CN102581804B - 高精度智能液压扭矩扳手专用泵及液压扭矩扳手控制方法 - Google Patents

Abstract

高精度智能液压扭矩扳手专用泵及液压扭矩扳手控制方法，其中高精度智能液压扭矩扳手专用泵，包括液压单元，所述液压单元包括液压泵，其特点是，还包括控制单元和执行单元，所述控制单元包括处理器、压力传感器和数据采集器，所述执行单元包括电磁换向阀和调压阀，调压阀、压力传感器和电磁换向阀设置在液压泵的主油路上，压力传感器检测液压泵的输出压力，数据采集器采集压力传感器检测到的压力信号，压力信号由数据采集器采集到并由处理器读取，处理器还接收数据采集器采集的时间信号，处理器根据该压力信号与设定的压力阈值的比较以及时间信号输出控制信号至电磁换向阀，以控制电磁换向阀的换向。

Description

高精度智能液压扭矩扳手专用泵及液压扭矩扳手控制方法

技术领域

本发明涉及一种液压泵和扳手控制方法，特别涉及一种液压扭矩扳手专用泵和液压扭矩扳手控制方法。

背景技术

用于各种场合拆装螺栓螺母的液压扭矩扳手，在使用过程中均须有提供动力的液压泵站，目前这些液压泵站的调压阀需要人工手动控制，调压结果需要人工判断，其结果是液压泵站的输出压力值的精确性和稳定性受人为影响很大。这些液压泵站的换向阀或采用手动换向阀，或采用电磁换向阀由手动按钮控制，都需要一人专门随时控制换向阀，难以实现自动操作液压扭矩扳手。有的液压扭矩扳手在液压扭矩扳手外轮廓上增加凸出零部件，增加信号线缆来实现自动操作液压扭矩扳手，在实际工况操作过程中，极易造成将凸出零部件碰撞损坏和将信号线缆砸断，更为局限的是不能实现液压泵与普通液压扭矩扳手的通用。有的液压扭矩扳手仅仅应用了接近开关的触发激励进行控制来实现自动操作液压扭矩扳手，虽然实现了连续自动工作，但由于实际操作环境复杂性的制约，同时系统本身无法逻辑判断螺栓何时拧紧或拆松，需要人为判断，然后再关停操作系统，这种方法的使用使液压扭矩扳手的拧紧精度受到很大影响，而且效率低，同时也减少了液压扭矩扳手的使用寿命。有的液压扭矩扳手上安装较重的比例阀，也实现了液压扭矩扳手的连续工作，但不能智能判断螺栓是否达到预设的拧紧扭矩，也不能实现自动停机。

综上所述，目前的技术都必须使用专用液压扭矩扳手或专用液压泵站，且不能智能操控预设扭矩的自动完成，也不能实现液压泵站与普通液压扭矩扳手的通用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能高精度液压扭矩扳手专用泵及液压扭矩扳手控制方法。

本申请发明人发现，液压扭矩扳手的拧紧过程中，对应扳手中油缸活塞多次正向行程，液压泵的工作压力达到压力阈值的所需要时间先不断增加，然后再减少，一旦时间减少就表明已达到预紧力要求，根据这一规律，可以实现液压扭矩扳手的输出扭矩或者螺母预紧力矩或者液压泵输出液压力的精确控制。此为本发明总的技术构思。

