮鎖閂液壓缸的頂杆即可拔出扭矩工具；所述鎖閂外殼的一端與鎖閂液壓缸連接，並且鎖閂外殼固定在扭矩工具鼻上，鎖閂外殼包裹整個推出結構，只在一側留出鎖閂手指的推出槽，鎖閂外殼用於在使用過程中對推出機構進行保護以及扭矩工具旋轉時進行固定。
作為進一步的改進，所述扭矩工具還包括格萊圈、O型圈(橡膠O型圈)，格萊圈用於插口適配器轉動時和扭矩工具鼻之間的密封，O型圈用於其他相鄰部件的端面密封。
作為進一步的改進，所述扭矩驅動單元還包括殼體，殼體的一端密封罩住液壓馬達前軸端並通過螺釘固定，殼體的另一端封裝扭矩驅動單元的其餘部件，且殼體採用橡膠O型圈進行密封(殼體與液壓馬達二者端面通過橡膠O型圈進行密封，殼體與環形扭矩單元其餘部件之間端面通過橡膠O型圈密封)。
作為進一步的改進，所述插口單元中的端蓋設有錐度，度數為0°～90°，用於保證端蓋前端面的直徑小於後端面直徑，起到導向作用，方便插入到旋轉扭矩插孔中。
作為進一步的改進，所述扭矩工具還包括T型手柄，T型手柄通過螺釘安裝在扭矩工具鼻的螺紋孔上，用於作為扭矩工具的輔助操作裝置；在使用時能通過ROV上的機械手進行抓取操作(也可將T型手柄拆卸，通過扭矩工具鼻上的六個螺釘孔安裝在ROV上進行使用)。
作為進一步的改進，所述端蓋採用尼龍材質的端蓋。
作為進一步的改進，所述殼體採用鋁合金陽極氧化材質的殼體。
作為進一步的改進，所述除殼體、液壓馬達、馬達及倍增器適配器、扭矩倍增器、插口適配器、傳感器安裝支架、霍爾傳感器、磁鐵架、磁鐵外的所有零件和標準件都使用耐海水腐蝕的相同金屬材料。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
1、本實用新型提出了使用扭矩倍增器作為扭矩傳遞和放大的方式，增大了輸出扭矩，降低了操作時間，減少了產品體積，提高了產品的傳動效率。
2、本實用新型提出了使用伸縮式套筒的插口設計，無需手動更換插口，即可實現多級接口自適應對接，及大提高了了產品的易用性。
3、本實用新型提出了使用滑塊將軸向運動轉換為徑向運動，提高了接觸面積，提高了移動精度，保證鎖閂手指運動時受力的可靠性和準確性。
附圖說明
圖1為本實用新型的立體圖。
圖2為本實用新型的結構示意圖。
圖3為本實用新型中鎖閂的立體圖。
圖4為本實用新型中鎖閂收縮的結構示意圖。
圖5為本實用新型中鎖閂頂出的結構示意圖。
圖6為扭矩工具開關CLASS 4球閥原理示意圖。
圖7為圖6中插口套筒處進行順時針旋轉的截面結構示意圖。
圖8為圖6中插口套筒處進行逆時針旋轉的截面結構示意圖。
圖中的附圖標記為：1小插口套筒；1-1小插口套筒彈簧；2中插口套筒；2-2中插口套筒彈簧；3插口套筒；4端蓋；5軸承；6扭矩工具鼻；7插口底座；8傳感器安裝支架；9磁感應開關；10磁鐵架；11環形扭矩單元；12殼體；13液壓馬達；14馬達及倍增器適配器；15扭矩倍增器；16鎖閂單元；16-1鎖閂外殼；16-2鎖閂手指；16-3鎖閂U型叉銷；16-4叉銷滑塊；16-5鎖閂U型叉；16-6鎖閂液壓缸；16-7鎖閂滑動軸承；16-8圓柱銷；17插口適配器；18止推墊圈；19插口定位杆；20T型手柄；21水下球閥旋轉接口；22CLASS4級別接口。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述：
如圖1、圖2所示的一種扭矩工具包括扭矩驅動單元、插口單元、鎖閂單元16。
