CN101474746A

CN101474746A - 热力膨胀阀自动拧紧装置

Info

Publication number: CN101474746A
Application number: CNA2009100954146A
Authority: CN
Inventors: 蒋庆; 蔡晋辉; 张焱; 谷小红
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2029-01-12
Also published as: CN101474746B

Abstract

本发明公开了一种热力膨胀阀自动拧紧装置。包括由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置、阀体顶紧机构、气箱头卡紧机构和位移测试组件组成。本发明采用气动卡盘取代以往使用的机械卡盘从而实现了装夹的自动化，工控机在根据预先设定的拧紧算法结合反馈的扭矩和位移信号协调完成整个拧紧过程，使得装配过程实现了自动化，从而保证了产品性能的一致性和稳定性，提高了劳动效率，大大降低了劳动成本和强度。本发明能在空调用热力膨胀阀的阀体与气箱头拧紧装配的自动化生产线上。

Description

热力膨胀阀自动拧紧装置

技术领域

本发明涉及螺纹自动拧紧装置，特别是涉及一种热力膨胀阀自动拧紧装置。

背景技术

在空调用热力膨胀阀的装配过程中，一般除了对热力膨胀阀的阀体与气箱头的拧紧扭力需要精确控制外，某些场合可能还需要对热力膨胀阀阀体内推杆到进口螺纹口水平端面的距离进行准确的控制。目前，在热力膨胀阀的装配过程中，一般是手持电动扳手或气动扳手(风动扳手)来完成的，由于电动扳手和气动扳手在拧紧过程中是依靠大冲击力来拧紧螺纹的，所以拧紧扭矩值误差范围比较大，同时拧紧完成后再用卡尺去测量推杆到端面的距离。尤其是在已有技术中，拧紧工件热力膨胀阀的夹紧一般使用传统的机械卡盘，既繁琐费劲又不易实现控制，使自动化程度大打折扣。这种操作方式不仅劳动强度大，而且不易实现适度的预紧和距离的控制，致使生产效率低下，拧紧质量得不到保证。

发明内容

为了提高空调用热力膨胀阀与气箱头拧紧的效率，本发明的目的在于提供一种适用于空调用热力膨胀阀螺纹自动拧紧装置，实现装配过程的自动化。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

包括由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置、阀体顶紧机构、气箱头卡紧机构和位移测试组件；其中：

1)由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置：包括交流伺服电机、两个膜片型弹性体联轴器、动态扭矩传感器和蜗轮减速器；交流伺服电机的输出轴经第一膜片型弹性体联轴器、动态扭矩传感器和第二膜片型弹性体联轴器后，与蜗轮减速器连接；

2)阀体顶紧机构：包括底板、两个结构相同的气缸座、两个结构相同的顶紧气缸、两个结构相同的导向座、两个结构相同的顶板和两个结构相同的顶爪；在底板两侧对称位置分别装有气缸座，顶紧气缸固定在气缸座上；顶板与顶紧气缸连接顶爪安装在顶板上；

3)气箱头卡紧机构：包括底板、卡盘座、弹簧、气动卡盘、三个自由滑块和三个气爪；底板上开有一个和卡盘座圆轴直径相同的孔，卡盘座圆轴套上弹簧后穿过圆孔与阀体顶紧机构中的蜗轮减速器连接，气动卡盘固定在卡盘座上，三个气爪分别固定在三个自由滑块上；

4)位移测试组件：包括连板、气缸支架、支撑杆、双联气缸和数字式千分尺；连板固定在阀体顶紧机构中的两个气缸座之间，气缸支架固定在连板(6)的中心，双联气缸与气缸支架固定，支撑杆与双联气缸的升降轴连接，支撑杆的一端圆孔中安装数字式千分尺。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用气动卡盘取代以往使用的机械卡盘从而实现了装夹的自动化，工控机在根据预先设定的拧紧算法结合反馈的扭矩和位移信号协调完成整个拧紧过程，使得装配过程实现了自动化，从而保证了产品性能的一致性和稳定性，提高了劳动效率，大大降低了劳动成本和强度。本发明能在空调用热力膨胀阀的阀体与气箱头拧紧装配的自动化生产线上。