根据前述构思，第1发明是液压扭矩扳手的高精度自动控制方法，其特点是，包括步骤a，利用调压阀将液压泵的工作压力锁定在压力阈值P0；步骤b，利用管路将液压泵和液压扭矩扳手的油缸相接，在该液压泵的主油路中设置电磁换向阀，经由该电磁换向阀将液压泵的输出液压传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞前进，进而推动液压扭矩扳手带动负载；步骤c，利用所述主油路中的压力传感器检测所述主油路的当前压力P，并利用处理器比较P和P0，当P＜P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；步骤d，当P＝P0时，处理器纪录步骤b至步骤d所需时间T0；步骤e，利用处理器切换所述电磁换向阀，使所述管路减压，以使所述活塞后退；步骤f，利用所述主油路中的压力传感器检测所述主油路的当前压力P，并利用处理器比较P和设定的回程压力P1，持续使所述管路减压直到P＝P1；步骤g，经由该电磁换向阀将液压泵的输出液压再次传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞再次前进，进而再次推动液压扭矩扳手带动负载；步骤h，利用所述油路中的压力传感器检测所述主油路的当前压力P，并利用处理器比较P和P0，当P＜P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；步骤i，当P＝P0时，处理器纪录步骤g至步骤i所需时间Tx，x为大于0的整数；以及步骤j，利用处理器比较Tx和Tx-1，若Tx≥Tx-1，则循环步骤e至步骤i。

第1发明所述的液压扭矩扳手的高精度自动控制方法，其进一步的特点是，在步骤j中，设定Tx比Tx-1小于设定值才停止扳手工作。

第1发明所述的液压扭矩扳手的高精度自动控制方法，其进一步的特点是，在步骤a中，通过带智能补偿功能的智能调压阀来将液压泵的输出压力锁定在工作压力P0。

根据前述总的构思，第2发明是高精度智能液压扭矩扳手专用泵，包括液压单元，所述液压单元包括液压泵，其特点是，还包括控制单元和执行单元，所述控制单元包括处理器、压力传感器和数据采集器，所述执行单元包括电磁换向阀和调压阀，调压阀、压力传感器和电磁换向阀设置在液压泵的主油路上，压力传感器检测液压泵的输出压力，数据采集器采集压力传感器检测到的压力信号，压力信号由数据采集器采集到并由处理器读取，处理器还接收数据采集器采集的时间信号，处理器根据该压力信号与设定的压力阈值的比较以及时间信号输出控制信号至电磁换向阀，以控制电磁换向阀的换向。

第2发明所述的高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其进一步的特点是，所述调压阀配置有可控的动力单元，所述动力单元接收处理器和所述压力传感器构成一耦接该动力单元的反馈单元。

第2发明所述的高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其进一步的特点是，所述处理器耦接输入界面。

第2发明所述的高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其进一步的特点是，所述处理器包括PLC控制器以及微处理单元，所述微处理单元接收输入界面的输入信号并传递到PLC控制器，所述数据采集器还采集计时单元的时间信号并传送到PLC控制器，所述PLC控制器根据该压力信号与设定的压力阈值的比较以及该时间信号输出控制信号至电磁换向阀。

根据前述总的构思，第3发明是高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其特点是，按照所述的高精度自动控制方法运行。

根据前述总的构思，第4发明是液压扭矩扳手的控制方法，其特点是，包括步骤a，利用调压阀将液压泵的工作压力锁定在压力阈值P0；步骤b，利用管路将液压泵和液压扭矩扳手的油缸相接，将液压泵的输出液压传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞前进，进而推动液压扭矩扳手带动负载；步骤c，检测液压泵的当前工作压力P，并比较P和P0，当P＜P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；步骤d，当P＝P0时，纪录步骤b至步骤d所需时间T0；步骤e，使所述管路减压，以使所述活塞后退；步骤f，检测液压泵的当前工作压力P，并比较P和预定的回程压力P1，持续使所述管路减压直到P＝P1；步骤g，将液压泵的输出液压再次传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞再次前进，进而再次推动液压扭矩扳手带动负载；步骤h，检测所述液压泵的当前工作压力P，并比较P和P0，当P＜P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；步骤i，当P＝P0时，纪录步骤g至步骤i所需时间Tx，x为大于0的整数；以及步骤j，比较Tx和Tx-1，若Tx≥Tx-1，则循环步骤e至步骤j。

第4发明可以液压扭矩扳手的实现自动或半自动控制。

前述第1、2、3发明可全自动换向连续工作，便于根据拧紧或拆卸螺栓的扭矩值要求，自动完成工作进程，并具有智能判断，完成指定螺栓设定的扭矩值后自动停止工作，由于对扭矩扳手没有任何特定的要求，因此同时具备广泛的通用性，适用于各种品牌、各种类型和各种规格的液压扭矩扳手。

