螺栓緊固系統及其實現方法
2023-04-24 04:48:01
螺栓緊固系統及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種螺栓緊固系統及其實現方法，主要解決了現有技術中存在的螺栓有效鎖緊力精度較低，且無法實現鎖緊參數記錄，無法確保螺栓鎖緊可靠性的問題。該螺栓緊固系統，包括扭矩扳手，其特徵在於，還包括設置於扭矩扳手上、對其進行螺栓緊固時的旋轉角度進行測量的檢測裝置，對檢測裝置測得的旋轉角度進行解析、得出螺栓鎖緊轉角參數的控制器，分別與控制器相連的數據存儲器、印表機和工控觸控螢幕。通過上述方案，本發明達到了鎖緊精度較高，可靠性較強的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】螺栓緊固系統及其實現方法【技術領域】[0001]本發明涉及一種螺栓緊固系統，具體地說，是涉及一種螺栓緊固系統及其實現方法。【背景技術】[0002]目前，大扭矩的螺栓緊固工作多採用液壓拉伸器或液壓扭矩扳手，在應用中， 液壓拉伸器僅適用於有一定長度螺杆外露，且螺杆外露側有一定空間尺寸的工況，雖 然拉伸器有較高的螺栓鎖緊精度，但由於其工作條件的限制，在很多工況下不適用； 另一種螺栓鎖緊方式為液壓扭矩扳手，目前的液壓扭矩扳手能將其輸出扭矩控制在 ±3%，但由於螺栓在緊固過程中需要克服摩擦力，根據螺栓質量、潤滑情況不同，螺紋副及 螺栓頭的摩擦力將消耗鎖緊扭矩的85% - 95%，僅有5% - 15%的扭矩用於提供軸向鎖緊力。 目前通過扭矩進行螺栓鎖緊的理論有五種:第一種為扭矩控制法，當螺栓擰緊扭矩誤差土 0%時，螺栓軸向預緊力誤差可達± 25% ;第二種為扭矩一轉角控制法，當螺栓擰緊扭矩誤差 ±0%時，螺栓軸向預緊力誤差可達± 15% ;第三種為屈服點控制法，當螺栓擰緊扭矩誤差土 0%時，螺栓軸向預緊力誤差可達土 8% ;第四種為落座點一轉角控制法，其從扭矩一轉角法 基礎上發展而來，其精度更高；第五種方法為螺栓伸長法，此法一般用於液壓拉伸器，且採 用超聲波進行螺栓伸長量的測量。由於目前的扭矩扳手僅能通過檢測液壓油壓力來控制扭 矩，無法實現第二、三、四種控制法，造成其有效鎖緊力精度較低，且現有液壓扭矩扳手不能 實現鎖緊參數記錄，不能判斷作業人員是否對所有螺栓進行了緊固操作。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種螺栓緊固系統及其實現方法，主要解決現有技術中存 在的螺栓有效鎖緊力精度較低，且無法實現鎖緊參數記錄，無法確保螺栓鎖緊可靠性的問 題。[0004]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下:螺栓緊固系統，包括扭矩扳手，還包括設置於扭矩扳手上、對其進行螺栓緊固時的旋轉 角度進行測量的檢測裝置，對檢測裝置測得的旋轉角度進行解析、得出螺栓鎖緊轉角參數 的控制器，分別與控制器相連的數據存儲器、印表機和工控觸控螢幕。[0005]作為一種優選，所述扭矩扳手為具有棘輪的中空扭矩扳手，所述棘輪上設置有軸 向延長部，所述檢測裝置包括安裝於棘輪軸向延長部上的環形磁尺和安裝於中空扭矩扳手 上、對環形磁尺的轉動進行檢測的磁性傳感器，所述控制器與磁性傳感器相連；所述磁性傳 感器通過螺栓固定於中空扭矩扳手上。[0006]作為另一種優選，所述扭矩扳手為具有棘輪的中空扭矩扳手，所述棘輪上設置有 軸向延長部，所述檢測裝置包括安裝於棘輪軸向延長部上的棘輪轉角傳動齒輪和安裝於中 空扭矩扳手上、具有與棘輪轉角傳動齒輪嚙合的齒輪的旋轉編碼器，所述控制器與旋轉編 碼器相連；所述旋轉編碼器通過螺栓固定於中空扭矩扳手上。