CN102026778A - 具有操作控制装置的气动冲击式扳手 - Google Patents

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Abstract

一种用于上紧螺旋接头的气动冲击式扳手，包括具有压缩空气入口通道(28)的外壳(10)、排放空气出口通道(29)、旋转电机、液压冲击发生器、以及用于空气供给管道(17)和电缆(20)的连接部，电缆(20)用于将所述冲击式扳手连接至固定可编程控制单元(25)。所述冲击式扳手还包括连接至所述控制单元(25)以用于响应于所述扳手的输出扭矩的反馈电信号的扭矩指示装置、布置在所述空气入口通道(28)中的电磁驱动入口阀(30)、以及控制来自所述电机的排放空气流的电磁驱动排气阀(22)，其中所述排气阀(22)是由线性操作电磁致动器(36)驱动的比例阀，并且布置为响应于来自所述扭矩指示装置的反馈信号并且根据编程上紧策略而连续地使得排放空气流以及电机功率适合于被上紧的实际螺旋接头的特征。

Description

具有操作控制装置的气动冲击式扳手
技术领域
本发明涉及一种气动冲击式扳手(pneumatic impulse wrench)，其用于上紧螺旋接头并且包括空气流动控制装置，所述空气流动控制装置用于对通过所述扳手输送的扭矩冲击幅度进行控制并且用于在达到螺旋接头上紧目标的时候切断向所述扳手的空气供应。
背景技术
与气动冲击式扳手有关的问题是，实现工具操作的精确控制，特别是在上紧的过程中对输出冲击的幅度进行控制和改变。由于冲击上紧中包含的动态力，对于获得实际输送至螺旋接头的扭矩幅度的正确信息方面存在一些困难。同样困难的是，对穿过工具的压缩空气流进行足够快的动作控制，以实现上紧过程的精确控制。所有这些需要电动扭矩指示装置、电驱动空气流控制阀装置以及电子过程控制和监测单元。
这样的快速动作操作控制还没有用于气动冲击式扳手的历史原因是，这些工具通常缺乏用于电能的通道，这就意味着用于在工具操作过程中提供反馈信号的电动感测装置还不能够使用。用于精确控制和监测工具操作的可编程电子控制单元也还不可以使用。
由气动冲击式扳手输送的扭矩冲击幅度还未进行精确控制的另一个原因是，还没有下面这种空气流控制阀：其动作足够快，并且足够小以放置于动力扳手并接近该扳手的电机。接近扳手电机的流动控制阀的位置对于获得快速动作且精确的工具操作控制而言是关键的。
然而，近年来，已经可以将这些特征并入气动冲击式扳手系统，因为已经可以获得电能以及合适的阀。这就意味着已经可以使用电子操作控制和监测单元。
现在，电子控制气动冲击式扳手是现有技术的一部分，在文献US5,439,063中对这种冲击式扳手系统的一个例子进行了描述。在该专利中公开的冲击式扳手包括扭矩传感器、单独的电子控制单元以及压力调整阀，该扭矩传感器响应于输出扭矩幅度而产生电信号，该单独的电子控制单元连接至该扭矩传感器，该压力调整阀位于压缩空气供给线路中并且连接至控制单元。这种布置可以在上紧过程中改变冲击式扳手的输出扭矩，从而使得供给至冲击式扳手的压缩空气在过程之初被减少以避免被首先输送的冲击过度上紧，并且在接近上紧目标水平时也被减少。从扳手上承载的扭矩传感器获得的信号用于对过程进行管理，控制单元布置为通过在达到目标扭矩水平时关闭压力调整阀而终止过程。然而，因为压力调整阀位于压缩空气供给线路中与扳手电机有一定距离，所以操作控制相当慢。
在US 6,135,213中，描述了包括相当简单的控制装置的用于冲击式扳手的另一种动力控制技术，其中来自扳手电机的排放空气流受到压力驱动排气阀的控制。该排气阀受到来自扳手电机的背压的控制，从而在螺旋接头上紧过程的初始预安置阶段的过程中，该阀只是部分地打开，以抑制电机速度。在螺旋接头已经安置之后并且在来自螺旋接头的扭矩阻力增大的时候，所产生的电机背压的增大将排气阀转换为完全打开状态，从而获得了电机的完全功率输出。输出扭矩的任何进一步的调节都是不可能的。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的气动冲击式扳手，通过所述扳手，所输送的冲击的输出幅度可以由可编程控制单元进行精确控制，从而在螺旋接头上紧过程中获得扳手操作的所需精确控制。
本发明的进一步的目的和优点将从下面的说明书和权利要求书中体现出来。
附图说明
下面参考附图对本发明的优选实施方案进行具体描述。
在附图中
图1显示了连接至操作控制单元的气动冲击式扳手的立体图。
图2以更大的比例并且以局部剖视的方式显示了图1中的扳手的侧视图。
图3显示了穿过图1和图2中的冲击式扳手所包括的进气阀的纵向剖面。
图4显示了穿过图1和图2中的冲击式扳手所包括的排气阀的纵向剖面。
具体实施方式
