CN102918354B - 多双头螺栓张紧机及用于自动控制多个双头螺栓伸长的方法 - Google Patents

Abstract

一种适于在多个双头螺栓(2)上施加纵向预应牵引力的多双头螺栓张紧机，该双头螺栓张紧机包括适于容纳多个成列设置的伸长传感器(11)的传感器支撑组件(6)，以及适于将其中一个(11a)所述传感器从所述列移动至与其中一个(2a)所述双头螺栓操作接合的定位装置。

Description

多双头螺栓张紧机及用于自动控制多个双头螺栓伸长的方法

技术领域

本发明涉及适于在用于将两个机械零件固定在一起的诸如螺纹双头螺栓的杆状件上施加纵向牵引力的设备和方法。

背景技术

杆状件或双头螺栓的张紧可通过给轴向位于待拧紧结构表面上的螺母作用拧紧扭矩来完成。由于螺母与接触的待拧紧零件表面之间的摩擦以及螺母与杆之间的摩擦，该拧紧方法不允许精确地控制传递给杆的轴向力。此外，该拧紧方法将扭转残余应力引入到杆中，这会造成使用尺寸过大的杆。另外，这样的拧紧通常会在拧紧期间产生损坏螺母的螺纹以及损坏配合在一起的杆的螺纹的重大风险。在拧紧时，螺母抵靠的表面在拉紧时螺母的旋转期间也可能受到损坏。

为了避免这些缺点，杆件或双头螺栓可在螺母装配到待拧紧结构的表面上之前轴向张紧。当释放作用于杆的轴向力时，螺母阻挡了杆。杆因此仅沿着其轴受预压力。为了将轴向牵引力传递至杆，可以使用促动器。因此，在把螺母定位在待张紧杆的螺纹部分上之后，定位促动器，以使得围绕杆或双头螺栓的头部以及螺母。牵引力沿着纵向方向作用于杆件或双头螺栓头部的螺纹延伸上，并且产生了双头螺栓的伸长。该伸长便于拧紧的螺母的旋转，该拧紧的螺母适于与双头螺栓的螺纹部分配合以拧紧螺母。两个机械零件因此可以通过杆件或双头螺栓固定在一起，而不会给双头螺栓引入扭曲或残余扭转应力。

大型机械组件必须经常通过若干螺纹杆或双头螺栓保持。多双头螺栓张紧机随之用于定位、旋紧、旋松以及预张紧多个螺纹双头螺栓。例子是风力涡轮机或核能反应堆外壳保护罩的零件的连接。为了此类大型机械组件的连接，大量螺纹双头螺栓通常按环形列设置。

为了便于连接操作，例如把保护罩连接至核反应堆外壳，设置了支撑圈组件，所述组件从安装在核能反应堆外壳上的圆柱形罩的上方移动。整套连接双头螺栓由支撑圈支撑，所述支撑圈也设置有所有必要的装置用于旋紧和旋松双头螺栓，以及在拧紧对应的螺母之前沿纵向方向张紧双头螺栓。为完成上述工作，支撑圈通常配有至少一个，并且优选配有两个能够沿着支撑圈的圆周移动的机器人单元，以在核能反应堆外壳中逐一旋紧、旋松以及拧紧螺母。用于在拧紧之前预压每个单独的双头螺栓的纵向牵引力由多个液压双头螺栓张紧器产生，每个张紧器都安装在各自的双头螺栓的头部。

在旋转对应的拧紧螺母从而将罩紧固至核反应堆外壳之前，所有核反应堆外壳罩周围的双头螺栓都必须受到相同的纵向牵引力。由此，有必要仔细监控作用于所有单独的双头螺栓的牵引力，从而保证相同的张力，并且理所当然地在基于所使用材料的拉伸强度的特定范围内保持这样的力。这样的监控优选利用伸长传感器通过测量每个双头螺栓的伸长进行，每个传感器安装在各个双头螺栓上。单独的伸长传感器通常手动安装在每个双头螺栓上，这样的安装特别繁琐。传感器通过链接至中央电站的电气连接供电。测量信号通过电线连接从每个单独的伸长传感器发送。因此，大量的伸长传感器的安装操作以及拆除操作特别费时且困难。

