CN1041558A - 螺母旋拧设备 - Google Patents

Abstract

将相对设置的夹紧螺母与延伸件拧上连接部件或自其上拧下的设备，各连接部件的延伸件与一用来同时张紧各连接部件的环相互配合，特征在于；此设备包括用来使其绕该环移动并进行导向的滑架、用来移动与转动待拧上与拧下之延伸件的可脱开的装置、用来转动待拧上与拧下之夹紧螺母的可脱开的装置，这些装置由滑架支承，可沿平行于延伸件轴线的轴移动，而其速度与螺母或延伸件在其拧上或拧下过程中的运动速度一致。

Description

本发明涉及一种将至少一个螺母拧到连接部件上或自其上拧下的设备与方法。

在采用螺旋连接部件的工业装置中，一般借张紧装置对连接部件施加拉力，使其保持在预应力状态下，并在施加此拉力时，把保持连接部件位置的螺母拧上或拧下。

例如，特别是在工业部门中用的压力罐就属于上述情形，具体地说，在核工业、化学工业或石油化工工业等部门，必须将夹紧和支承螺母拧到各个连接部件上或从其上拧下，此种连接部件可以是一种螺栓，当用适当装置把拉力加到全部连接部件上时，再将张紧螺母拧到各个连接部件上。

在汽车工业与航空工业中也是如此，其中采用了为数众多的连接部件。

一般要用相当多的连接部件，并且相互靠得较近，因而在每次调整时，都必须对各个连接部件一方面要拧上或拧下张紧螺母，另一方面要拧上或拧下支承螺母。

连续地拧上或拧下不同螺母的操作费时而又要求准确，且只能自动地进行。

于是，本发明之目的在于提供一种设备与方法，用来将相对配置的螺母在连接部件上自动地拧上与拧下，此种设备与方法能简化操作步骤，而无害于设备与其环境的固有安全度。

这样，本发明目的之一在于提供一种设备，用来在一批连接部件上拧上或拧下相对配置的夹紧螺母与延伸件，各连接件上的此种延伸件与一用来使这批连接部件同时张紧的环配合工作，此设备的特征在于包括：

用来使此设备沿张紧连接部件的环移动并进行导向的滑架;

用来移动和转动待拧上或拧下延伸件的可脱开的装置;

用来转动待拧上或拧下夹紧螺母的可脱开的装置，

以上装置由滑架支承并可沿着与连接部件轴线平行的轴移动，而其速度则与螺母或延伸件在其拧紧或拧松过程中的速度一致。

本发明的另一目的在于提供一种方法，用来将一批连接部件和相对配置的一夹紧螺母与一延伸件拧上或拧下，特征在于：

将夹紧螺母拧到各连接部件的螺纹端上;

将一自动旋拧设备定位到各连接部件中之一处;

用上述旋拧设备将一延伸件装到连接部件的螺纹端上;

用上述旋拧设备转动此延伸件，设备随着此延伸件以相同速度连续运动，直至达到所需位置;

使旋拧设备从此延伸件上脱开，并对每个延伸件重复这项作业;

用这些延伸件使全部连接部件同时张紧;

然后再用此旋拧设备将各个夹紧螺母拧上，依次地将旋拧设备置于各夹紧螺母上，同时设备随着夹紧螺母以相同速度连续运动直至达到所需位置;