图1中所示的动力扳手包括具有手柄11的外壳10以及节流阀扳机12。旋转电机支撑在外壳10中，输出轴13通过未示出的液压冲击式发生器联接至该电机。手柄11也具有用于压缩空气供给管道17的连接部16、用于电缆20的连接部19以及排气阀22，该排气阀22具有出口偏转器23，用于在所需方向上对排放空气流进行引导。压缩空气供给管道17将冲击式扳手连接至压缩空气源，而电缆20将冲击式扳手连接至远程固定电子过程控制单元25。该控制单元25是可编程的，从而能够使得冲击式扳手根据所需上紧策略而进行螺旋接头上紧操作。
冲击式扳手具有用于指示输出扭矩的装置。虽然没有具体示出，但该冲击式扳手包括的扭矩指示装置的形式为布置成响应于冲击发生器的惯性驱动构件的角位移而输送电信号的装置，其中这些信号由扳手上承载的电子器件进行处理，从而使得旋转响应信号转变为待通过配线26和电缆20送至控制单元25的扭矩响应输出信号。这种类型的扭矩指示装置其本身以前是已知的，并不构成本发明的任何部分。参见瑞典专利527512。应该注意到，其它类型的扭矩指示或扭矩感测装置(如，与输出轴关联的扭矩传感器)也是可以使用的。
如图2中所示，手柄11包括空气入口通道28和出口通道29，该空气入口通道28用于使得压缩空气从压缩空气供给管道17联通至电机，该出口通道29用于将来自电机的排放空气通过排气阀22和出口偏转器23导出扳手外壳10。在入口通道28中，放置了未示出的节流阀和开关阀30。后者是包括可移动阀元件31和底座32的双位置阀，其中阀元件31被弹簧33朝向阀30的打开位置偏压，并且布置为通过电磁致动器34而转换至关闭位置。电磁致动器34由通过电缆20和配线35供给的来自控制单元25的电能驱动，以使得电机停止并且终止上紧过程。
排气阀22安装于出口通道29的外端，并且布置为控制来自电机的排放空气流。排气阀22是由线性操作电磁致动器36驱动的比例阀，该线性操作电磁致动器36通过配线37和电缆20连接至控制单元25。电磁致动器36的具体设计对于排气阀22的操作来说并不关键，因此仅在图2和图4中示意性地示出。排气阀22包括具有多个局部圆周槽41的管状阀壳体40，以及可在阀壳体40中纵向移动的阀元件42。阀元件42也具有多个局部圆周槽43，局部圆周槽43布置为在阀22的打开位置与阀壳体40的槽41重合。参见图4。通过阀壳体40和阀元件42的这种多槽设计，获得了阀元件42在完全打开位置和关闭位置之间的非常短的轴向移动范围。这意味着排气阀22的短且紧凑的设计。
对于根据本发明的冲击式扳手的操作，重要的是实现螺旋接头上紧过程的精确控制，从而使得输送的冲击能量适合于实际螺旋接头的特征，从而安全地获得该螺旋接头的所需目标预拉伸状态。冲击式扳手的功能性特征是，由于在初始低阻力预安置序列的过程中所获得的相对较高的旋转速度，冲击发生器可以输送具有非常高能量的第一冲击。这样的初始高能量冲击在所谓的坚硬(stiff)螺旋接头(即，这种螺旋接头具有非常大的扭矩增量相对于旋转角度的比例关系)处变得特别强。在某些情况下，这种初始冲击可能会强到将螺旋接头直接带到超过目标水平的预拉伸水平。为了避免由于这种初始高能量冲击而产生的螺旋接头的过度上紧，控制单元被编写了程序，从而通过以降低的功率操作扳手电机而启动上紧过程。在首先输送的单次或多次冲击之后，电机功率增大并且受到连续调节，以使得接下来的冲击的冲击能量适合于实际螺旋接头的特征。在安装扭矩接近目标水平时，电机功率通常也会减小以避免过度上紧。
在上紧过程中，入口阀30由弹簧33保持打开，即阀元件31保持与底座32有一定距离，以允许压缩空气不受限制地通过。当到达目标扭矩或预拉伸水平时，控制单元25通过电缆20和配线35发出信号至致动器34，导致阀元件31位移至与底座32配合的关闭位置。现在，扳手电机停止，扳手的上紧动作中断。
如上文所述，扳手电机功率输出的控制是通过程序实现的，该程序安装在控制单元25中，响应于从冲击式扳手上承载的扭矩指示设备接收到的反馈信号。功率控制是通过排气阀22的打开面积的调节而进行的，这就意味着来自电机的排放空气流或多或少受到阀元件42相对于阀壳体40的位移的限制，从而使得阀元件42的打开槽43或多或少与阀壳体40的槽41重合。穿过排气阀22的排放空气流在不同的流动幅度之间连续调节，从而连续地使得电机功率适合于来自扭矩指示设备的瞬间报告的扭矩输出，因此避免了螺旋接头中过快的扭矩增长，从而避免了一方面的螺旋接头过度上紧或者另一方面的过慢的上紧操作的风险。后面的情况可能会发生于较软的螺旋接头的情况，即该螺旋接头具有相对于旋转角度的较慢扭矩增长。如结合之前已知的冲击式扳手系统所进行的描述，通过以减小的排放空气流启动上紧过程，避免了不需要的初始高能量冲击。
通过连续快速动作排放空气流控制以及快速动作空气供给切断特征，可以获得用于上紧不同扭矩增长特征的螺旋接头的精确上紧过程控制和通用可适应系统。