发明内容

本发明的一个目的是避免上述缺点并且简化在多双头螺栓张紧机中的多个待张紧杆状件或双头螺栓上的多个伸长传感器的组装及拆卸操作。

本发明的另一个目的是在预张紧操作期间容许对多个双头螺栓伸长的更简单的监控。

更普遍地，本发明旨在提供更快捷且更容易地组装和拆卸多个伸长传感器的操作。本发明进一步的目的是在两个机械元件连接到一起期间，例如保护罩连接至核反应堆外壳期间，提供更安全且更便宜的对多个双头螺栓伸长的监控。

在一实施例中，适于纵向张紧多个双头螺栓的多双头螺栓张紧机，包括适于容纳多个按列设置的伸长传感器的传感器支撑组件，以及适于从所述列移动其中一个所述传感器至与其中一个所述双头螺栓操作接合的定位构件。

由此，所有传感器起初都在支撑组件上保持，优选处于待机状态。将每个传感器组装到对应的双头螺栓上的组装步骤可自动进行，因此避免了以前所必须的、费时且繁琐的手动操作。

每个伸长传感器优选设置有适于发送测量和识别信号至计算机系统的单独的无线通信装置。所述无线通信装置也可接收来自所述计算机系统用于控制传感器的的控制信号。

电线由此不再是必需的，这使得多个传感器的组装操作快很多并且容易很多。由每个传感器发送的识别和测量信号允许计算机系统能同时正确地监控所有双头螺栓的张紧操作。所述信号优选用适当的频率采样，例如少于1秒。

所述设备还优选包括能够发送对应于所述双头螺栓位置的位置信号的标引（indexing）装置，所述双头螺栓具有操作接合的所述传感器。当单独的传感器被放置与对应的双头螺栓操作接合时，所述计算机系统接收这样的位置信号。所述计算机系统由此能够检测出哪个单独的传感器对应于哪个双头螺栓，从而安全并且正确地监控每个双头螺栓的张紧。

在一有益的实际的实施例中，传感器支撑组件适于容纳所述成列的传感器，使得所述传感器被重力推向末端位置。

所述传感器支撑组件可包括适于在打开位置和闭合位置之间移动的止挡装置，在所述闭合位置所述止挡装置在所述末端位置阻挡了传感器。

这种使用重力自动供给伸长传感器的结构特别可靠且简单。

可以设置可移动抓叉，以在当所述止挡装置移动至所述打开位置时在中间位置接收传感器。用于促动设置在传感器中的开关的构件可安装在所述抓叉上。可以设置抓取臂，以在所述中间位置抓取所述传感器，并且将所述传感器定位为与其中一个所述双头螺栓操作接合。

当所述抓取臂已经抓取传感器时，抓叉可以从所述中间位置撤回。

所述抓取臂可设置有适于与所述传感器的突出部分配合的机械地可促动的爪。可替代地，电磁升降装置可以设置在抓取臂的末端，用于升降传感器并且移动传感器与所述双头螺栓操作接合。

在传感器已安置与双头螺栓操作接合之后，抓取臂移回至其初始位置并且抓叉也可以移动回到中间位置，从而与下一个传感器协作。

在一特别简单并且有益的实施例中，传感器支撑组件可包括两条细长导轨，所述两条细长导轨适于容纳固定于每个所述传感器的引导盘的侧面，所述细长导轨包括竖直部分和大体上水平地截止的弯曲部分。由此，所述传感器通过它们各自的引导盘保持在支撑组件中。重力足以向着两条导轨弯曲部分的大体水平的端部推进传感器队列，在那里，最后的传感器由止挡装置阻挡在适当位置。如有必要，具有与传感器引导盘相同形状的附加重物可插入到两条细长导轨中在所述传感器队列的顶部，从而更好地向着所述弯曲部分的末端推进传感器。

