CN107717817B - 用于螺栓紧固装置的控制系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于螺栓紧固装置的控制系统，所述螺栓紧固装置包括：支座；执行单元，安装在所述支座上，用于沿着相应螺栓的延伸方向张拉所述螺栓并将所述相应螺栓上的螺母拧紧；行进单元，安装在所述支座上，用于带动所述螺栓紧固装置沿所述多个螺栓布置的路径行进，所述控制系统包括：执行控制模块，用于控制所述执行单元的操作；行进控制模块，用于控制所述行进单元的操作；控制器，与所述执行控制模块和行进控制模块通信，以命令所述执行单元张拉螺栓并紧固螺母，并命令所述行进单元向前行进，使螺栓紧固装置在完成一个螺栓的紧固操作之后运动至下一个螺栓处。该控制系统自动地实现螺栓的紧固，降低人工操作投入，提高安装质量。

Description

用于螺栓紧固装置的控制系统
技术领域
本发明涉及螺栓安装紧固领域，具体地说，本发明涉及一种用于螺栓紧固装置的控制系统。
背景技术
MW级风力发电机组主要由塔架、主机以及叶轮组成，其中塔架通常是多个钢制塔架段组成，而塔架段通常为两端具有环形法兰的薄壁筒形结构。在环状法兰上通常在圆周方向上均布有若干螺栓通孔，连接螺栓及配套垫圈、螺母通过这些螺栓通孔将相邻塔架段连接在一起。
在吊装塔架段时，将底段塔架段安装到基础上并将两个塔架段对中后，作业人员先将环形法兰处的所有螺栓安装好并手动预拧紧，然后使用液压拉伸器将所有螺栓按工艺顺序多次张拉。张拉时，先将液压拉伸器通过人力放置在要紧固的螺栓处，然后旋动拉杆使拉杆和要紧固的螺栓或锚栓端部通过螺纹连接在一起，然后给液压缸供油，通过拉杆使螺栓或锚栓拉伸，直到达到预先设定好的压力值。之后，人工使用扳手旋动螺母，直到到达预定扭矩。最后卸掉液压缸中的高压，将拉伸器从紧固好的螺栓上拆卸下来并移动到下一个螺栓处执行同样的紧固操作。
在整个作业过程中，每紧固完一个螺栓，都需要将液压拉伸器拆卸下来，然后手动放置在另外一颗螺栓处。由于塔架法兰处螺栓个数较多，且液压拉伸器通常较重，因此现场人员作业量非常大。同时每紧固完一颗螺栓，都需要拆卸和重新安装设备，这造成时间的浪费以及现场安装效率的降低。另外，现场都是人工紧固螺栓，螺栓安装质量不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于螺栓紧固装置的控制系统，以自动地实现螺栓的紧固，降低人工操作投入，提高安装质量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于螺栓紧固装置的控制系统，所述螺栓紧固装置用于对安装在部件上的多个螺栓进行紧固，所述螺栓紧固装置包括：支座；执行单元，安装在所述支座上，用于沿着相应螺栓的延伸方向张拉所述螺栓并将所述相应螺栓上的螺母拧紧；行进单元，安装在所述支座上，用于带动所述螺栓紧固装置沿所述多个螺栓布置的路径行进，所述控制系统包括：执行控制模块，用于控制所述执行单元的操作；行进控制模块，用于控制所述行进单元的操作；控制器，与所述执行控制模块和行进控制模块通信，以命令所述执行单元张拉螺栓并紧固螺母，并命令所述行进单元向前行进，使螺栓紧固装置在完成一个螺栓的紧固操作之后运动至下一个螺栓处。
优选地，所述控制系统还包括位置识别模块，所述控制器从所述位置识别模块接收关于所述执行单元与螺栓之间的相对位置关系的信息，并向所述行进控制模块发送信号以控制所述行进单元，使得所述执行单元与相应螺栓对准。
优选地，所述位置识别模块为影像识别模块，所述控制器通过所述影像识别模块发送的信息来判断相应螺栓的位置。
优选地，所述执行单元包括拉伸头、驱动所述拉伸头旋转的第一电机、驱动所述拉伸头升降的液压缸、设置在所述拉伸头下方的拨动盘以及驱动所述拨动盘旋转的第二电机，所述拉伸头与相应螺栓的端部结合，所述拨动盘与相应的螺母接合，所述执行控制模块包括用于控制所述第一电机和第二电机的第一电机控制模块以及用于控制所述液压缸的操作的液压控制模块。
优选地，所述控制系统还包括通信模块和数模转换模块，所述控制器通过通信模块和数模转换模块向所述第一电机控制模块发送控制信号，并且从所述第一电机控制模块接收所述第一电机和第二电机的操作信息。