连接部件的张紧步骤完成，最后用此同一设备依次地拧下这些延伸件。

借助于以下实例的附图和说明，可更好地理解本发明，在附图中：

图1是用来张紧连接部件的环的示意性顶视图，本发明的拧紧与拧松设备在此环上移动。

图2是本发明之整个设备的正视图。

图3是本发明之设备的顶视图。

图4是沿图2中4-4线的剖面图。

图5是本发明设备之支承与导向滑架的正视图。

图6是图5的顶视图。

图7是使此设备绕张紧环运动的驱动机构的剖面简图。

图8是用来将夹紧螺母拧到连接部件上或自其上拧下的齿轮系的示意性透视图。

图9是拧紧或拧松夹紧螺母用上述齿轮系的位置检测系统的示意性透视图。

图1所示为环1，用来同时张紧一批由具有垂直轴线的大尺寸螺栓（例）构成的连接部件2。

上述连接部件2是用来将一法兰3保持在一压力罐（例，图2）的固定凸缘4上，这些连接部件2等距分布在此固定凸缘的周边上。

圆形法兰3通过这些连接部件2压贴在固定凸缘4上，为此，各连接部件由一夹紧螺母5锁定。各夹紧螺母5上有一齿轮轮周5a。

张紧环1呈圆形，它具有与连接部件2数量相同的缸体6。这些缸体6插入环体1中，等距分布，且都配有一活塞7，后者装有密封件，在加压流体作用下动作。

在张紧连接件和拧紧或拧松它们的作业中，法兰3借助由小棒（例）构成的连接装置8挂于凸缘4上。同样，张紧环1也以由小棒（例）构成的连接装置悬于法兰3下方，这里的连接装置连接到隔离杆11上，后者由螺母与螺栓12固定到环1上。

在连接部件2的螺纹端，面对夹紧螺母5，拧上一延伸件13，后者通过活塞7并在其相对一端配有一具球形支承面之垫圈15和螺母14。此外，延伸件13在其底部有两个销子16，用来传递拧紧或拧松的圆周运动，这在后面将会谈到。

在张紧环1的周边上具有装于其上或在环体上加工出的运行轨道17，以总参考号10标明的拧紧与拧松设备可在此轨道上移动。

此拧紧与拧松设备由以下三个系统构成：

在此整个设备的运行轨道17上供支承与导向用的滑架20，

用来将延伸件13拧到连接部件2上或自其上拧下的系统30，

用来拧上或拧下夹紧螺母5的系统40。

首先参看图2、3、5与6来描述滑架20。

滑架20包括一水平板200，下面由周知的连接装置（未示明）固定着两个小车201（图3、5与6）。

各小车201包括一承载辊202、水平地在运行轨道17外侧滚动的固定辊203、以及在该运行轨道内侧水平地运动的可调辊204。

可调辊204装在绕立轴A（图3与6）转动的杆上，并可通过一杆205将其置于工作位置上。

滑架20以及此整个设备绕张紧环1所作圆周运动是靠安装在液压马达208（图7）的轴207端部的鏈轮206进行的。鏈轮206装在一底座209上，后者可绕设在水平板200上的一垂直枢轴210转动（图3）。

鏈轮206与一滚鏈18啮合，后者固定在张紧环1周边上加工出的一条槽内。

朝向连接部件2螺纹的方向。

延伸件13借助于套314与销子16由马达313带动而旋转，拧到连接部件2的螺纹端上;随着此旋拧过程的进行，气动一油压蓄力器310便卸压，推力下降，但不会降到低于此运动中系统的质量。这样，此种旋拧动作是在很小的垂直阻力下进行的。

臂305有两项用途，这是由于它可在拧紧与拧松作业中补偿延伸件的重量，而且它能使此延伸件为马达313所驱动而旋转，并伴随着延伸件的运动，以同样的速度连续地运动到所需位置上。

一旦进行了上述作业，操作人员便可将臂305降低、松开滑架20并重新起动马达208，这样便可将此整个设备再次驱动至下一个连接部件。

对各个连接部件重复上述作业。

应该注意到，气动一油压蓄力器310使得操作非常灵便，确保在开始时有一等于延伸件重量的不变的推力，并随着蓄力器的卸压，推力成比例地减小。由于此蓄力器可调节到在行程终端给出一近似于延伸件重量的力，就能以接近于零的垂直阻力来拧上螺纹的最后几圈，这就是说，在拧紧过程中，螺栓本身接受了延伸件13的重量。