附图说明

图1是本发明总体构成示意图。

图2是热力膨胀阀示意图。

图3是动力传动及旋转机构示意图。

图4是气箱头卡紧机构示意图。

图5是位移测试组件机构示意图。

图6是数字千分尺测量杆锁紧原理示意图。

图7是顶紧位置示意图。

图8是带坡度的圆弧型气爪示意图。

图9是卡盘座与蜗轮减速器花键连接示意图。

图10是硬件系统组成框图。

图11是气路部分结构示意图。

图中：1、由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置，2、阀体顶紧机构，3、气箱头卡紧机构，4、位移测试组件，5、工控机，6、连板，10、交流伺服电机，11、膜片型弹性体联轴器，12、动态扭矩传感器，13、膜片型弹性体联轴器，14、蜗轮减速器，15、控制电缆，21、顶紧气缸，22、连接螺母，23、导向座，24、顶板，25、顶爪，30、弹簧，31、卡盘座，32、气动卡盘，33、自由滑块，34、气爪，35、底板，36、凸缘，37、圆弧凹槽，38、坡度，40、数字式千分尺，41、双联气缸，42、双联气缸升降轴，43、支撑杆，44、气缸支架，45、锁紧螺母，46、卡套，47、测量座，48、测量杆，50、气箱头，51、热力膨胀阀阀体，52、出口螺母顶紧位置，53、外平衡螺母顶紧位置，54、内推杆，55、端面，60、卡盘座中空花键，61、蜗轮减速器中空花键，70、气源，71、储气罐，72、压力表，73、三通，74、三通，75、减压阀，76、减压阀，77、减压阀，78、减压阀，79、电磁阀，80、电磁阀，81、电磁阀，82、双联气缸进气导管，83、双联气缸出气导管，84、气动卡盘进气导管，85、气动卡盘出气导管，86、顶紧气缸进气导管，87、顶紧气缸出气导管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置1、阀体顶紧机构2、气箱头卡紧机构3和位移测试组件4；其中：

1)由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置1：包括交流伺服电机10、两个膜片型弹性体联轴器11，13、动态扭矩传感器12和蜗轮减速器14；交流伺服电机10的输出轴经第一膜片型弹性体联轴器11、动态扭矩传感器12和第二膜片型弹性体联轴器1后，与蜗轮减速器4连接；

2)阀体顶紧机构2：包括底板35、两个结构相同的气缸座26、两个结构相同的顶紧气缸21、两个结构相同的导向座23、两个结构相同的顶板(24)和两个结构相同的顶爪25；在底板两侧对称位置分别装有气缸座26，气缸座26开有和顶紧气缸21形状相同的方形口，顶紧气缸通过气缸座的方形口固定在气缸座上；顶板通过连接螺母与顶紧气缸连接并通过导向座开有的和顶板尺寸相同的孔。顶爪通过螺栓安装在顶板上；

3)气箱头卡紧机构3：包括底板35、卡盘座31、弹簧30、气动卡盘32、三个自由滑块33和三个气爪34；底板35上开有一个和卡盘座31圆轴直径相同的孔，卡盘座31圆轴套上弹簧30后穿过圆孔与阀体顶紧机构中的蜗轮减速器14的中空花键61连接，气动卡盘32通过螺栓固定在卡盘座31上，三个气爪34分别通过两个螺栓固定在三个自由滑块33上；

4)位移测试组件4：包括连板6、气缸支架44、支撑杆43、双联气缸41、数字式千分尺40、卡套46、锁紧螺母45和测量座47；连板6通过螺栓固定在阀体顶紧机构中的两个气缸座26之间，气缸支架44通过两个螺栓固定在连板6的中心，双联气缸41通过螺栓与气缸支架44固定，支撑杆43通过两个螺栓与双联气缸41的升降轴42连接，支撑杆43的一端开有了一个圆孔中安装数字式千分尺40，卡套46和锁紧螺母45先后套进数字式千分尺40的测量杆48，测量杆48通过支撑杆43的圆孔，测量座47再套进数字式千分尺40的测量杆与锁紧螺母45进行螺纹连接。

参见图1、图3所示，交流伺服电机10的输出轴通过膜片型弹性体联轴器11与动态扭矩传感器12的输入轴连接，动态扭矩传感器12的输出轴也通过膜片型弹性体联轴器13与蜗轮减速器14的输入轴相连后实现减速增力。气动卡盘32的进气气管刚好可以从蜗轮减速器14的中空花键结构61通过连接到气源70。参见图4、9所示，卡盘座31的花键凸出部分套上了一个弹簧30用于缓冲气动卡盘32的重量，同时这种花键结构61在与卡盘座31的连接时没有纵向的约束，可以实现螺纹拧紧时的纵向微小位移的调整。

参见图4所示，拧紧时的旋转部分的气箱头50卡紧是通过气箱头卡紧机构3实施的，气动卡盘32通过六个内六角螺栓于卡盘座31连接，气动卡盘32的三个自由滑块33上分别通过两个内六角螺栓连接了一个气爪，这个气爪34的爪尖是略带坡度的圆弧型设计，参见图8所示，三个圆弧凹槽结合坡度形成一个圆环形凹槽对气箱头进行定位。

然后，启动气动卡盘32，气箱头50沿着坡度38上移到凸缘36处实现卡紧，从而完成了对旋转部分的卡紧。卡紧直径范围在25～60mm之间可调。

参见图7所示，作为拧紧时的静止部分的热力膨胀阀阀体51的顶紧是通过阀体顶紧机构2实施的，顶紧气缸21固定在气缸座26上，沿着导向座23推动顶板24，顶爪25通过两个内六角螺栓固定在顶板24上，顶紧时顶爪25刚好顶在热力膨胀阀阀体51的外平衡螺母53和出口螺母52位置处，以实现大力矩顶紧，避免拧紧时出现打滑。