优选地，所述液压控制模块通过控制与所述液压缸连接的液压控制阀的动作，来控制所述液压缸的操作。
优选地，所述控制系统还包括设置在所述液压缸上的直线位置传感器，用于检测所述液压缸的操作信息，并通过所述通信模块向所述控制器发送所述操作信息。
优选地，所述行进单元包括驱动齿轮以及驱动所述驱动齿轮旋转的第三电机，所述行进控制模块包括用于控制所述第三电机的第二电机控制模块，所述控制器通过通信模块和数模转换模块向所述第二电机控制模块发送信号，并且从所述第二电机控制模块接收所述第三电机的操作信息。
优选地，当所述执行单元与相应螺栓对准时，所述控制器执行以下控制操作：通过所述液压控制模块，控制所述液压缸收缩，从而驱动所述拉伸头运动至与相应螺栓的端部相接的位置；通过所述第一电机控制模块控制所述第一电机驱动所述拉伸头旋转而与所述相应螺栓螺纹啮合，同时命令所述液压缸继续收缩，直到所述拉伸头与螺栓完成啮合；通过所述液压控制模块，控制所述液压缸伸出而张拉所述相应螺栓，直到达到预设拉力值；通过所述第一电机控制模块，控制所述第二电机驱动所述拨动盘拧紧相应螺母；控制液压控制模块和所述第一电机控制模块，以释放被紧固的螺栓并使所述拉伸头与所述螺栓脱离；通过所述第二电机控制模块，控制所述第三电机驱动所述驱动齿轮向前行进一个齿，而使所述螺栓紧固装置运动至下一个螺栓处。
优选地，在释放螺栓时，控制器向所述液压控制模块发送信号使所述液压缸的活塞杆收缩以使对螺栓的拉力降为零，然后向所述第一电机控制模块发送信号以控制所述第一电机驱动所述拉伸头反向旋转而与螺栓脱离啮合，同时使所述液压缸继续伸出以驱动所述执行单元与所述螺栓分开预定距离。
优选地，所述控制系统还包括设置在所述行进单元上的接近开关，所述行进控制模块通过所述接近开关对已经紧固的螺栓进行计数，并通过I/O模块将计数信息发送给控制器。
优选地，所述控制系统还包括操作面板，以接收人工输入的与紧固螺栓相关的参数。
优选地，所述参数包括拉伸头对螺栓施加的预设拉力值以及拨动盘拧紧螺母时的预定扭矩值。
根据本发明的实施例的螺栓紧固装置实现了螺栓的自动张拉，仅需事先预紧螺栓之后便可自动紧固螺栓，从而降低现场人员在紧固螺栓时投入的劳动强度，并提高了紧固效率，缩短了各种设备的装配时间，降低了成本。此外，通过自动地控制紧固操作，根据各种设备的型号要求等设定好各个参数，能够显著提高紧固精度，并且使各个螺栓的紧固度相同，可以更好的控制螺栓现场安装质量。
此外，螺栓紧固装置通过设置可拆卸或可更换规格的拉伸头和拨动盘等部件，能够适应于各种应用场合。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的螺栓紧固装置的结构示意图；
图2是图1所示的支座的示意图；
图3是图1所示的执行单元的示意图；
图4是沿图3的线A-A截取的局部剖视图；
图5是图3所示的执行单元的立体视图；
图6是执行单元的拨动盘的示意图；
图7是沿图6的线B-B截取的剖视图；
图8是图6所示的拨动盘的立体视图；
图9是图1所示的行进单元的示意图；
图10是图1所示的支撑单元的示意图；
图11是沿图10的线C-C截取的剖视图；
图12是图10所示的支撑单元的立体视图；
图13是根据本发明的实施例的螺栓紧固装置处于作业状态的示意图；
图14是根据本发明的实施例的螺栓紧固装置处于作业状态的另一局部示意图；
图15是沿图14的线D-D截取的局部剖视图；
图16是根据本发明的实施例的控制系统的架构图；
图17是根据本发明的实施例的螺栓紧固装置的操作流程图。
附图标记说明：
1：支座，11：导轨，12：底板，13：把手；14：直线轴承，15：导轴，16：顶板，17：支撑块，2：支撑单元，21：弹簧销，22：滚轮，23：弹簧，24：枢转板，25：自由端，26：耳板，27：螺栓紧固件28：连接端，3：执行单元，31：液压缸，32：连接板，33：第一动作单元，34：筒体，35：第二动作单元，36：传动轴，37：拉伸头，38：拨动盘，381：外圈，382：内圈，39：弹性组件，310：影像识别模块，4：行进单元，41：固定架，42：第三动作单元，43：驱动齿轮，44：接近开关，45：感应台，46：连接件，5：塔筒段法兰，6：螺母，7：螺栓，100：控制系统，101：控制器，102：通信模块，103：数模转换模块，104：执行控制模块，105：行进控制模块，106：直线位移传感器，107：操作面板，108：I/O模块，109：第一电机控制模块，110：液压控制模块，112：第二电机控制模块，113：液压控制阀，114：第一电机，115：第二电机，116：第三电机。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