[0007]作為再一種優選，所述扭矩扳手為具有驅動軸的方驅式扭矩扳手，所述檢測裝置 為安裝於方驅式扭矩扳手上、具有轉軸的編碼器，所述編碼器的轉軸通過連接鍵與方驅式 扭矩扳手的驅動軸相連，所述控制器與編碼器相連；所述編碼器通過螺栓固定於方驅式扭 矩扳手上。[0008]考慮到實際需求，所述控制器連接有壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器。[0009]基於上述器件設備，本發明提供了一種螺栓緊固系統的實現方法，包括以下步 驟:(1)將螺栓緊固系統與電源相連後進行啟動；(2)控制器檢測自身硬體是否正常工作；控制溫度傳感器對設備油溫進行測量；控制 液位傳感器對設備液位進行測量，若檢測得出硬體正常、溫度值未超過最高溫度值且液位 值未低於最低液位值則進行步驟(3)，否則在工控觸控螢幕上顯示報警指示；(3)用戶在工控觸控螢幕上輸入登錄信息，若登錄信息正確則進行步驟(4)，否則停留在 登錄信息輸入界面；(4)用戶輸入螺栓緊固參數和工作方法，若輸入參數在已設定的螺栓緊固參數範圍內 則進行步驟(5)，否則停留在參數輸入界面；(5)將用戶輸入的參數值進行存儲，螺栓緊固系統按用戶輸入的緊固參數和方法進行 螺栓緊固，在預緊扭矩和終緊轉角均達到已設定的緊固參數值後判定是否所待緊固螺栓均 完成緊固，若均完成緊固則生成緊固參數報表並將生成的緊固參數報表存儲至數據存儲 器，否則按已設定的螺栓緊固參數進行下一顆螺栓的緊固工作。[0010]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:(I)本發明中，對扭矩扳手進行了巧妙改進，使得應用時能夠通過控制器控制螺栓的輸 出扭矩和轉角，且支持扭矩控制法、扭矩一轉角控制法、屈服點控制法和落座點一轉角控制 法，經驗證，該種緊固系統能將扭矩扳手鎖緊精度從原有的± 25%提高到土 8%甚至更高，通 過控制器的控制，亦可對鎖緊參數進行記錄及保存，能夠有效避免操作過程中螺栓遺漏和 螺栓鎖緊力不達標的狀況發生，可靠性較高，使用較為方便，符合實際需求，適合大規模推 廣應用。[0011](2)本發明提供了多種實現方案，用戶可以根據實際需求自行選擇，靈活度較高， 功能十分齊全，符合用戶需求。[0012](3)本發明結構簡單，實施方便，具有實質性特點和進步，適合大規模推廣應用。【專利附圖】
【附圖說明】[0013]圖1為本發明-實施例1的原理結構示意圖。[0014]圖2為本發明-實施例1的原理結構爆炸圖。[0015]圖3為本發明-實施例2的原理結構示意圖。[0016]圖4為本發明-實施例2的原理結構爆炸圖。[0017]圖5為本發明-實施例3的整體結構示意圖。[0018]圖6為本發明-實施例3的原理結構爆炸圖。[0019]圖7為本發明控制系統的系統框圖。[0020]圖8為本發明的流程示意圖。[0021]上述附圖中，附圖標記對應的部件名稱如下:1-中空扭矩扳手，2-棘輪，3-環形磁尺，4-磁性傳感器，5-旋轉編碼器，6-棘輪轉角傳動齒輪，7-方驅式扭矩扳手，8-驅動軸，9-編碼器，10-連接鍵。【具體實施方式】[0022]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限於下列實施例。[0023]實施例1為提高液壓扭矩扳手對螺栓的鎖緊精度，本發明提供了一種可檢測進行螺栓緊固時輸出扭矩和螺栓轉角、由控制器控制其輸出的扭矩扳手，通過在現有扭矩扳手上安裝在進行螺栓緊固時對旋轉角度進行測量的檢測裝置，並將檢測裝置的檢測結果傳遞至如圖7所示控制器，分別與控制器相連的工控觸控螢幕、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器、印表機、數據存儲器等構成的控制系統實現對鎖緊精度的有效提高，該系統支持扭矩控制法、扭矩一轉角控制法、屈服點控制法、落座點一轉角控制法，經驗證，能將扭矩扳手的鎖緊精度從原有的± 25%提高到± 8%或更高，通過控制器的控制，可對鎖緊參數進行記錄及保存，有效防止操作過程中遺漏部分螺栓。