马达313的浮动式支承，保证了即使连接部件2在水平方向不与其插座对准时，也能进行作业。

可以在任何瞬间确定补偿臂305的高度，而补偿臂高度的正确位置取决于套314在延伸件端部下恒定的接触。这一条件借助气动一油压蓄力器310而得以实现。

当所有的延伸件均已拧上，便通过一合适的系统（未示明）对张紧环1的所有油缸同时供应工作液，以便通过活塞7、垫圈15与螺底座209绕枢轴210的转动由杆211控制，这样，在需要将此设备卸下时，可将鏈轮206从滚鏈18上脱开，而在进行工作时，可使杆211锁定在一可调制动器212（图3）上，让鏈轮206与滚鏈18保持啮合。

整套设备10可通过滑架20绕张紧环1进行圆周换位，为此，该滑架设有一接近式传感器213（图2与3），该传感器安装在固定在水平板200上的一个角形件214上。传感器213上装有两个可使其沿垂直方向调节的螺母215。

传感器213与一由螺丝217头部形成的接受器216配合工作，此螺丝安装在隔离杆11外侧紧固螺栓12延伸部上内带螺纹的套218上。

于是，此设备只有一个设在滑架20上的传感器而具有与连接部件2数量相同的接受器。传感器213与接受器216之间的工作间隙由螺丝217调节。

下面对照图2与4描述用来将延伸件13拧到连接部件2端部上或自其上拧下的系统30。

此系统有一呈水平U形由金属制成的固定滑道301，此滑道焊接在水平板200上。在滑道301各分支端部则装有一可折卸的可调滑道302。

固定滑道301一方面在其中间高度处设有两个带立轴且在环1侧面滚动的辅助辊303，另一方面设有一可收缩的进入张紧环1环形槽中的掣子304（图2）。掣子304可不考虑任何参考标志而定位。

在滑道301与302内部装有一补偿臂305，它具有一垂直以可自由转动的方式装在一管套410上，后者借助螺距为P2的左旋内螺纹拧装在蜗杆403上。

上方端板407a支承一液压马达411，后者的轴412（图8）旋转地带动一设在端板407a下的齿轮413。齿轮413与一键合在轴套410上的齿轮414啮合，此轴套又可与鏈轮415一起转动。

此外，小齿轮401则键合到轴416上，后者装配成可在设置于端板407a与407b之间的两个小端板417a与417b中间自由地转动。同时，端板417a与417b则安装成可在轴套410上自由转动。

鏈轮418也装在轴416上得以与后者一起转动，并通过装有张紧器420与421（图3与8）的滚鏈419连接轴套410上的鏈轮415。

包括小端板417a与417b、小齿轮401、轴416与鏈轮418的系统，在油缸422（图3）的作用下绕轴套410转动，以使小齿轮401能与夹紧螺母5上的齿轮轮周5a接触。

油缸422的一端固定在连接着端板407a与407b的轴423上，而其另一端则装在紧固于小端板417a与417b上的轴424上。

如图9所示，小齿轮401在任何时刻都可借助一电位计425保持其垂直方向的位置。此电位计装在固定在底座402与杆405上的一立板426上，后者还用来作为蜗杆403与轴404的加强板。

电位计425的指针427由一根连在上端板407a上而随小部分与水平端。补偿臂305的垂直部分装有辊306，可使此臂在滑道301与302构成的系统内无摩擦地滑动。

补偿臂305通过一环307挂于板200之下，在此环之下则接装一双动液压油缸308，后者再通过一环309固定到臂305上。液压油缸308连至一气动一油压蓄力器310上。

补偿臂305的垂直位置由一线性变化电位计311检测出，后者的一端固定到板200上，而另一端固定到臂305上。

补偿臂305的水平端经由一端板312支承一液压或其它类型的马达313，后者驱动一套314，此套则借助销子16来拧紧或拧松延伸件13。套314座落在一推力滚珠轴承315上，而端板312则位于一自润滑的垫圈316上。端板312装配时留有充分的径向间隙，能使端板312、马达313套314组成的系统与延伸件13的基准轴线自动对准。