所述抓叉优选适于在所述中间位置接收传感器引导盘的前边缘。

细长导轨优选包括与所述盘的接触部分配合的导电滑道，以给安装在每个所述传感器上的电池充电。每个单独的传感器都配有其自己的电池作为电能来源。由它们各自的引导盘保持在支撑组件中的传感器的电池，因此可以在传感器处于待机状态时的非活跃时期充电。

在一特别适于用于核能反应堆外壳的顶盖的连接的多双头螺栓张紧机实施例中，传感器支撑组件连接于具有至少一个旋紧头的机器人设备的竖直侧，所述机器人设备适于在一连串双头螺栓上方移动。

在一优选实施例中，适于在张紧操作期间测量双头螺栓形变的伸长传感器，包括充电电池以及适于发送测量和识别信号至计算机系统并从所述计算机系统接收控制信号的单独的无线通信装置。由于不需要连接电线，因此传感器的定位得以极大地简化。这也使得有可能在传感器逐一定位在每个各自的双头螺栓上之前将传感器储存在支撑组件中。

根据又一方面，本发明还涉及在所述双头螺栓的张紧操作期间自动控制多个双头螺栓的伸长的方法。该方法包括以下步骤：提供一串单独的伸长传感器，在张紧操作之前将其中一个所述传感器定位为与每个所述双头螺栓操作接合，通过无线通信发送对应于每个所述双头螺栓位置的位置信号至计算机系统，所述双头螺栓具有操作接合的所述传感器，并且在张紧操作期间通过无线通信不断地将每个所述传感器发出的测量和识别信号发送至计算机系统。

该方法还可以进一步包括通过无线通信从计算机系统向每个传感器发送控制信号，用于给包含于所述传感器中的电池充电和/或用于给所述传感器供电或将所述传感器设置处于待机状态的步骤。

附图说明

本发明将根据例子的描述得以更好地理解，所述例子将以非限制性方式考虑并且根据附图进行说明，其中，

图1是上述多双头螺栓张紧机的示意性局部视图，并且示出了具有传感器支撑组件的机器人，

图2是沿图1的箭头F2的方向得出的侧视图，示出了具有传感器支撑组件的机器人，

图3是传感器支撑组件的一部分的三维视图，其更具体地示出了支撑一列传感器的两条细长导轨，

图4示出了可用于本发明的设备的伸长传感器的例子，以及

图5示意性地示出了用于每个传感器的电控系统的主要元件。

具体实施方式

如图1至图3所示，多双头螺栓张紧机通常包括主圈1，所述主圈具有多个用于容纳并且支撑多个双头螺栓2(见图2)的孔。圈1具有两条侧轨3，机器人4可沿着所述侧轨3移动。如图2中所示，机器人4具有与轨道3协作的支撑轮5。将通过纵向张紧处于牵引作用下的每个双头螺栓2都配有安装在各个双头螺栓2头部的张紧装置2b。

机器人4在其一个侧面上具有传感器支撑组件6。该组件包括竖直元件7以及水平元件8，它们一起构成了框架，两条细长导轨9安装在该框架中，如图3最佳所示。所述细长导轨9包括竖直部分9a，以及大体上水平终止于端部分9c的弯曲部分9b(图3)。所述两条导轨9具有在内部设置的并且彼此面对的导引凹槽10。两个凹槽10适于引导在两条细长导轨9中成列排列的多个伸长传感器11。

在如图4所示的例子中，每个传感器11都包括引导盘12。引导盘12的尺寸使得它们可以安装在两条导轨9的凹槽10中，并且保持在两条导轨9中用于在重力的作用下滑动运动，如图3所示。为此，引导盘12的两个侧端部分12b容纳在各自的凹槽10中。有益地，所述两个端部分12b具有如图3所示的大体上梯形的形状，向着它们的自由端具有减小的宽度。