参照图1，示出了根据本发明的实施例的螺栓紧固装置，该螺栓紧固装置用于将人工预紧的螺栓紧固至预定的扭矩值，实现部件之间的连接。所应用到的多个螺栓可以以各种规则的方式布置，例如，可以呈直线排列，或者呈圆弧或周向排列。本发明所提供的螺栓紧固装置可包括支座1、安装在支座1上的执行单元3和行进单元4以及用于控制执行单元3和行进单元4的操作的控制系统，执行单元3用于在竖直方向上拉伸螺栓并拧紧螺栓上的螺母从而将螺栓紧固，行进单元4用于驱动螺栓紧固装置沿着螺栓排列的路径向前行进，从而在紧固完一个螺栓之后运动到下一个螺栓处继续进行紧固作业，直到紧固完所有的螺栓。
支座1可包括底板12，在底板12上设置有向上竖直延伸的至少两个导轴15，如图2所示。在每个导轴15上均安装有直线轴承14，以沿着导轴15上下运动。执行单元3与直线轴承14固定连接并由直线轴承14支撑，从而通过直线轴承14沿着导轴15上下运动。导轴15可以为圆柱轴，其横截面可为圆形，从而与具有相应形状的内筒壁的直线轴承14滑动或滚动配合。然而，导轴15的截面形状与直线轴承14的内筒壁的截面形状不限于圆形，只要两者能够相互配合即可。此外，直线轴承14也可以用简单的滑动套筒代替。
支座1的底部还可以设置有导轨11，用于引导螺栓紧固装置沿着多个螺栓的布置路线向前行进。当执行螺栓紧固操作时，导轨11与多个螺栓的端部相互配合，通过螺栓的端部支撑螺栓紧固装置的重量。
优选地，导轨11设置在底板12的底表面上，并且可具体地为槽形导轨。导轨11的延伸方向可以匹配螺栓的排布方式，以适应各种不同排布的螺栓。导轨11还可以可拆卸地安装在底板12上，从而可根据不同部件上的螺栓的尺寸不同而更换不同的导轨11，从而能够扩大螺栓紧固装置的应用范围。在优选的实施例中，可在底板12下方沿着移动方向前后安装两个槽形导轨，且每个槽形导轨都可容纳螺栓的端部，并且可至少容纳两个螺栓端部，从而提高接合强度，防止螺栓紧固装置滑落。除了槽形导轨之外，还可以采用其他形式，只要能够与螺栓端部配合引导行进即可。例如，可以简单地在底板12的底面上固定两个平行的板。
在底板12的上表面与导轴15之间还可进一步连接有支撑块17，以使导轴15更加稳定，并支撑直线轴承14。支撑块17安装在底板12的上表面上，导轴15安装在支撑块17上，当直线轴承14向下滑落时，可以由支撑块17的顶部支撑。显然，支撑块17并不是必须的，也可以使导轴15的下段的直径大于上段的直径来达到同样的效果。
在多个导轴15的顶端还可进一步连接有顶板16，使多个导轴15的顶端相互连接在一起，以加强支座1的结构强度，并螺栓紧固装置在操作过程中更加稳定。
底板12中以及顶板16中设置有允许执行单元3上下移动时通过的通孔或开口。
为了方便移动螺栓紧固装置，在底板12上还可以安装有把手13，以便作业人员把持。
下面参照图1、图3至图8对根据本发明的实施例的螺栓紧固装置的执行单元3进行具体描述。
执行单元3可包括与直线轴承14固定的连接板32、用于驱动执行单元3升降的液压缸31(如图1所示)和用于对螺栓进行拉伸的拉伸器。在连接板32上可以开设有多个孔，以便与直线轴承14固定连接。液压缸31用于驱动拉伸器执行张拉作业，其动臂固定地连接到连接板32的下表面上且主缸安装在底板12上，而拉伸器安装在连接板32上，从而拉伸器随着连接板32一起在液压缸31的驱动下上下运动。另外，执行单元3还可包括直线位移传感器，用来检测液压缸31的位置，其可优选地为磁致伸缩类传感器，根据液压缸的直线位移距离输出不同大小的电压或电流值反馈信号而传送给控制系统。