插于臂305圆形插座中的销子317使端板312保持原有位置，以免在马达313起动时发生任何转动。

拧紧或拧松系统40（图2与3）用来通过固定在滑架20上的马达装置所驱动的小齿轮401将转动传给夹紧螺母5。

为此，上述系统包括一固定在板200上的底座402、螺距P2与夹紧螺母5螺距相等但反向的蜗杆403、以及一光轴404。蜗杆403与光轴404为垂直的，底端都固定在基座402上，而二者的顶端则通过由螺母406紧固的杆405彼此连接。

上述系统还包括两个在一端由轴套408连在一起的端板407a与407b，该轴套通过一滚珠衬套409装在光轴404上，使得它能容易地沿着轴404滑动。端板407a与407b的另一端则齿轮401运动的杆428操纵。

各不同系统通过随滑架20移动的按鈕型控制板19（图2）进行控制。

上述设备的操作步骤如下：

当连接部件2已拧上固定凸缘4上且法兰3已放置到该凸缘4上时，借助于小连接杆8将夹紧螺母5拧到各连接部件2的螺纹端上。

如上述旋拧操作是借助电动或气动的拧紧装置（例，未示明）来完成的，后者的转矩须调节到一相当低的值，以便当螺母5一旦与法兰3接触便停止拧紧。

一旦对所有连接部件2进行过上述操作后，便使延伸件13与各连接部件的螺纹端啮合，然后，借助于隔离杆11使由法兰3支承的环1安置就位。延伸件13的自由端通过环1的活塞7，其间留有间隙。

此时，由自动旋拧设备10将各延伸件完全拧入。

为此，借助于杆211使鏈轮206与滚鏈18啮合。马达208驱动鏈轮206，而此整个设备则通过小车201在运行轨道17上运动。

一旦传感器213到达与接受器相对216的位置时，马达208即停转，使得补偿臂305的端部面对着一连接部件2，然后掣子304便伸进环1上的圆形槽中。

通过按鈕型控制板19，操作人员可开动油缸308，使臂305在滑道301、302中垂直移动。

气动一油压蓄力器310开始时供给一稍大于由延伸件13、螺母14与垫圈15构成系统的总重的力，这样便将此系统推到垂直地母14施加拉力来张紧所有连接部件2。

当所有的连接部件2保持拉伸状态时，便用此拧转设备10完成夹紧螺母5的拧紧工作。

为此，用马达208带动鏈轮206，从而使整个设备在运行轨道17上移动。一俟传感器213到达一与接受器216相对的位置，马达208即停转，而掣子304便进入环1的圆周槽中，从而使整个设备就位。

小齿轮401处于其回撤位置，而齿轮系413、414与401在开动马达411后便垂直朝向夹紧螺母5的齿轮轮周5a，而此马达411则转动小齿轮413、414与鏈419。与轴套410相连的小齿轮414带动轴套410在蜗杆403上转动，这样便引起了端板407a、407b、417a、417b和小齿轮401的移动。

当电位计425测出小齿轮401的位置对应于齿轮轮周5a的位置时，马达411便自动停转。油缸422则使端板417a、417b绕轴套410转动，直到小齿轮401与齿轮轮周5a啮合为止。为便于这些齿的啮合，在接触时重新起动马达411，后者带动小齿轮413，而小齿轮413又带动小齿轮414、轴套410、鏈轮415与鏈419。

