CN104148927B - 自动控制多种扭矩值的紧固件组装机 - Google Patents

Abstract

一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：紧固件组装机采用移动式，可以在地面上推动，其动力部分与接收力矩的扭矩套筒采用柔性连接结构方式，扭矩的传输接头是可换的，扭矩传输的软轴及可换的紧固螺栓头，可以随时变换不同的作业位置，每个螺栓接受扭矩达到固定值时能够自动存在计算机中，并随计算机程序自动对应管理项目要求；紧固件组装机包括机械部分、液压部分和控制部分，机械部分包括扭力扳手执行装置、移动小车及机架、减速装置、液压动力减振装置、控制部分减振装置。本发明适用范围广，可以对各种螺栓进行精密扭矩值紧固，并且可以对数据进行实时记载和追溯。

Description

自动控制多种扭矩值的紧固件组装机

技术领域

本发明涉及一种微机控制多种扭矩值的紧固件组装设备。

背景技术

螺栓连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。但是螺纹连接在变载、振荡和冲击效果下，会导致连接预紧力减小乃至丧失，造成机器或设备发生严重事故。因此，一些重要的设备在使用一段时间后需要对一些重要的螺栓进行紧固作业。在国内对螺栓进行紧固作业中存在着一些问题。螺栓的数量大，安装部位结构复杂，紧固作业难度大，工作量大。如动车CRH5型约有16000多条螺栓、CRH380B型约有13000多条螺栓，一个四缸的发动机上的螺栓也有200多个。大多数检修工艺要求对这些设备的螺栓都有明确的紧固力矩要求。特别是这些设备的重要部位的螺栓有些安装位置结构复杂，使检修者的正常作业以及按照工艺指导书规定的力矩作业难度极大。现有的螺栓紧固方式精度不高，无法实现数据自动记载和追溯。如现在铁路动车组都运用维修规程TG/CL127-2013规定对动车组的关键部件进行定力矩紧固，目前全路的动车运用所、动车检修基地均采用五金工具经销商购置的固定或可调的扭矩扳手，作业过程中依据作业者听取装置的固定力矩到位发出的警示音，以及对作业者进行监控作业的质量检验人员的监听作为质量追溯的原始凭证，无法实施实时的、有记载的、定量的检测数据，无法实现严格的质量追溯。各4S店对汽车关键紧固件的紧固也是采用人工经验法，精度不高，也无法实现严格的质量追溯。

因此，需专门针对各种重要设备的关键紧固件研制一种能适应各种安装结构，并能够实时记载检测数据、管理数据的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，克服传统紧固装置螺栓紧固精度不高且无法实时记载检测数据的缺点。

一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：紧固件组装机采用移动式，可以在地面上推动，其动力部分与接收力矩的扭矩套筒采用柔性连接结构方式，扭矩的传输接头是可换的，扭矩传输的软轴及可换的紧固螺栓头，可以随时变换不同的作业位置，每个螺栓接受扭矩达到固定值时能够自动存在计算机中，并随计算机程序自动对应管理项目要求；紧固件组装机包括机械部分、液压部分和控制部分，机械部分包括扭力扳手执行装置、移动小车及机架、减速装置、液压动力减振装置、控制部分减振装置，扭力扳手执行装置包括扭矩套筒、快速换套筒装置、软轴、连接法兰，快速换套筒装置可方便快捷地更换M6～M24的螺栓套筒，移动小车及机架包括手推小车、整体机架、外伸支撑机构，移动小车采用手推轮式移动，外伸支撑机构能快速平稳的放置到位，确保机器满负荷工作时的平稳性；减速装置采用新型低速增力装置，确保大扭矩、低转速，同时减轻系统重量，液压动力减振装置提供驱动电机、液压系统等动力系统的安装结构和保护，减轻动力系统引起的振动，确保整个机器正常安全工作，控制部分减振装置包括工控机系统的减振装置及其它控制系统的安装保护装置。减振装置减轻动力系统引起的振动，确保控制装置安全正常使用。