参见图2、图5、图6所示，作为拧紧时测量热力膨胀阀阀体51内推杆54到端面55的距离L是通过位移测试组件4实施的，双联气缸41通过两个内六角螺栓固定在气缸支架44上，支撑杆43与双联气缸升降轴42通过两个内六角螺栓连接，可通过启动双联气缸41实现升降动作。先分别把卡套46和锁紧螺母45穿进数字式千分尺40的测量杆48，这里的卡套46是带有缝隙的的弹性设计，可实现上下约5mm左右的调节范围以适应不同型号的热力膨胀阀内推杆54初始位置。然后再把数字式千分尺40的测量杆48沿支撑杆43上的通孔穿过支撑杆43，再把测量座47套进数字式千分尺40的测量杆48，最后锁紧锁紧螺母45，就实现了对数字式千分尺40的固定。

工控机的硬件系统组成见图10所示，工控机采用研华工控设备IPC-610H，配合数据采集卡PCI-1711来实现。PCI-1711是一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡。这两款设备都能在商业市场上购得。数据采集卡PCI-1711的数字输入功能用来采集数字式千分尺的反馈信号。数字输出入功能用来控制电磁阀的开关、指示灯的亮灭、采集编码器反馈的电机转动角度信号以及按钮的输入采集。模拟输入功能用来控制采集动态扭矩传感器的反馈信号，模拟出入功能用来驱动交流私服驱动来驱动电机转动。

参见图1、10所示，当拧紧产品时，稍微把气箱头拧进热力膨胀阀阀体，然后把气箱头定位在气爪构成的圆形凹槽内。启动气动卡盘，气动卡盘带动气爪沿坡度自动调整卡紧状态，从而完成了对拧紧时旋转部分的卡紧。然后启动顶紧气缸，顶紧气缸带动顶爪顶紧热力膨胀阀阀体的外平衡螺母和出口螺母位置处，从而完成了对拧紧时静止部分的顶紧。接着启动双联气缸，自动降下数字式千分尺使数字式千分尺的测量杆与热力膨胀阀阀体内的推杆接触。此时，已完成全部拧紧前的定位调整工作。参见图10所示，工控机通过控制交流伺服驱动器驱动电机转动开始拧紧，同时实时根据数据采集卡采集到的扭矩传感器和数字式千分尺的反馈信号，结合拧紧工艺要求判断合格与否，并通过数据采集卡返回合格或不合格信号。拧紧操作完成后，工控机控制电磁阀完成顶紧气缸松开顶爪和气动卡盘打开气爪，完成卸载过程。本膨胀阀自动拧紧装置的最大输出转速为300转/分，最大输出力矩为480N·m。

气路部分的工作原理参见图11所示，气源70通过减压阀75进入储气罐71，然后连接压力表72测量进气压力。然后通过三通73和三通74，三通73分为二路，一路经减压阀76和电磁阀79接双联气缸41，82为双联气缸进气导管，83为双联气缸出气导管；另一路经减压阀77和电磁阀80接气动卡盘32，84为气动卡盘进气导管，85为气动卡盘出气导管；三通74经减压阀78和电磁阀81后分别接两个顶紧气缸21，86为两个顶紧气缸进气导管，87为两个顶紧气缸出气导管。三个电磁阀分别通过控制电缆15与工控机5连接，对各种气缸进行控制。

Claims

1、一种热力膨胀阀自动拧紧装置，其特征在于：包括由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置(1)、阀体顶紧机构(2)、气箱头卡紧机构(3)和位移测试组件(4)；其中：

1)由拧紧装置动力传动和旋转机构组成的拧紧装置(1)：包括交流伺服电机(10)、两个膜片型弹性体联轴器(11，13)、动态扭矩传感器(12)和蜗轮减速器(14)；交流伺服电机(10)的输出轴经第一膜片型弹性体联轴器(11)、动态扭矩传感器(12)和第二膜片型弹性体联轴器(11)后，与蜗轮减速器(14)连接；

2)阀体顶紧机构(2)：包括底板(35)、两个结构相同的气缸座(26)、两个结构相同的顶紧气缸(21)、两个结构相同的导向座(23)、两个结构相同的顶板(24)和两个结构相同的顶爪(25)；在底板两侧对称位置分别装有气缸座(26)，顶紧气缸固定在气缸座上；顶板与顶紧气缸连接。顶爪安装在顶板上；

3)气箱头卡紧机构(3)：包括底板(35)、卡盘座(31)、弹簧(30)、气动卡盘(32)、三个自由滑块(33)和三个气爪(34)；底板(35)上开有一个和卡盘座(31)圆轴直径相同的孔，卡盘座(31)圆轴套上弹簧(30)后穿过圆孔与阀体顶紧机构中的蜗轮减速器(14)连接，气动卡盘(32)固定在卡盘座(31)上，三个气爪(34)分别固定在三个自由滑块(33)上；

4)位移测试组件(4)：包括连板(6)、气缸支架(44)、支撑杆(43)、双联气缸(41)和数字式千分尺(40)；连板(6)固定在阀体顶紧机构中的两个气缸座(26)之间，气缸支架(44)固定在连板(6)的中心，双联气缸与气缸支架(44)固定，支撑杆(43)与双联气缸(41)的升降轴连接，支撑杆(43)的一端圆孔中安装数字式千分尺(40)。