附图说明

图1A为本发明一实施例中智能高精度液压扭矩扳手专用泵外形结构示意性主视图，图1B为右视图。

图2为图1中智能高精度液压扭矩扳手专用泵的系统方框图。

图3为图1中智能高精度液压扭矩扳手专用泵控制单元的方框图。

图4为图1中智能高精度液压扭矩扳手专用泵控制方法的流程示意图。

图5为图1中智能、高精度液压扭矩扳手专用泵控制面板的示意图。

具体实施方式

如图1A、图1B以及图2所示，在本发明的一实施例中，智能高精度液压扭矩扳手专用泵包括液压单元、控制单元以及执行单元，其中液压单元4为液压泵本体。控制单元包括数据采集器1、压力传感器6和处理器8。执行单元包括电磁换向阀3(具有高低压输出端口)和带智能补偿功能的智能调压阀7。数据采集器1可以集成在处理器8中。

智能高精度液压扭矩扳手专用泵中，由液压单元4提供动力，由控制单元6、8、1采集和处理相关数据，由执行单元3、7执行液压扳手11实现液压扳手精确动作自动控制。

参阅图2和图3所示，压力传感器6、数据采集器1设置在液压单元4的主油路上，电磁换向阀3、智能调压阀7也设置在液压单元的主油路(或者说主油路)上，压力传感器6检测液压单元4工作压力的压力大小，压力传感器6的压力信号经数据采集器1采集后输出到处理器8，处理器8将压力信号与压力阈值进行比较，并依据比较结果输出反馈信号至智能调压阀7，智能调压阀7根据反馈信号调大或调小流体通径，以调节液压单元4的输出液压至阈值，液压单元4的输出液压通过油管传递到液压扳手11，以驱动液压扳手11预紧螺母。

智能调压阀7可以由动力单元和调压阀构成，动力单元可以由处理器控制，例如为伺服电机，伺服电机根据处理器、压力传感器构成的反馈单元来驱动调压阀，以决定调压阀的流体通径的大小，从而决定输出压力。智能调压阀7泛指能根据反馈信号将输出压力稳定或锁定的调压阀。

液压扳手11的内部构造没有图示，其主要由动力组件和工作组件组成，其中，动力组件包括与液压泵相连接的油缸、可伸缩地设置在油缸内的活塞杆，工作组件包括套筒、摆臂、设置在套筒与摆臂之间的用于驱动套筒转动的棘轮机构，动力组件的活塞杆前端与工作组件的摆臂固定连接，当需要紧固螺栓时，将套筒套设在螺母上，油缸接收液压单元4输出的液压，活塞杆在压力的作用下沿其轴向来回运动，从而带动摆臂运动，继而在摆臂的作用力传递下，推动棘轮机构动作，使得套筒转动一个角度，这样，将为螺母与螺栓提供进一步锁紧，反复上述动作，最终实现螺栓的紧固。

数据采集器1例如为AD模块采集器，采集压力传感器6输出的压力信号并经过滤波、输出到处理器8。处理器8根据数据采集器1输出的时间信号(从计时单元中采集)以及压力传感器6输出的压力信号来控制电磁换向阀3的换向，并判断螺栓是否预紧，若预紧则控制液压单元4停止工作。

阈值的设定可以通过处理器8的控制面板来设置。如图5所示，控制面板包括压力或扭矩显示窗口81，参数设置窗口82，手动控制按钮84，状态选择按钮85，自动工作按钮86和停止工作按钮87。其中状态选择按钮设定三种工作程序，经过手动预紧的螺栓使用NF状态，未经手动预紧的螺栓使用PF状态(未在图中显示)，连续两次预紧且两次预紧压差在10MP以内使用SF状态。如图3所示，控制面板例如为触摸屏控制或者手柄控制。