拉伸器具体地可以包括固定在连接板32下方的筒体34，在筒体34内安装有传动轴36，该传动轴36能够与筒体34一起上下运动同时能够相对于筒体34转动。在传动轴34的底端可拆卸地安装有拉伸头37，该拉伸头37设置有内螺纹，以与螺栓端部相啮合，从而在与螺栓端部啮合后对螺栓进行张拉。另外，在筒体34的底端可拆卸地安装有能够与螺母接合的拨动盘38，拨动盘38同样能够与筒体34一起上下运动也能够相对于筒体34转动，从而将螺母拧紧至预定扭矩值。
拉伸头37和拨动盘38可以以各种合适的方式可拆卸地安装。这样，可以根据当前需要紧固的螺栓和螺母的型号，选取合适尺寸的拉伸头37和拨动盘38来适应不同型号的螺栓和螺母。在本实施例中，若需更换，可先将筒体34拆卸下来，然后再更换拉伸头37和拨动盘38，之后再将筒体34装配上即可。不同规格的拨动盘38可具有相同尺寸的外圈和不同尺寸的内圈。
拉伸器还可以包括第一动作单元33和第二动作单元35，第一动作单元33用于驱动传动轴36和拉伸头37转动以使拉伸头37与螺栓端部进行螺纹啮合，第二动作单元35可以驱动拨动盘38转动，以拧紧螺母。具体地说，第一动作单元33可安装在连接板32上方，可包括第一电机以及与第一电机的输出轴连接的减速器，减速器的输出(可以为输出轴)与传动轴36连接。第一电机可以为伺服电机。该第一电机可以与控制系统通信，从而根据控制系统发送的控制信号而在合适的时间转动并转动要求的量。为此，在第一电机的输出轴还可设置有第一编码器，以检测第一电机的转动量，确定其输出位置信息，并向控制系统发送相应的信号。
另外，为了便于拉伸器的安装，在连接板32上可设置有开口，以允许第一动作单元33与传动轴36之间的连接。
第二动作单元35可固定在筒体34的外壁上，类似地，第二动作单元35也可包括相连接的第二电机和减速器，而减速器的输出(可以为输出轴)可通过传动机构连接到拨动盘38。第二电机可以为伺服电机，传动机构可以包括万向联轴器、齿轮副等。同样，第二动作单元35也包括用于检测第二电机的输出位置信息的第二编码器，第二编码器可将检测信息发送到控制系统，以便控制系统控制第二电机的转动。
拉伸器的拨动盘38的外圈381可被形成为齿轮结构，而内圈382可以呈六边形状，以与螺母相接合，如图6至图8所示。外圈381上的齿轮结构可经由一系列的齿轮传动机构与减速器的输出轴连接，从而在第二电机的驱动下进行转动。
除此以外，第一动作单元33和第二动作单元35都可以采用其他形式的驱动源，例如液压马达等，而不限于以上所述的电机和减速器。
在传动轴36与筒体34之间还进一步设置有弹性组件39，可选用普通弹簧、蝶形弹簧等。当传动轴36向下运动而刚开始与螺栓端部接触以便进入啮合时，弹性组件39此时处于压缩状态，从而可在轴向上对传动轴36施加向下的弹性力，以协助传动轴36与螺栓之间的初始啮合，使两者之间更容易进入啮合状态。当紧固完螺栓时，随着传动轴36脱离螺栓继续向上运动，由于传动轴36越来越远离螺栓，使得弹性组件39被拉长，而回到初始位置。
执行单元3还可包括安装在筒体34上的影像识别模块310，用于检测拉伸器当前相对于螺栓的位置，并向控制系统发送相应的信号，从而控制系统根据该信号控制行进单元的动作，以使拉伸器处于待紧固的螺栓正上方而执行张拉。具体地说，影像识别模块310可包括捕获图像的镜头或摄像机以及用于处理所捕获的图像并向控制系统发送信号的处理器。
下面对根据本发明的实施例的螺栓紧固装置的行进单元4进行具体描述。如图9所示，行进单元4具体地可包括固定架41、第三动作单元42和驱动齿轮43。固定架41可固定到支座1，具体地可以可固定到底板12。驱动齿轮43可拆卸地安装在固定架41下方，其上具有多个轮齿，这些轮齿的尺寸可被设计成与相邻的两个螺栓相啮合，这样，可根据螺栓的规格和排布选取合适尺寸的驱动齿轮43安装。
驱动齿轮43可由第三动作单元42驱动，同时，驱动齿轮43每向前行进一个齿时，行进单元4便可带动螺栓紧固装置向前行进至下一个螺栓处，从而继续对该螺栓执行紧固作业。例如，驱动齿轮43当前可与第i个和第i+1个螺栓啮合，此时拉伸器可对第i-3(具体根据螺栓紧固装置的尺寸而定)个螺栓执行紧固作业，在紧固完成之后，驱动齿轮43便向前转动一个齿，从而一个轮齿与第i+1个和第i+2个螺栓啮合，这时拉伸器与第i-2个螺栓对准，以对这个螺栓执行紧固作业。