所述扭矩驅動單元包括液壓馬達13、馬達及倍增器適配器14、扭矩倍增器15、插口適配器17、格萊圈、傳感器安裝支架8、霍爾傳感器、磁鐵架10、磁鐵、水密接插件，扭矩驅動單元中各部件的連接關係具體為：液壓馬達13前軸端被殼體12密封罩住，並且液壓馬達13軸與馬達及倍增器適配器14通過鍵連接，馬達及倍增器適配器14後與扭矩倍增器15輸入端對接，扭矩倍增器15輸出端與插口適配器17連接。
液壓馬達13啟動後，能帶動馬達及倍增器適配器14傳輸扭矩到扭矩倍增器15上，扭矩倍增器15通過效率轉換使輸出扭矩增大，同時也起到了減速作用，並將扭矩傳導到插口適配器17上。可以通過控制液壓馬達13實現扭矩工具進行扭矩的輸出以及插口的正反轉，扭矩倍增器15負責增大液壓馬達13的輸出扭矩，使扭矩達到工作要求，轉速可根據需求進行調節。所述格萊圈用於插口適配器17轉動時和扭矩工具鼻6之間的密封，橡膠O型圈用於其他相鄰部件的端面密封。所述霍爾傳感器組件包括霍爾傳感器、傳感器安裝支架8、磁鐵架10、磁鐵、水密接插件，磁鐵被安裝在磁鐵架10上，磁鐵架10通過插口適配器17固定；霍爾傳感器和磁鐵進行圈數計算，通過水密接插件輸出數據到水面控制單元，該水面控制單元可以在水面上調節扭矩工具的扭矩及轉速。
所述插口單元包括止推墊圈18、插口底座7、插口套筒3、導向帶、軸承5、端蓋4、彈簧、插口定位杆19、中插口套筒2、小插口套筒1。插口單元中各部件的連接關係具體為：止推墊圈18安裝在扭矩工具鼻6和插口底座7的兩端面中間，插頭套筒與插口底座7端面相接，軸承5和導向帶在扭矩工具鼻6和插口套筒3側壁之間起到導向和耐磨的作用，端蓋4負責固定軸承5，並與扭矩工具鼻6通過螺釘連接。所述插口套筒3與扭矩驅動單元中的扭矩工具鼻6的後端通過導向帶進行配合，與扭矩工具鼻6的前端通過軸承5進行配合，該設計可使其平穩導向，並降低磨損，同時保護了尼龍材質的端蓋4，增加了零件穩定性。所述端蓋4部分設有錐度，度數優選為30°，保證端蓋4前端面的直徑小於後端面直徑，起到導向作用，用於方便插入到旋轉扭矩插孔中。
所述小插口套筒1、中插口套筒2、插口套筒3的開口形狀都為四葉草式，該外形設計可以使方口的球閥開關更加便捷的插入到扭矩工具中，又因為該形狀的套筒包含了兩組矩形輪廓，因此在插入之後，既可保證扭矩工具順時針旋轉，又可保證扭矩工具逆時針旋轉，並且接觸面較為穩定可靠。中插口套筒2和小插口套筒1嵌設在插口套筒3中，且小插口套筒1、中插口套筒2、插口套筒3相互套合成伸縮式套筒，小插口套筒1與中插口套筒2的一端都具有法蘭盤，小插口套筒1外壁與中插口套筒2內壁相互貼合，並通過法蘭盤進行軸向限位，中插口套筒2外壁與插口套筒3內壁相互貼合，也通過法蘭盤進行軸向限位，通過兩個(不同大小的)彈簧進行固定，伸縮套筒式套筒為可替換部件。
伸縮套筒式套筒為可替換部件，在Class1～Class 4(ISO 13628-8)級別的插口中，由於該結構為伸縮套筒式設計，由三種不同規格尺寸的四葉草式套筒結合而成，內部通過一大一小兩個彈簧進行固定，當扭矩工具旋轉CLASS1、CLASS2級別接口時，插口直接導入，而當旋轉CLASS3級別開關時，扭矩工具插入的同時，插口套筒3最內層的部分會收到推力，壓縮小彈簧，將內側套筒頂入到第二層套筒內部，而CLASS3級別的方口則會與第二層套筒相配合，繼而可以進行開關的旋轉，同樣，旋轉CLASS4級別開關時，第一層和第二層套筒也會因為推力作用，壓縮小彈簧和大彈簧，將前兩層套筒頂入大套筒內部，可選擇不更換零部件直接插入使用。
如圖3至圖5所示，所述鎖閂單元16包括鎖閂液壓缸16-6、鎖閂外殼16-1、鎖閂手指16-2、鎖閂滑動軸承16-7、鎖閂U型叉16-5、鎖閂U型叉銷16-3、圓柱銷16-8、插銷滑塊，用於當扭矩工具插入到旋轉扭矩插孔中到位後，打開鎖閂，防止扭矩工具在旋轉時與接口出現脫離現象。在實際使用時，由ROV裝載扭矩工具在水下進行水下球閥的對接，其中扭矩工具前端部分插入到旋轉扭矩插孔內，並進行旋轉對接操作。