鏈419又带动鏈轮418与小齿轮401，后者驱动齿轮轮周5a，从而就引起了螺母5的拧紧作业。

我们采用下列符号：

P1：螺母5的螺距，

P2：蜗杆403与轴套410的螺距（左旋），

Z5a：齿轮轮周5a上的齿数，

Z401：小齿轮401上的齿数，

Z418：鏈轮418上的齿数，

Z415：鏈轮415上的齿数，

Z414：齿轮414上的齿数，

Z413：（传动）齿轮413上的齿数，

比例关系如下：

Z5a＝N×Z401而Z415＝N×Z418

这意味着鏈轮415是以与齿轮轮周5a相同的速度W415反向转动的。

Z414＝Z413。

因此W414＝W415，此时小齿轮作转动连接。

W401＝W418，此时小齿轮作转动连接。

因此，传动小齿轮413是以与夹紧螺母5上齿轮轮周5a相同的速度转动。

可以看到，当螺母5拧上连接部件2时，每一转便上升一个螺距P1，而以同样速度转动的轴套410驱动着所有端板407a、407b、417a与417b按与螺母5同样的垂直方向和同样的速度运动。

结果，由上述齿轮系组成的传动装置在螺母向上运动进行拧紧或朝下运动进行拧松的垂直运动中完全伴随着它运动。

小齿轮401立轴的位置在任何时刻都可由电位计425确定，后者的指针427追随着上方端板407a的运动。

在上述作业过程中，轴404构成了一种导向件和一种在马达411起动时防止转动的装置。

一旦拧上螺母5，操作人员便停转马达411，同时通过油缸422的作用从齿轮轮周5a上撤退小齿轮401。

然后通过设备10在运行轨道17上的移动，对各个夹紧螺母5重复以上作业。

这样看来，本发明的设备是能够自动地将一系列设置在同一公共立轴上的螺母进行拧紧与拧松作业，并随着螺母的运动而运动。由于滑架能对着各个连接部件自动停止，因而也可以对本设备进行快速调整。结构紧凑的小车便于在安装前进行简便的调节，同时当停止作业期间需卸下滑架时，可使可调辊快速脱开。

掣子304上可装上由周知部件构成的气动或液压伺服控制系统，它对小车辊轮起保护作用，主要是保护它们的轴，当延伸件落在补偿臂上时可免受过大的扭矩。

不过，上述掣子还装有接近传感器类型的电动安全装置，以免滑架在掣子处于钩住状态时发生运动。

此外，本设备还能在整个作业期间施加一恒定的工作扭矩，这样就能避免形成附加的力而使接触表面发热，同时能避免连接部件自由部分发生弯曲。

本发明的设备特别适用于容器、压力箱、人孔、手孔、渦轮机、液压阀等，可用在核工业、石油化工或化工工业装置中封闭件的紧固，亦可用于汽车与航空工业中的同样目的。一般地说，本设备可用于采用螺旋连接部件的许多工业装置中。

Claims (19)

1、用来将相对设置的夹紧螺母(5)与延伸件(13)拧到一批连接部件(2)上或自其上拧下的设备，各连接部件(2)的延伸件(13)与一用来同时张紧这些连接部件的环(1)配合工作，特征在于，此设备包括：

一滑架(20)，用来使此设备绕张紧连接部件(2)的环(1)运动并进行导向；

可脱开的装置(30)，用来平移和旋转地驱动待拧上或拧下的延伸件(13)；

可脱开的装置(40)，用来旋转地驱动待拧上或拧下的夹紧螺母(5)，

上述两种装置由滑架(20)支承，并可沿着平行于连接部件(2)之轴线的轴移动，而移动速度则与螺母(5)或延伸部件(13)在拧紧或拧松过程中移动的速度相同。

2、如权利要求1所述的设备，特征在于，滑架（20）包括：一块板（200），它支承至少一台小车（201），后者与设在环（1）周边上的运行轨道（17）配合工作;用来驱动此滑架绕环（1）运动的装置（206、207、208）;用来绕此环换位的装置（213），以及用来将此滑架锁定于该环上一固定位置的装置（304）。

3、如权利要求2所述的设备，特征在于：上述小车（201）包括一承载辊（202）、水平地在运行轨道（17）外侧滚动的固定辊（203）、以及一水平地在此运行轨道内侧滚动的可脱开的辊。