驱动齿轮43可呈链轮状，其与螺栓之间的啮合可类似于链轮与链条的啮合。例如，可在固定架41上安装竖直的轴，然后将驱动齿轮43固定在该轴上，而第三动作单元42可与该轴连接而带动该轴和驱动齿轮43转动。
第三动作单元42可安装在固定架41之上，类似地，第三动作单元42可包括相连接的第三电机与减速器，减速器的输出(可以为输出轴)与驱动齿轮43连接，具体地可与安装驱动齿轮43的轴连接。第三电机可以为伺服电机。同样，在第三电机上也可设置第三编码器，用于检测第三电机的输出位置信息并向控制系统发送相应的信号。具体地说，控制系统可以根据从执行单元3的影像识别模块310接收到的关于拉伸器与螺栓之间的相对位置关系来控制第三动作单元42的第三电机，从而调节驱动齿轮43的位置，使得拉伸器正好处于待紧固的螺栓上方，或者拉伸器与螺栓之间的对准误差处于预定的范围之内而不影响后续的螺纹啮合和紧固。
行进单元4还可进一步包括接近开关44，该接近开关44可通过连接件46安装在固定架41上。在驱动齿轮43的每个齿上均可设置有感应台45，在驱动齿轮43转动时，感应台45可从接近开关44正下方或其附近经过。每当驱动齿轮43向前行进一个齿时，接近开关44便会感测到有一个感应台45经过并产生一个开关量信号，并将该信号反馈给控制系统。控制系统在接收到信号之后便会计数，从而能够检测当前螺栓紧固装置已经完成紧固的螺栓数量以及何时对所有螺栓完成紧固。例如，在需要紧固N个螺栓时，当第一个螺栓完成紧固而驱动齿轮43行进到下一个螺栓处时，控制系统便开始计数1，在控制系统的计数达到N时，说明紧固作业全部完成，螺栓紧固装置便可停止运行。
除此以外，根据本发明的实施例的螺栓紧固装置还包括安装在支座1上的支撑单元2，用于在螺栓紧固装置作业时将其稳定地支撑在多个螺栓的端部上，防止螺栓紧固装置相对于部件倾倒。具体地说，如图10至图12所示，支撑单元2可包括枢转板24和安装在枢转板24的自由端25的滚轮22，滚轮22能够自由转动。枢转板24的连接端28可以枢转地连接在支座1一侧，例如可连接在底板12的一侧上。这里所述的自由端25为枢转板24的不与支座1连接的一端，也就是与连接端28相对的一端。
枢转板24可相对于支座1在收起位置和限位位置之间转动。枢转板24在收起位置时大体上处于支座1上方，滚轮22不与待紧固部件接触，而在限位位置，枢转板24从支座1翻转下来，使自由端25下转动而处于支座1下方，并且滚轮22直接贴合到部件上。滚轮22能够在部件上滚动，这样一方面能够对螺栓紧固装置起支撑作用，防止螺栓紧固装置相对于部件倾倒，另一方面也不会影响螺栓紧固装置向前行进。枢转板24应具有一定的长度，以增大所能够提供的防倾倒力矩。
具体地，如图1所示，枢转板24可通过弹簧销21连接到底板12，从而能够定位在收起位置，当将枢转板24转动到限位位置时，作业人员可利用额外的螺栓紧固件等将枢转板24定位在限位位置不动。滚轮22可安装在耳板26上，而耳板26可通过螺栓紧固件27连接到枢转板24，并且螺栓紧固件27的螺母端可置于开设在耳板26上的尺寸相对与螺母端大些的槽内，而螺杆可以与枢转板24螺纹连接，从而耳板26和滚轮22相对于枢转板24和螺栓紧固件27在螺栓紧固件27的轴向上有一定的运动余量。在耳板26与枢转板24之间进一步设置有缓冲组件，以吸收振动。该缓冲组件可具体地为弹簧23，弹簧23可套在杆上，该杆的一端上可设置有螺纹并且可螺纹连接到耳板26上的螺纹孔内，另一端可置于枢转板24的相应孔内，且这一端与该孔之间没有连接关系，因此，允许耳板26与枢转板24之间具有一定的运动余量。通过弹簧23的弹性，能够在滚轮22振动时进行缓冲。除此以外，支撑单元2还可以采用其他形式的连接和缓冲结构，只要能够将滚轮22连接到枢转板26并且还具有缓冲振动的功能即可。
下面参照图16至图17对根据本发明的实施例的螺栓紧固装置的控制系统100进行描述。
控制系统100主要包括控制器101以及与控制器101通信的执行控制模块104和行进控制模块105。执行控制模块104用于控制执行单元3的操作，而行进控制模块105用于控制行进单元4的操作。