Claims (4)

1.一种用于上紧螺旋接头的气动冲击式扳手，包括具有空气入口通道(28)的外壳(10)、排放空气出口通道(29)、以及手动操作节流阀、电机、输出轴(13)、以及将所述电机联接至所述输出轴(13)的冲击单元、用于响应于输出扭矩而产生电信号的扭矩指示装置、电驱动入口阀(30)以及与所述冲击式扳手联通的可编程操作控制单元(25)，其特征在于
·所述入口阀(30)位于所述空气入口通道(28)中，并且布置为控制穿过所述空气入口通道(28)的空气流，
·电驱动排气阀(22)布置为控制穿过所述出口通道(29)的排放空气流，
·其中所述控制单元(25)布置为根据编程上紧策略并且按照从所述扭矩指示装置接收到的信号单独地驱动所述入口阀(30)和所述排气阀(22)。
2.根据权利要求1所述的用于上紧螺旋接头的气动冲击式扳手，其特征在于，
所述排气阀(22)是布置为响应于来自所述控制单元(25)的信号而由线性操作电磁致动器(36)驱动的比例阀，从而在螺旋接头上紧过程中对排放空气流进行调整。
3.根据权利要求2所述的用于上紧螺旋接头的气动冲击式扳手，其特征在于，
所述入口阀(30)是在打开位置和关闭位置之间可移动的双位置阀，其中所述入口阀(30)被弹簧朝向打开位置偏压并且布置为通过被所述控制单元(25)驱动的电磁致动器(34)移向关闭位置，以在达到上紧目标状态时中断上紧过程。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的用于上紧螺旋接头的气动冲击式扳手，其特征在于，
所述排气阀(22)布置为在上紧过程中在以下三种状态之间连续调节：
·在上紧过程的初始阶段中的流动限制状态，
·在螺旋接头的预拉伸阶段中的高速流动状态，以及
·在接近所述螺旋接头的上紧目标状态时的流动限制状态。
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