[0024]如圖f 2所示，本發明的技術方案是:將現有中空扭矩扳手I的棘輪2進行軸向延長，將棘輪轉角傳動齒輪6螺紋連接於中空扭矩扳手I的棘輪2延長部分，在棘輪2延長部分加工螺紋，在中空扭矩扳手I上、與棘輪2上的螺紋位置對應處加工螺紋孔，通過螺紋將具有與棘輪轉角傳動齒輪6嚙合的齒輪的旋轉編碼器5安裝於扭矩扳手外殼上，中空扭矩扳手I的棘輪2的轉動帶動旋轉編碼器5 的齒輪的旋轉，通過控制器對旋轉編碼器5旋轉角度的解析，便可得到螺栓鎖緊轉角參數。[0025]實施例2如圖:3-4所示，本實施例與實施例1的不同點在於，在棘輪2延長部分安裝環形磁尺3， 並在棘輪2附近加工螺栓孔，通過磁性傳感器安裝螺栓將磁性傳感器4安裝於扭矩扳手外殼上，磁性傳感器4檢測環形磁尺3的轉動，向控制器提供螺栓的轉角參數。[0026]實施例3如圖5飛所示，本實施例中的方驅式扭矩扳手7在現有方驅式扭矩扳手I基礎上進行了改進，在外殼上加工安裝螺紋孔，通過編碼器安裝蓋固定螺栓將編碼器安裝蓋與方驅式扭矩扳手進行連接，編碼器9安裝於編碼器安裝蓋內，通過編碼器固定螺栓進行固定，編碼器轉軸通過編碼器連接鍵10與方驅式扭矩扳手7的驅動軸8連接，將驅動軸8的旋轉運動傳遞至編碼器9，驅動軸鎖帽與驅動軸8通過螺紋進行連接，使得驅動軸花鍵始終與方驅式扭矩扳手棘輪花鍵可靠連接，扭矩扳手棘輪的轉動同時驅動螺栓的旋轉和編碼器的旋轉， 編碼器向控制器提供所測量到的轉角信息。[0027]本發明中，在中空扭矩扳手的棘輪上安裝棘輪轉角傳動齒輪或環形磁尺，當安裝傳動齒輪時，在扭矩扳手外殼上安裝旋轉編碼器，扭矩扳手的棘輪的轉動帶動旋轉編碼器的旋轉，通過控制器對旋轉編碼器旋轉角度進行解析，便可得到螺栓鎖緊轉角參數；當安裝環形磁尺時，在扭矩扳手外殼上安裝磁性傳感器，磁性傳感器檢測環形磁尺的旋轉運動，通過控制器的解析，得到螺栓鎖緊轉角參數；在方驅式扭矩扳手驅動軸中安裝花鍵結構或安裝磁環，當安裝花鍵結構時，安裝於方驅式扭矩扳手殼體上的旋轉編碼器與主軸進行連接， 扭矩扳手驅動軸的轉動帶動旋轉編碼器，通過控制系統的解析，得到螺栓鎖緊轉角參數；當 安裝環形磁尺時，在扭矩扳手外殼上安裝磁性傳感器，磁性傳感器檢測環形磁尺的旋轉運 動，通過控制器的解析，得到螺栓鎖緊轉角參數。[0028]在應用時，控制器採用工業控制屏進行人機互動，可選擇採用扭矩控制法、扭矩一 轉角控制法、屈服點控制法、落座點一轉角控制法等對螺栓進行鎖緊。控制系統可記錄工作 參數，可存儲及輸出，並可根據所輸入的工作參數對緊固螺栓進行計數，只有緊固螺栓數與 工作參數所設置的螺栓數相等，才可完成一個工作循環，防止作業人員在進行螺栓緊固時 發生遺漏。[0029]本發明中控制系統的工作原理如下:通過在現有扭矩扳手上增加轉角/位移傳感器(即編碼器、磁性傳感器)，傳感器直接或 間接檢測棘輪的旋轉運動，配合壓力傳感器的值，經過控制器對傳感器的解析，實現螺栓鎖 緊時的扭矩和轉角的控制，從而達到有效提高扭矩扳手在進行螺栓緊固時的鎖緊精度的同 時實現螺栓緊固參數的記錄。[0030]印表機和數據存儲器的設置使得設備生產過程參數可追述，能夠有效避免螺栓鎖 緊力不達標或部分螺栓被操作人員遺漏的情況發生。