具体地说，执行控制模块104可包括第一电机控制模块109和液压控制模块110，第一电机控制模块109用于控制执行单元3的第一电机114和第二电机115的操作，从而分别控制拉伸头37和拨动盘38的动作，以命令拉伸头37与螺栓进入啮合，并命令拨动盘38拧紧螺母，从而紧固螺栓。液压控制模块110用于控制液压缸31的动作，以对螺栓进行张拉。具体地，可通过控制连接在液压缸31与外部储油箱之间的液压控制阀113(例如，比例阀)来实现对液压缸31的控制。
控制器101可通过通信模块102(例如，通信模块102上的通信接口(如RS485接口等))和数模转换模块103与第一电机控制模块109通信，其中，数模转换模块103将控制器101发送来的数字控制信号转换成模拟信号形式发送给第一电机控制模块109，然后第一电机控制模块109根据输入的控制信号(电流或电压值)的大小来驱动电机相应地动作。例如，控制器101可向这两个电机发送预设参数(如转速和圈数等)。
控制器101可通过通信模块101向液压控制模块110发送信号，液压控制模块110将接收到的信号处理后将产生的控制信号发送给液压控制阀113，液压控制阀113产生相应的动作，进而控制液压缸31直线伸缩。
行进控制模块105可包括第二电机控制模块112，用于控制行进单元4的第三电机116的操作，从而控制驱动齿轮43的运动，使得螺栓紧固装置运动到下一个待紧固的螺栓处，并且使得执行单元3与螺栓对准。控制器101命令第三电机116操作的方式与上述控制第一电机和第二电机相同，在此不再赘述。
以上的电机控制模块(或者可称为电机控制器)优选地可以为电机伺服控制器，并可配置在第一至第三电机上。
控制器101具体可采用PLC、工控机等设备来实现，可以是PLC中的中央处理器(CPU)。
如图16中所示的设置在每个电机的输出轴上的编码器E可以向控制器101反馈电机此时的输出位置信息。具体地说，编码器E可采集各个电机的转角信号并将这些信号发送给相应的电机控制模块。然后电机控制模块将这些信号进行处理后经过通信模块102发送给控制器1100，实现对各个电机的闭环控制。
这样，电机控制模块中可集成有运动控制子模块，用于将从各个编码器E接收到的转角信号处理成相应电机的转角位置信息，然后将这样的信息经通信模块102发送给控制器101。
对于液压缸31的伸缩状态，可由直线位置传感器106检测，并可产生不同大小的电压或电流值反馈信号，该反馈信号可经由通信模块102传送给控制器101，从而可实现对液压缸31的闭环控制。
控制系统还可包括位置识别模块，用于获取当前拉伸器与螺栓的之间的相对位置关系，并向控制器101发送所获取的位置信息，控制器101便可根据这样的信息向行进控制模块105发送信号以控制行进单元4，使得行进单元4与螺栓对准。具体地说，位置识别模块具体地可以为影像识别模块310，其可通过通信模块102向控制器101反馈拉伸器与螺栓之间的位置偏差的信息，控制器101便可根据这样的信息来向第二电机控制模块112发送控制信号，以控制驱动齿轮34不断动作，直到拉伸器与螺栓对准或者在允许的误差范围内，以便使拉伸头37与螺栓进入螺纹啮合。
当驱动齿轮34向前行进一个齿时，接近开关44便产生一个开关量信号，并经过I/O模块108向控制器101反馈该信号，从而控制器101便计数，直到完成所有的螺栓紧固作业。
另外，工作人员还可以向控制器101人工地输入紧固时涉及的各种参数。具体地说，可根据具体塔筒段的信息，经由操作面板107执行输入操作，输入的参数可包括在各个阶段液压缸的位置(例如，下面将要描述的S1-S3位置)、预设拉力值和预设扭矩值等。操作面板107具体的可选择信息，并通过通信模块102传送给控制器101，进而完成不同塔筒段配置的选择。
下面结合图13至图17对根据本发明的实施例的螺栓紧固装置的控制和操作流程进行具体描述。
如前所述，螺栓紧固装置可应用到其上的多个螺栓具有各种规则排列(例如，直线或圆形排列)的部件，下面以风力发电机组的塔筒段连接为例进行说明。
在风力发电机组中，塔筒通常由多个塔筒段相接而成，相邻的两个塔筒段之间通过法兰5连接，在每个法兰5的周向上均布多个螺栓7。此时，螺栓紧固装置上的导轨11可以以圆弧形式延伸，以适应螺栓7的排布。