如图3所示，传感器支撑组件6包括两个止挡指13，在所示的例子中，它们是适于从如图3中所示的闭合位置移动到打开位置的水平延伸的指。在闭合位置，两个指13阻止在传感器11列的末端位置上最后一个传感器11a的任何进一步运动。在这个所谓的末端位置，所述最后一个传感器11a的引导盘12a大体位于两条导轨9的端部分9c。传感器11a由列中的所有其它的传感器11通过重力作用以及与两条导轨9滑动接合的作用被推动。在图3中所示的闭合位置，两个指13堵住凹槽10的出口，并且由此也阻止了最后一个传感器11a的盘12a。在所述闭合位置，两个指13仅在凹槽10的前面延伸。指13从所述闭合位置到打开位置的运动通过任何适合的装置产生。如图3所示，两个活塞14水平地安装在两条导轨9的端部分9c的两侧上。两个活塞14各自的杆承载止挡指13。

在图3示出的实施例中，可移动抓叉15设置在传感器支撑组件上。叉15具有两个大体水平的分叉16，每个分叉16分裂成上部16a和下部16b。下部16b和上部16a之间的间隙比每个传感器11的引导盘12的厚度略大。抓叉15的总宽度比两条导轨9之间的距离小。抓叉15在图3中示出处于等待位置。在该位置上，在示出的例子中，位于末端位置的传感器11a的引导盘12a的前边缘部分已插入到分叉16的上部16a和下部16b之间的间隙中。抓叉15可通过促动活塞17从图3所示的等待位置移动到退回位置，所述促动活塞17具有可移动杆18，抓叉15连接在可移动杆18的末端。抓叉15、杆18以及活塞17都大体水平地安装。

当指13退到打开位置时，让开引导盘12a的通道，该引导盘12a由其它传感器11的引导盘12推动。随后，引导盘12进一步在设置于抓叉15的两个分叉16中的间隙内滑动。随后，传感器11a位于对应于抓叉15的等待位置的中间位置。

在这个位置，由于引导盘的梯形的自由端上减小的宽度，引导盘12a从导轨9的凹槽10脱离。引导盘12a的侧边缘仍然与后续传感器11的侧边缘接触。止挡指13可再一次移动到闭合位置，从而在末端位置阻止后续传感器11的引导盘。

在其两个分叉16之间具有传感器11a的抓叉15在中间位置支撑传感器11a，其与图2所示的双头螺栓2a的轴对齐。双头螺栓2a和传感器11a两者的轴也与抓取臂19的轴对应，抓取臂19在图3中示出为具有可移动杆21的活塞20，所述可移动杆21在末端具有顶杆（mandrel）22，顶杆22具有图3中不可见的夹爪。促动抓取臂19，同时传感器11a的引导盘12a仍然由叉15保持在中间位置。因此，顶杆22的夹爪可以通过抓住传感器11a的突出部分24a夹住传感器11a。此时，抓叉15移动至其退回位置，使杆21的通道畅通并且允许抓取臂19至传感器11a与双头螺栓2a操作接合的位置。

如图4所示，每个传感器11具有安装在引导盘12一侧上的盒子23a中的充电电池23。当促动活塞20时，位于盒子23a顶部上的突出部分24通过顶杆21的爪被抓住。伸长传感器11具有安装在支撑杆26末端的测量头25，例如三个彼此成120°的支撑杆，支撑杆26在与充电电池23的盒子23a相对的面上连接至引导盘12。双头螺栓2的伸长可以被测量，例如通过使用位于每个双头螺栓2的内空腔中的细长棒，所述腔从双头螺栓2的一端延伸至另一端。固定在每个双头螺栓2下端的螺母用作测量棒的支撑件。测量头25仅仅靠在所述棒的顶部上并且因此能够测量测量棒和双头螺栓之间长度位置的不同，所述测量棒不受任何牵引力，所述双头螺栓受到由对应的张紧装置2b产生的预张紧牵引力。