所述鎖閂單元16的推出結構包括一個定位用的圓柱銷16-8和一個叉銷滑塊16-4，圓柱銷16-8外側設有鎖閂滑動軸承16-7用於減小摩擦，叉銷滑塊16-4與鎖閂手指16-2、鎖閂U型叉16-5分別通過鎖閂U型叉銷16-3連接，鎖閂U型叉16-5與鎖閂液壓缸16-6的頂杆可以使用較為方便的螺紋連接固定。該推出機構用於將鎖閂液壓缸16-6的軸向運動轉換為徑向運動，且叉銷滑塊16-4用於確保在最終受力位置時的最大接觸面積，提高零件結構強度。
扭矩工具鎖閂為限制和鎖緊扭矩工具與旋轉扭矩插孔之間位置的作用，其中鎖閂液壓缸16-6作為驅動部件，當扭矩工具對接到位之後，通過鎖閂液壓缸16-6的頂杆頂出徑向伸出的鎖閂手指16-2，將鎖閂手指16-2的受力面移動到垂直於旋轉扭矩插孔的位置，保證在扭矩工具使用時不會脫離旋轉扭矩插孔，當開關球閥結束後收縮鎖閂液壓缸16-6的頂杆即可拔出扭矩工具；且頂杆頂出徑向伸出的鎖閂手指16-2，到達垂直於軸向方向的突出位置，可以保證手指始終勾住旋轉扭矩插孔，防止軸向滑動，保證整個旋轉期間工具的穩定操作。而鎖閂手指16-2與鎖閂液壓缸16-6通過插銷滑塊、鎖閂U型叉16-5和鎖閂U型叉銷16-3的組合，保證傳導效率和結構強度。鎖閂外殼16-1的連接關係具體為：鎖閂外殼16-1一端與鎖閂液壓缸16-6連接，並且固定在扭矩工具鼻6上，鎖閂外殼16-1包裹整個推出機構，只在一側留出鎖閂手指16-2的推出槽，用於工具在使用過程中對推出機構的保護以及扭矩工具旋轉時的固定作用。
扭矩工具還包括T型手柄20，直接通過螺釘安裝在扭矩工具鼻6的螺紋孔上，用於作為扭矩工具的輔助操作裝置。在使用時能通過ROV上的機械手進行抓取操作，也可將T型手柄20拆卸，通過扭矩工具鼻6上的六個螺釘孔安裝在ROV上進行使用。
在本實用新型中，扭矩工具可以根據需求進行相應改裝，當扭矩工具開關小口徑低扭矩的任務時，液壓馬達13自身驅動力可以滿足要求，則可以將扭矩倍增器15、馬達及倍增器適配器14、環形扭矩單元11拆除，液壓馬達13直接連接插口適配器17使用，四葉草式套筒結構也可以根據需求轉換為單一接口級別的套筒，即CLASS1～CLASS4之中的唯一一個規格的套筒，同時替換掉小插口套筒1、中插口套筒2、插口套筒3，並以插口套筒3的安裝方式固定。此改裝方法的優點在於不僅減輕了本體重量，還保證產品更強的可靠性，使得操作更加方便，也更加便於維護修理。
在本實用新型中，端蓋4採用尼龍材質的端蓋。所述除殼體12、液壓馬達13、馬達及倍增器適配器14、扭矩倍增器15、插口適配器17、傳感器安裝支架8、霍爾傳感器、磁鐵架10、磁鐵的所有零件和標準件都使用耐海水腐蝕的相同金屬材料。所述殼體12採用鋁合金陽極氧化材質的殼體，減輕整體重量，便於ROV攜帶及使用。所述端蓋4採用尼龍材質的殼，保證對接時為軟硬碰撞，提高安全性，並減輕重量。
在水下使用時進行充油補償，通過O型圈密封，確保使用過程中，殼體12不受海水壓力而變形，並且充油後對於部件起到潤滑作用，增加其壽命。在旋轉區域使用格萊圈和導向帶，在保證密封性的前提下，使得扭矩穩定傳導。
最後，需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不限於以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護範圍。