首先，将规则合适的螺栓紧固装置放置在已经分别预紧有螺母6的多个螺栓7的端部上并与其中一个螺栓对准。具体地说，在吊装塔筒段时，作业人员将塔筒段法兰5处所有螺栓7安装好并手动预紧螺母6。然后根据螺栓7的螺纹规格和排布选择相对应的驱动齿轮43、拉伸头37、拨动盘38以及合适的导轨11，将螺栓紧固装置组装完毕之后便可将螺栓紧固装置放置在法兰5的多个螺栓7上，使得每个导轨11与两个螺栓端部接合，驱动齿轮43与相邻的两个螺栓7啮合，并向下翻转支撑单元2的枢转板24，并利用额外的紧固件将枢转板24固定在限位位置，使得滚轮22贴合在法兰5的侧壁上而能够沿其滚动，如图13所示。之后可利用油管和快速接头将液压缸31连接到外部液压泵，并对螺栓紧固装置和液压泵进行供电，以启动螺栓紧固装置。
此时，工作人员可通过操作面板107向控制器101人工输入各种控制参数，包括液压缸的各个位置信息和紧固螺栓的扭矩值等。此时，螺栓紧固装置处于初始状态，拉伸器正好处于第一个待紧固的螺栓7正上方并与之对准，液压缸31处于最大伸出状态。
之后，便可利用执行单元3将与其对准的一个螺栓7张拉至预设拉力值并拧紧螺母6。具体地说，控制器101通过液压控制模块110控制液压控制阀113向液压缸31供油，使液压缸31收缩，从而带动连接板32和拉伸器向下运动，此时，直线位移传感器106将液压缸31的实时位置信息发送给控制器101。当液压缸31到达拉伸头37的端部与螺栓端部相接的位置(简称S1位置)时，控制器101便通过第一电机控制模块109向第一电机114发送控制信号，以命令第一电机114转动，从而驱动拉伸头37转动，使得拉伸头37与螺栓7端部上的螺纹进入啮合，在两者进入啮合初期，弹性组件39可对传动轴36施加弹性力，以更容易进入啮合。在逐步啮合的过程中，控制器101同时还控制液压缸31的活塞端继续收缩，并且使液压缸31的收缩预定距离，使得在第一电机114的驱动下拉伸头37一边与螺栓端部进入啮合一边向下运动，直到完成螺纹啮合。当液压缸31和拉伸头37到达拉伸头37与螺栓端部的啮合完成位置(简称S2位置)时，液压缸31和第一电机114停止动作，此时拉伸头37与螺栓7的螺纹完全啮合在一起。之后，控制器101便可控制液压缸31的活塞端伸出，进而带动拉伸器的拉伸头37对螺栓7进行张拉。当液压缸31到达完成拉伸的位置(简称S3位置)或者直线位移传感器106测量的位移的单位时间的增量小于某一阈值时，即可认为液压缸31对螺栓7施加的拉力达到预设拉力值。之后，控制器101通过第一电机控制模块109向第二电机115发送控制信号，使得拨动盘38转动，在拨动盘38与螺母6啮合的情况下可将螺母6拧紧。当拨动盘38对螺母6施加的扭矩达到预设扭矩值时，第二电机115停止转动，至此螺栓紧固完成。
然后，释放已经被紧固的螺栓。具体地说，控制器101再次向液压控制模块110发送控制信号，以命令液压缸31收缩，使得液压缸31对螺栓7的拉力降为零。然后使液压缸31的活塞端继续向上伸出，从而带动拉伸器向上运动，同时控制器101控制第一电机114反向转动，使拉伸头37与螺栓7脱离啮合，当拉伸器向上运动一段距离，例如，当拉伸器运动到S1位置使得拉伸头37与螺栓7脱离开之后，第一电机114停止转动。之后，控制器101控制液压缸37继续伸出，直到回到初始的最大伸出状态(即，拉伸器的下端与螺栓的端部之间相距预定距离)，这时，第一个螺栓的紧固作业完成。
之后，利用行进单元4使螺栓紧固装置行进至下一个螺栓处，以对下一个螺栓执行紧固作业。具体地说，控制器101通过第二电机控制模块112向行进单元4的第三电机116发送控制信号，以命令第三电机116转动，从而带动驱动齿轮43向前行进一个齿。当接近开关44检测到有一个感应台45经过时，便产生一个开关量信号并将其发送到控制器101，控制器101开始计数1。在第三电机116带动驱动齿轮43向前转动时，执行单元3的摄像识别模块310将拉伸器的实时位置信息反馈给控制器101，控制器101根据该信息控制第三电机116和驱动齿轮43的转动，命令驱动齿轮43停止在合适的位置，使得拉伸器能够与下一个螺栓对准或者处于允许的误差范围内，以便进行螺纹啮合。之后，便可重复进行上述螺栓紧固作业，依次地紧固螺栓，直到所有的螺栓紧固完成为止。
当控制器101的计数达到螺栓总数时，意味着所有的螺栓都完成紧固。此时控制器101便可控制螺栓紧固装置停止操作。