每个伸长传感器11也都设置有安装在盒子23a中的单独的无线通信装置，并且该无线通信装置适于发送测量和识别信号，如下面将进一步解释的。机器人4包括没有在图2中示出的，并且能够在操作期间发送机器人4的位置信号的标引装置。当给定的传感器，例如传感器11a，在与给定的双头螺栓，例如双头螺栓2a，操作接合时，位置信号对应于机器人的位置。由所述标引装置发送的该位置信号可由将被进一步解释的计算机系统使用，从而精确地定位与其各自双头螺栓相连的任一给定传感器。

为了给每个单独的传感器11的充电电池充电，引导盘12在其一侧设置有与凹槽10的内表面电接触的接触插头27(图4)。所述内表面由导电材料制成，使得充电电能可以经由所述导槽馈送。

图5示意性地示出了传感器11的控制系统的主要零件。

传感器的测量头25发出由转换器28转换成数字信号的模拟信号。数字信号随后发送至结合传感器11中的微处理器29。经过适当的调节，信号由无线通信设备30，例如蓝牙设备，发送至在图中没有示出的中央计算机系统。单独的传感器运行所需的电能由充电电池23提供。由无线通信设备30发送的来自传感器的信号可由中央计算机系统处理，该中央计算机系统能够接收在对所有双头螺栓同时进行张紧操作期间由所有伸长传感器11发送的信号。中央计算机系统也可以发送控制信号至各个传感器11，所述信号由无线通信设备30接收并且由每个单独的传感器11的微处理器29处理。控制信号例如可以设置一个或多个传感器处于运行，或者，相反，设置处于待机状态以避免单独的传感器电池在传感器由支撑组件6支撑期间不必要地放电。

在操作中，诸如图1至图3所示的多双头螺栓张紧机能够在张紧操作期间高效控制所有双头螺栓的伸长。优选处于待机状态的伸长传感器由连接至如图1所示的机器人单元4的传感器支撑组件支撑。机器人单元4可沿着圈1的周边移动，从而使单独的伸长传感器11定位在每个双头螺栓的头部。机器人单元4逐步沿着箭头F3的方向移动。每次当机器人单元4到达对应于给定双头螺栓的位置时，机器人单元4的运动被停止并且单独的伸长传感器11如前面所解释地被定位于相应的双头螺栓上。中央计算机系统接收指示双头螺栓的准确位置以及与给定的伸长传感器的准确对应关系的由特定代码标志的信号。

在优选实施例中，抓叉15设置有能够在伸长传感器刚一与所述抓叉移动接合上时就给伸长传感器通电的装置。作为示例，抓叉可具有能够促动设置在传感器上的ILF型开关的永磁体。随后，相应的传感器处于激活状态，从而允许通过无线通信发送对应于给定传感器的识别信号以及相应双头螺栓的后续伸长测量。

每个传感器具有其自己的电能来源并且能够通过无线通信发送和接收信号，由于这样的事实，多个传感器安装的整个操作变得特别快且容易。在其中传感器保持成竖直列并且仅通过重力移动的传感器支撑组件允许特别简单的操作。对于支撑组件中最后面的传感器无法滑至两条导轨9的末端位置的情况，特别是无法滑至端部分9c的情况，建议在传感器列的顶部上增加具有引导盘12的形状的补充重物31，如图3所示的。

本发明由此提供了在多双头螺栓张紧机中将伸长传感器安装到多个待张紧双头螺栓上的更简单且更高效的方式。本发明也允许在预张紧操作期间对多个双头螺栓的伸长容易地监控。

Claims (12)