[0031]如圖8所示，本系統的實現流程如下:將螺栓緊固系統與電源相連後進行啟動，系統對各硬體設備及油溫和液位進行測量， 若檢測得出溫度值和液位值未超過已設定的限定值則進入開始頁面，否則顯示報警指示； 系統根據用戶選擇進入工作界面或參數輸入界面；用戶通過登錄密碼進入參數輸入界面 (首次進入參數輸入界面時，需要設置登陸密碼)，若輸入的登錄信息正確則允許用戶進入 緊固參數輸入界面進行參數設置，否則停留在登錄信息輸入界面；用戶輸入螺栓緊固參數 (包括緊固參數和終緊轉角參數)和工作方法，若輸入參數在已設定的螺栓緊固參數範圍內 則進入開始工作界面，否則停留在參數輸入界面；若用戶選擇直接進入工作界面，則調用上 次工作的參數進行螺栓鎖緊工作；控制器接收到用戶輸入的開始工作操作命令後按照用戶 輸入的緊固參數和工作方法進行螺栓預緊，直至預緊扭矩達到設定值，之後按終緊轉角參 數進行螺栓緊固，直至終緊轉角達到設定值；檢測是否所有螺栓均已完成緊固，若均完成緊 固則生成緊固參數報表並將生成的緊固參數報表存儲至數據存儲器，否則重複上述步驟進 行下一顆螺栓的緊固工作，直至所有螺栓均完成緊固。[0032]為了減少工作步驟，節約時間，當需按同一緊固參數進行緊固的螺栓為兩個以上 時，完成第一顆螺栓的緊固操作後，其餘螺栓的緊固工作均無需用戶重複進行登錄操作和 參數輸入操作，系統自動提取已設定的緊固參數對其餘螺栓進行緊固。[0033]按照上述實施例，便可很好地實現本發明。
【權利要求】
1.螺栓緊固系統，包括扭矩扳手，其特徵在於，還包括設置於扭矩扳手上、對其進行螺栓緊固時的旋轉角度進行測量的檢測裝置，對檢測裝置測得的旋轉角度進行解析、得出螺栓鎖緊轉角參數的控制器，分別與控制器相連的數據存儲器、印表機和工控觸控螢幕。
2.根據權利要求1所述的螺栓緊固系統，其特徵在於，所述扭矩扳手為具有棘輪(2)的中空扭矩扳手(1)，所述棘輪(2)上設置有軸向延長部，所述檢測裝置包括安裝於棘輪(2) 軸向延長部上的環形磁尺(3)和安裝於中空扭矩扳手(I)上、對環形磁尺(3)的轉動進行檢測的磁性傳感器(4)，所述控制器與磁性傳感器(4)相連。
3.根據權利要求1所述的螺栓緊固系統，其特徵在於，所述扭矩扳手為具有棘輪(2)的中空扭矩扳手(I)，所述棘輪(2 )上設置有軸向延長部，所述檢測裝置包括安裝於棘輪(2 ) 軸向延長部上的棘輪轉角傳動齒輪(6)和安裝於中空扭矩扳手(I)上、具有與棘輪轉角傳動齒輪(6)嚙合的齒輪的旋轉編碼器(5)，所述控制器與旋轉編碼器(5)相連。
4.根據權利要求1所述的螺栓緊固系統，其特徵在於，所述扭矩扳手為具有驅動軸(8) 的方驅式扭矩扳手(7)，所述檢測裝置為安裝於方驅式扭矩扳手(7)上、具有轉軸的編碼器(9)，所述編碼器(9)的轉軸通過連接鍵(10)與方驅式扭矩扳手(7)的驅動軸(8)相連，所述控制器與編碼器(9)相連。
5.根據權利要求 4任意一項所述的螺栓緊固系統，其特徵在於，所述控制器連接有壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器。
6.權利要求f5任意一項所述的螺栓緊固系統的實現方法，其特徵在於，包括以下步驟:(1)將螺栓緊固系統與電源相連後進行啟動；(2)控制器檢測自身硬體是否正常工作；控制溫度傳感器對設備油溫進行測量；控制液位傳感器對設備液位進行測量，若檢測得出硬體正常、溫度值未超過最高溫度值且液位值未低於最低液位值則進行步驟(3)，否則在工控觸控螢幕上顯示報警指示；(3)用戶在工控觸控螢幕上輸入登錄信息，若登錄信息正確`則進行步驟(4)，否則停留在登錄信息輸入界面；(4)用戶輸入螺栓緊固參數和工作方法，若輸入參數在已設定的螺栓緊固參數範圍內則進行步驟(5)，否則停留在參數輸入界面；(5)將用戶輸入的參數值進行存儲，螺栓緊固系統按用戶輸入的緊固參數和方法進行螺栓緊固，在預緊扭矩和終緊轉角均達到已設定的緊固參數值後判定是否所待緊固螺栓均完成緊固，若均完成緊固則生成緊固參數報表並將生成的緊固參數報表存儲至數據存儲器，否則按已設定的螺栓緊固參數進行下一顆螺栓的緊固工作。
【文檔編號】B23P19/06GK103495861SQ201310494201
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】王友, 張文凱 申請人:成都凱恩機電設備有限公司