一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：液压部分包括变量泵、方向控制阀、电液比例溢流阀、定量马达和辅助元件，变量泵提供系统所需压力油，其输出流量的变化满足系统工况，拧紧螺母时输出马达转速所需流量，完成工作后压力油通过三位阀中位卸载，且输出流量趋于零，避免系统油液温度升高过快，使系统工作性能稳定；方向控制阀用于实现马达的正转、停止及反转，正转时拧紧螺母，停止时系统保压，反转时处于放松状态，方便操作；电液比例溢流阀用于调节系统的工作压力，压力值在0—21Mpa之间实现无级调压，满足输出扭矩值需求对应的多种系统压力值，压力值的调节通过闭环控制系统加以控制，使系统压力满足输出扭矩精度要求；定量马达在不同油液压力的作用下输出拧紧螺母所需的各种扭矩和转速。

一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：控制系统包括上、下位机，上位机采用工控机，下位机采用PLC或数据采集卡，上位机生成易于操作的人机界面，通过人机界面操作测试人员可以扩展所需要紧固的各设备的信息，可以在上位机上设置设备名称、螺栓的名称、螺栓的部位、螺栓的尺寸、螺栓的紧固值信息，实现对各种设备螺栓紧固件的微机控制紧固作业，在设备启动前预设所有螺栓的紧固扭矩值，可以控制紧固过程的开始、进行与完成，实现实时数据、历史数据的记录与查询；通过PLC或数据采集卡控制相应的电磁阀、液压泵开停，按操作测试人员的控制指令进行控制。

一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：对于扭矩要求小于600Nm的螺栓采用液压驱动紧固形式，对于600Nm以上的螺栓采用电力驱动紧固形式，对于一些需要针对特定设备使用的场合，可以根据设备螺栓的尺寸情况，调整液压和电动驱动的紧固范围。

本发明与现有技术相比，其优点在于：1. 本发明适用范围广，可以对各种螺栓进行精密扭矩值紧固，并且可以对数据进行实时记载和追溯。2.本发明采用移动式结构，可以在地面上推动，通过配备UPS系统，该设备可以方便地对检测现场的需紧固的各螺栓实现紧固作业。3.本发明采用外伸支撑机构，在移动过程中能缩回，不影响设备的移动，到达工作部位后又能快速平稳的放置到位，确保机器工作时的平稳性。4.本发明采用软轴设计，可以适应各种不同的螺栓的安装位置。软轴上采用了快速换套筒装置，可方便快捷地更换M6～M24的螺栓套筒，这样既减少了软轴的个数，又可以适应不同尺寸的螺栓紧固要求。5. 本发明采用微机控制扭矩形式，可以通过PLC或数据采集卡等控制相应的电磁阀、液压泵开停，从而实现设备自动化工作，并且可以通过各种传感器将数据传输到微机系统，对数据进行实时检测、记载、和管理。6．本发明可以通过上位机程序扩展需紧固的螺栓信息，可以在上位机上设置设备名称、螺栓的名称、螺栓的部位、螺栓的尺寸、螺栓的紧固值等信息，实现对各种设备螺栓紧固件的微机控制紧固作业。7．本发明针对不同的扭矩要求采用了不同的驱动方式。对于扭矩要求小于600Nm的螺栓采用液压驱动紧固形式，对于600Nm以上的螺栓采用电力驱动紧固形式。这样可以使液压系统设备体积、重量和费用大大降低。

附图说明

图1为本发明的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机结构示意图；

图2为本发明的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机液压系统原理图；

1软轴，2移动小车，3监视器，4工控机，5电气元件UPS，6外伸支撑机构，7油箱，8电机，9变量泵，10液压箱，11定量马达，12减速装置，13滚动车轮，14电液比例溢流阀，15流量传感器，16 压力传感器，17方向控制阀。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明结构的实施方式：