1.一种适于在多个双头螺栓上施加纵向预应牵引力的多双头螺栓张紧机，其特征在于，该多双头螺栓张紧机包括适于容纳成列设置的多个伸长传感器(11)的传感器支撑组件(6)，以及适于将其中一个所述伸长传感器从所述列移动至与其中一个所述双头螺栓(2a)操作接合的定位装置。

2.如权利要求1所述的多双头螺栓张紧机，其中，每个伸长传感器设置有单独的无线通信装置(30)，该无线通信装置(30)适于发送测量和识别信号至计算机系统并从所述计算机系统接收控制信号。

3.如权利要求1所述的多双头螺栓张紧机，还包括能够发送对应于所述双头螺栓(2a)位置的位置信号的标引装置，所述双头螺栓(2a)具有操作接合的所述伸长传感器。

4.如前面的权利要求中任一项所述的多双头螺栓张紧机，其中所述传感器支撑组件(6)适于容纳所述伸长传感器，使得所述伸长传感器(11)被重力推向末端位置；并且所述传感器支撑组件包括适于在打开位置和闭合位置之间移动的止挡装置(13)，在所述闭合位置所述止挡装置在所述末端位置阻挡所述伸长传感器。

5.如权利要求4所述的多双头螺栓张紧机，其中，作为所述定位装置的可移动抓叉(15)适于在当所述止挡装置(13)移动至所述打开位置时在中间位置接收所述伸长传感器；并且抓取臂(19)适于在所述中间位置抓取所述伸长传感器以及把所述伸长传感器定位为与其中一个所述双头螺栓(2a)操作接合。

6.如权利要求5所述的多双头螺栓张紧机，其中，所述抓取臂(19)设置有机械地可促动的爪(22)或者适于与所述伸长传感器(11)的突出部分(24)协作的电磁装置。

7.如权利要求1所述的多双头螺栓张紧机，其中所述传感器支撑组件(6)包括适于容纳固定于每个所述伸长传感器(11)的引导盘(12)的侧边的两条细长导轨(9)，所述细长导轨包括竖直部分(9a)和大体上水平(9c)截止的弯曲部分(9b)。

8.如权利要求7所述的多双头螺栓张紧机，其中，所述细长导轨(9)包括与所述引导盘的接触部分协作的导电滑道(10)，用于给安装在每个所述伸长传感器上的电池充电。

9.如权利要求1所述的多双头螺栓张紧机，其中传感器支撑组件(6)连接于具有至少一个旋紧头的机器人单元(4)的竖直侧，所述机器人单元适于在一连串双头螺栓上方移动。

10.一种适于在张紧操作期间测量双头螺栓形变的伸长传感器，包括：充电电池(23)以及单独的无线通信装置，该无线通信装置适于发送测量和识别信号至计算机系统并从所述计算机系统接收控制信号，其特征在于：

所述伸长传感器还包括引导盘(12)，该引导盘(12)在其侧面具有电接触部分(27)，用于给所述充电电池(23)充电，所述引导盘适于与传感器支撑组件配合，与设置在所述传感器支撑组件上的两条导轨滑动接合，所述导轨由导电材料制成，使得充电电能可以经所述电接触部分馈送。

11.一种用于在多个双头螺栓的张紧操作期间自动控制所述多个双头螺栓的伸长的方法，包括下述步骤：提供成列设置的一串单独的伸长传感器(11)，在张紧操作之前从所述列连续地将每个单独的伸长传感器移动到所述单独的伸长传感器与一个单独的双头螺栓操作接合所在的位置，通过无线通信将对应于每个具有操作接合的所述伸长传感器的所述双头螺栓的位置的位置信号发送至计算机系统，并且在张紧操作期间通过无线通信不断地将每个所述伸长传感器发出的测量和识别信号发送至计算机系统。

12.如权利要求11所述的方法，包括通过无线通信从计算机系统向每个伸长传感器发送控制信号，用于给包含于所述伸长传感器(11)中的电池(23)充电和/或用于给所述伸长传感器供电或将所述伸长传感器设置处于待机状态的步骤。