下面说明智能高精度液压扭矩扳手专用泵控制方法。

参阅图4所示，在步骤100中，打开系统开关，在微处理器控制面板上选择液压扳手型号，根据螺栓预紧扭矩要求设定液压单元4即泵体工作压力的阈值(或对应的扭矩)P0。打开泵体开关9，压力传感器6检测泵体4中主油路的压力信号，压力信号经过信号采集器滤波等信号处理后传递处理器8，处理器8根据检测到的压力大小与压力阈值进行比较，并将差值作为反馈信号输出到智能调压阀7，从而使得智能调压阀7自动调整液压泵本体4工作压力达到P0。

接下来，在步骤101中，开始行程程序，即按压微处理器控制面板上自动按钮86即启动处理器8的控制程序，同时电磁换向阀3得电，液压扳手11的活塞工进，同时处理器8开始计时，其计时方法例如是从一计时模块中读取时间信号，该计时模块可以是由数据采集单元1耦接一计时单元中构成。

接下来，在步骤102中，处理器8读取压力传感器6传递来的当前工作压力P，此时由于流体通过油路传递到扳手11的油缸，当前工作压力P要小于压力阈值P0，保持液压单元4持续增压；

接下来，在步骤103中，当液压单元4的工作压力P达到P0时，处理器8纪录当前工作时间，即纪录步骤101至步骤103所需时间T1；

接下来，在步骤104中，停止行程程序，处理器8发出控制信号，使得电磁换向阀3失电，油路中流体反向流动；

接下来，在步骤105中，处理器8读取液压单元的当前工作压力P(其由压力传感器6检测并由数据采集器1采集)；

接下来，在步骤106中，将当前工作压力P与设定的回程压力P1进行比较，持续减压直到，P＝P1；

接下来，在步骤107中，再次启动行程程序，处理器8使得电磁换向阀3得电，液压单元4输出液压至液压扳手活塞，以使液压扳手活塞工进，同时处理器8开始计时；

接下来，在步骤108中，处理器8读取压力传感器6传递来的当前工作压力P，此时工作压力P要小于压力阈值P0，保持液压单元4持续增压；

接下来，在步骤109中，当液压单元4的工作压力P达到P0时，处理器8纪录当前工作时间，即纪录步骤107至步骤109所需时间Tx，x为大于0的整数；

接下来，在步骤110中，处理器比较Tx和Tx-1，若Tx≥Tx-1，则循环步骤107至步骤110，直到Tx＜Tx-1，处理器停止扳手工作，此时螺栓的预紧力达到精确值。

在前述实施例中，处理器8例如是PLC控制器(其集成有数据采集器)、与PLC控制器耦接的微处理单元，PLC控制器进行数据的比较分析，然后输出控制信号，微处理单元接收控制面板的输入设定值，然后将输入设定值传送到PLC控制器。

在前述实施例中，还存在许多的变化，例如计时的功能可以直接由处理器8内部的计时模块实现，图4所示的控制方法适合于全自动控制的方法，其中的自动比较判断部分也可以加入手动辅助。因此尽管本发明是根据较佳的和可替换的实施描述的，但可以理解的是，对于本技术领域的那些熟练人员来说，本发明的其它变化和改变是很显然的并且都将涵盖在此处所揭示的内容中，并且本发明的范围将不仅限于所描述的实施例。

Claims (7)

1.液压扭矩扳手的高精度自动控制方法，其特征在于，包括

步骤a，压力传感器检测液压泵中主油路的压力信号，压力信号传递处理器，处理器根据检测到的压力大小与压力阈值进行比较，并将差值作为反馈信号输出到智能调压阀，从而使得智能调压阀自动调整液压泵工作压力达到压力阈值P0；

步骤b，利用管路将液压泵和液压扭矩扳手的油缸相接，在该液压泵的主油路中设置电磁换向阀，经由该电磁换向阀将液压泵的输出液压传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞前进，进而推动液压扭矩扳手带动负载；

步骤c，利用所述主油路中的压力传感器检测所述主油路的当前压力P，并利用处理器比较P和P0，当P<P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；