自动控制多种扭矩值的紧固件组装机采用移动式结构，紧固件组装机可分为三大部分：机械部分、液压部分和控制部分。液压部分和控制部分通过一定的减震方式固定在机械部分上，随机械部分推动到各工作位置。考虑到大多数设备使用螺栓的尺寸情况，从设备的利用率和经济性等几方面考虑，确定对于扭矩要求小于600Nm的螺栓采用液压驱动紧固形式，对于600Nm以上的螺栓采用电力驱动紧固形式。对于一些需要针对特定设备使用的场合，可以根据设备螺栓的尺寸情况，调整液压和电动驱动的紧固范围。在设备启动前可以预设所有螺栓的紧固扭矩值。设备的动力部分与接收力矩的扭矩套筒利用强度较大的柔性连接结构方式， 扭矩的传输接头是可换的， 扭矩传输的软轴1及可换的紧固螺栓头，可以随时变换不同的作业位置。每个螺栓接受扭矩达到固定值时扭矩数值能够自动存在计算机中，并随计算机程序自动对应管理项目要求（如设备名称、被安装螺栓的名称、部位、顺序号、每个螺栓的紧固时间等）。其机械部分包括扭力扳手执行系统、移动小车及机架、减速装置、液压动力减振系统、控制部分减振系统。扭力扳手执行系统包括各种扭矩套筒、快速换套筒装置、软轴1、连接法兰。软轴最大设计扭矩600Nm；快速换套筒装置可方便快捷地更换M6～M24的螺栓套筒。移动小车2及机架包括手推小车、整体机架、外伸支撑机构6。小车采用手推轮式移动；整体机架尺寸大约在1000×600×750左右；外伸支撑机构6能快速平稳的放置到位，确保机器满负荷工作时的平稳性。减速装置12，采用新型低速增力装置，确保大扭矩、低转速，同时减轻系统重量，减速装置输出正常转速约90r/min。液压动力减振系统，提供驱动电机8、液压系统等动力系统的安装结构和保护，减轻动力系统引起的振动，确保整个机器正常安全工作。控制部分减振系统包括工控机系统的减振装置及其它控制系统的安装保护装置。减振系统减轻动力系统引起的振动，确保控制装置安全正常使用。

如上所述的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其液压部分包括变量泵9、方向控制阀17、电液比例溢流阀14、定量马达11和辅助元件。变量泵9提供系统所需压力油，其输出流量的变化满足系统工况：拧紧螺母时输出马达转速所需流量，完成工作后压力油通过三位阀中位卸载，且输出流量趋于零，避免系统油液温度升高过快，使系统工作性能稳定。方向控制阀17用于实现马达的正转、停止及反转，正转时拧紧螺母，停止时系统保压，反转时处于放松状态，方便操作。电液比例溢流阀14用于调节系统的工作压力，压力值在0—21Mpa之间实现无级调压，满足输出扭矩值需求对应的多种系统压力值，压力值的调节通过闭环控制系统加以控制，使系统压力满足输出扭矩精度要求。定量马达11在不同油液压力的作用下输出拧紧螺母所需的各种扭矩和转速。其控制系统包括由上、下位机，上位机采用工控机4，下位机采用PLC或数据采集卡。上位机生成易于操作的人机界面，通过人机界面操作测试人员可以扩展所需要紧固的各设备的信息，可以控制紧固过程的开始、进行与完成；实现实时数据、历史数据的记录与查询。通过PLC或数据采集卡等控制相应的电磁阀、液压泵开停，按操作测试人员的控制指令进行控制。

本发明的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机操作时，通过滚动车轮13将自动控制多种扭矩值的紧固件组装机移动到工作位置，打开所述四个外伸支撑机构6，保证设备工作时的平稳性。打开所述工控机4，如果所要紧固的螺栓在微机系统中没有信息，可以通过可视化程序输入设备名称、螺栓的名称、螺栓的部位、螺栓的尺寸、螺栓的紧固值等，如果螺栓信息已在微机中，可以通过可视化程序选定需紧固的螺栓的编号，工作人员操作所述软轴1，选用合适的螺栓套筒，安装到对应序号的螺栓上。通过驱动上位机可视化程序上的驱动按钮，驱动液压系统工作。所述变量泵9提供系统所需压力油，其输出压力油流量的变化满足系统工况：拧紧螺母时输出马达转速所需流量，完成工作后压力油通过所述方向控制阀17中位卸载，且输出流量趋于零，避免系统油液温度升高过快，使系统工作性能稳定。所述方向控制阀17可以用于实现马达的正转、停止及反转，正转时拧紧螺母，停止时系统保压，反转时处于放松状态，方便操作。所述电液比例溢流阀14用于调节系统的工作压力，实现工作时因多种扭矩值需求而使系统有多种压力的变化需要，压力值的波动通过闭环控制系统加以控制，使系统压力满足扭矩精度要求。所述定量液压马达11在不同油液压力的作用下输出拧紧螺母所需的各种扭矩和转速。