4、如权利要求2所述的设备，特征在于：驱动装置包括一由马达（208）带动且与设在环（1）周边的一鏈（18）配合动作的鏈轮（206），后者安装在板（200）上，且在一与鏈（18）脱开位置和啮合位置之间绕枢轴转动。

5、如权利要求2所述的设备，特征在于：所述换位装置与接近式传感器（213）的形式相同，可垂直调节并装在板（200）上，同时与设在各个连接部件（2）上的接受器（216）配合工作。

6、如权利要求1所述的设备，特征在于：用来平移和转动延伸件（13）的装置，其形状如同一臂（305），它能补偿延伸件的重量并可在装于滑架（20）的板（200）下方的滑道（301，302）中垂直运动。

7、如权利要求6所述的设备，特征在于：臂（305）包括垂直部分和用来支承各构件（313、314、315）以驱动延伸件（13）的水平部分。

8、如权利要求6和7所述设备，特征在于：臂（305）的垂直运动由与一气动一油压蓄力器（310）相连的双动液压油缸（308）控制。

9、如权利要求8所述的设备，特征在于：上述油缸（308）的一个部件是固定在滑架（20）的板（200）上，而其另一部件则固定在臂（305）上。

10、如权利要求6所述的设备，特征在于：臂（305）上装有探测其位置的装置（311）。

11、如权利要求1所述设备，特征在于：用来转动夹紧螺母（5）的装置（40）包括一光轴（404）与一蜗杆（403），后两者安装在滑架（20）的板（200）上，同时一齿轮系（401、410、414、415、418）在其上移动。

12、如权利要求1所述设备，特征在于：上述齿轮系包括一小齿轮（401），后者在控制装置（422）的作用下，可在与螺母（5）切向啮合的第一位置与螺母脱离的第二位置间绕枢轴转动。

13、如权利要求11所述的设备，特征在于：小齿轮（401）支承在端板（417a、417b）上，后者可绕拧在蜗杆（403）上的轴套（410）作自由转动，上述端板远离小齿轮（401）的端部而与控制装置（422）连接。

14、如权利要求11所述的设备，特征在于：小齿轮（401）安装在可在端板（417a、417b）上自由转动的轴（416）上，并由一与鏈（419）配合工作的鏈轮（418）驱动。

15、如权利要求14所述的设备，特征在于：上述鏈（419）用一固定在轴套（410）上的鏈轮（415）带动，此轴套与小齿轮（414）一起转动，而此小齿轮则与由马达（411）驱动的小齿轮（413）配合工作。

16、如权利要求11所述的设备，特征在于：小齿轮（413）与马达（411）支承在端板（407a、407b）上，此端板使轴套（410）可自由转动且通过在轴（404）上滑动的轴套（408）相互连接。

17、如权利要求11所述设备，特征在于：它装备有用来探测小齿轮（401）位置的装置（425、427、428）。

18、将相对配置的一夹紧螺母（5）与一延伸件（13）拧到一批连接部件（2）上或自其上拧下的方法，特征在于：

将夹紧螺母（5）拧到各连接部件（2）的螺纹端上;

将一自动旋拧设备（10）定位到各连接部件（2）中之一处;

用上述旋拧设备（10）将一延伸件（13）啮合到各连接部件（2）的螺纹端上;

用上述旋拧设备（10）转动此延伸件（13），设备随着此延伸件以相同速度连续运动，直至达到所需位置;

使旋拧设备（10）从延伸件（13）上脱开，并对每个延伸件重复此项作业;

通过各延伸件（13）使全部连接部件（2）同时张紧;

然后再用此旋拧设备（10）将各夹紧螺母（5）进一步拧紧，依次地使前者定位到各夹紧螺母（5）上，设备随着此螺母以相同速度连续运动，直至达到所需位置;

连接部件（2）的张紧步骤完成，最后用此同一设备依次地拧下这些延伸件。

19、如权利要求18所述的方法，特征在于：此方法用于如权利要求1至17所述的拧上或拧下的设备上。

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