步骤d，当P＝P0时，处理器纪录步骤b至步骤d所需时间T0；

步骤e，利用处理器切换所述电磁换向阀，使所述管路减压，以使所述活塞后退；

步骤f，利用所述主油路中的压力传感器检测所述主油路的当前压力P，并利用处理器比较P和设定的回程压力P1，持续使所述管路减压直到P＝P1；

步骤g，经由该电磁换向阀将液压泵的输出液压再次传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞再次前进，进而再次推动液压扭矩扳手带动负载；

步骤h，利用所述油路中的压力传感器检测所述主油路的当前压力P，并利用处理器比较P和P0，当P<P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；

步骤i，当P＝P0时，处理器纪录步骤g至步骤i所需时间Tx，x为大于0的整数；以及

步骤j，利用处理器比较Tx和Tx-1，若Tx≥Tx-1，则循环步骤e至步骤i。

2.如权利要求1所述的液压扭矩扳手的高精度自动控制方法，其特征在于，在步骤j中，设定Tx比Tx-1小于设定值才停止扳手工作。

3.高精度智能液压扭矩扳手专用泵，按照如权利要求1或2所述的高精度自动控制方法工作，包括液压单元，所述液压单元包括液压泵，其特征在于，还包括控制单元和执行单元，所述控制单元包括处理器、压力传感器和数据采集器，所述执行单元包括电磁换向阀和调压阀，调压阀、压力传感器和电磁换向阀设置在液压泵的主油路上，压力传感器检测液压泵的输出压力，数据采集器采集压力传感器检测到的压力信号，压力信号由数据采集器采集到并由处理器读取，处理器还接收数据采集器采集的时间信号，处理器根据该压力信号与设定的压力阈值的比较以及时间信号输出控制信号至电磁换向阀，以控制电磁换向阀的换向。

4.如权利要求3所述的高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其特征在于，所述调压阀配置有可控的动力单元，所述动力单元接收处理器和所述压力传感器构成一耦接该动力单元的反馈单元。

5.如权利要求3所述的高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其特征在于，所述处理器耦接输入界面。

6.如权利要求5所述的高精度智能液压扭矩扳手专用泵，其特征在于，所述处理器包括PLC控制器以及微处理单元，所述微处理单元接收输入界面的输入信号并传递到PLC控制器，所述数据采集器还采集计时单元的时间信号并传送到PLC控制器，所述PLC控制器根据该压力信号与设定的压力阈值的比较以及该时间信号输出控制信号至电磁换向阀。

7.液压扭矩扳手的控制方法，其特征在于，包括

步骤a，压力传感器检测液压泵中主油路的压力信号，压力信号传递处理器，处理器根据检测到的压力大小与压力阈值进行比较，并将差值作为反馈信号输出到智能调压阀，从而使得智能调压阀自动调整液压泵工作压力达到压力阈值P0；

步骤b，利用管路将液压泵和液压扭矩扳手的油缸相接，将液压泵的输出液压传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞前进，进而推动液压扭矩扳手带动负载；

步骤c，检测液压泵的当前工作压力P，并比较P和P0，当P<P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；

步骤d，当P＝P0时，纪录步骤b至步骤d所需时间T0；

步骤e，使所述管路减压，以使所述活塞后退；

步骤f，检测液压泵的当前工作压力P，并比较P和预定的回程压力P1，持续使所述管路减压直到P＝P1；

步骤g，将液压泵的输出液压再次传递到所述油缸，以使所述油缸中的活塞再次前进，进而再次推动液压扭矩扳手带动负载；

步骤h，检测所述液压泵的当前工作压力P，并比较P和P0，当P<P0时，保持液压泵持续输出液压，以使所述管路持续增压；

步骤i，当P＝P0时，纪录步骤g至步骤i所需时间Tx，x为大于0的整数；以及

步骤j，比较Tx和Tx-1，若Tx≥Tx-1，则循环步骤e至步骤j。

Images