当螺栓紧固值达到要求后，工控机程序会发出警报声，此时，通过数据搜集卡或PLC传送过来的所述流量传感器15 和压力传感器16的值进入相关数据库，并计算出相应的扭矩值也保存在数据库中，另外可将设备名称、被安装螺栓的名称、部位、顺序号、每个螺栓的紧固时间等信息储存到数据库中，实现对数据的实时采集、处理、存储，实现信息化管理。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (3)

1.一种自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：紧固件组装机采用移动式，可以在地面上推动，其动力部分与接收力矩的扭矩套筒采用柔性连接结构方式，扭矩的传输接头是可换的，扭矩传输的软轴及可换的紧固螺栓头，可以随时变换不同的作业位置，每个螺栓接受扭矩达到固定值时能够自动存在计算机中，并随计算机程序自动对应管理项目要求；紧固件组装机包括机械部分、液压部分和控制部分，液压部分和控制部分固定在机械部分上，机械部分包括扭力扳手执行装置、移动小车(2)及机架、减速装置(12)、液压动力减振装置、控制部分减振装置，扭力扳手执行装置包括扭矩套筒、快速换套筒装置、软轴(1)、连接法兰，快速换套筒装置可方便快捷地更换M6～M24的螺栓套筒，移动小车(2)及机架包括手推小车、整体机架、外伸支撑机构(6)，移动小车(2)采用手推轮式移动，外伸支撑机构(6)能快速平稳的放置到位，确保机器满负荷工作时的平稳性；减速装置(12)采用新型低速增力装置，确保大扭矩、低转速，同时减轻系统重量，液压动力减振装置提供驱动电机、液压系统的安装结构和保护，减轻动力系统引起的振动，确保整个机器正常安全工作，控制部分减振装置包括工控机(4)系统的减振装置及其它控制系统的安装保护装置；对于扭矩要求小于600Nm的螺栓采用液压驱动紧固形式，对于600Nm以上的螺栓采用电力驱动紧固形式。

2.根据权利要求1所述的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：液压部分包括变量泵(9)、方向控制阀(17)、电液比例溢流阀(14)、定量马达(11)和辅助元件，变量泵(9)提供系统所需压力油，其输出流量的变化满足系统工况，拧紧螺母时输出马达转速所需流量，完成工作后压力油通过三位阀中位卸载，且输出流量趋于零，避免系统油液温度升高过快，使系统工作性能稳定；方向控制阀(17)用于实现马达的正转、停止及反转，正转时拧紧螺母，停止时系统保压，反转时处于放松状态，方便操作；电液比例溢流阀(14)用于调节系统的工作压力，压力值在0—21Mpa之间实现无级调压，满足输出扭矩值需求对应的多种系统压力值，压力值的调节通过闭环控制系统加以控制，使系统压力满足输出扭矩精度要求；定量马达(11)在不同油液压力的作用下输出拧紧螺母所需的各种扭矩和转速。

3.根据权利要求1或2所述的自动控制多种扭矩值的紧固件组装机，其特征在于：控制系统包括上、下位机，上位机采用工控机(4)，下位机采用PLC或数据采集卡，上位机生成易于操作的人机界面，通过人机界面操作测试人员可以扩展所需要紧固的各设备的信息，可以在上位机上设置设备名称、螺栓的名称、螺栓的部位、螺栓的尺寸、螺栓的紧固值信息，实现对各种设备螺栓紧固件的微机控制紧固作业，在设备启动前预设所有螺栓的紧固扭矩值，可以控制紧固过程的开始、进行与完成，实现实时数据、历史数据的记录与查询；通过PLC或数据采集卡控制相应的电磁阀、液压泵开停，按操作测试人员的控制指令进行控制。