根据本发明的实施例的螺栓紧固装置实现了螺栓的自动张拉，从而降低现场人员劳动强度，并提高了紧固效率，缩短了装配时间，降低了成本。此外，通过自动地控制紧固操作，能够显著提高紧固精度，并且使各个螺栓的紧固度相同，可以更好的控制螺栓现场安装质量。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于螺栓紧固装置的控制系统(100)，所述螺栓紧固装置用于对安装在部件上的多个螺栓进行紧固，其特征在于，所述螺栓紧固装置包括：支座(1)；执行单元(3)，安装在所述支座(1)上，用于沿着相应螺栓的延伸方向张拉所述螺栓并将所述相应螺栓上的螺母拧紧；行进单元(4)，安装在所述支座(1)上，用于带动所述螺栓紧固装置沿所述多个螺栓布置的路径行进；以及支撑单元(2)，以防止所述螺栓紧固装置相对于所述部件倾倒；所述支撑单元(2)包括枢转板(24)和滚轮(22)，所述枢转板(24)的连接端枢转地连接到所述支座(1)，以在收起位置和限位位置之间转动；所述滚轮(22)安装在所述枢转板(24)的自由端，并且所述滚轮(22)在所述收起位置远离所述部件，在所述限位位置紧密贴合在所述部件上而沿所述部件滚动，并与所述部件的沿竖直方向延伸的侧表面贴合，所述枢转板(24)的一端的横向侧表面上连接有耳板(26)，所述滚轮(22)安装在所述耳板(26)上，且所述耳板(26)和所述枢转板(24)之间有一定的运动余量，在所述耳板(26)与所述枢转板(24)之间进一步设置有缓冲组件，以吸收振动，
所述控制系统(100)包括：
执行控制模块(104)，用于控制所述执行单元(3)的操作；
行进控制模块(105)，用于控制所述行进单元(4)的操作；
控制器(101)，与所述执行控制模块(104)和行进控制模块(105)通信，以命令所述执行单元(3)张拉螺栓并紧固螺母，并命令所述行进单元(4)向前行进，使螺栓紧固装置在完成一个螺栓的紧固操作之后运动至下一个螺栓处；
其中所述执行单元(3)包括筒体(34)，在所述筒体(34)内安装有传动轴(36)，在所述传动轴(36)的底端可拆卸地安装有拉伸头(37)，所述拉伸头(37)设置有内螺纹，以与螺栓端部相啮合；所述筒体(34)的底端可拆卸地安装有拨动盘(38)，所述拨动盘(38)能够与所述筒体(34)一起上下运动且能够相对于所述筒体(34)转动，所述拨动盘(38)与相应的螺母接合。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括位置识别模块，所述控制器(101)从所述位置识别模块接收关于所述执行单元(3)与螺栓之间的相对位置关系的信息，并向所述行进控制模块(105)发送信号以控制所述行进单元(4)，使得所述执行单元(3)与相应螺栓对准。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述位置识别模块为影像识别模块(310)，所述控制器(101)通过所述影像识别模块(310)发送的信息来判断相应螺栓的位置。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述执行单元(3)还包括驱动所述拉伸头(37)旋转的第一电机(114)、驱动所述拉伸头(37)升降的液压缸(31)以及驱动所述拨动盘(38)旋转的第二电机(115)，所述执行控制模块(104)包括用于控制所述第一电机(114)和第二电机(115)的第一电机控制模块(109)以及用于控制所述液压缸(31)的操作的液压控制模块(110)。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括通信模块(102)和数模转换模块(103)，所述控制器(101)通过通信模块(102)和数模转换模块(103)向所述第一电机控制模块(109)发送控制信号，并且从所述第一电机控制模块(109)接收所述第一电机(114)和第二电机(115)的操作信息。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括设置在所述液压缸(31)上的直线位置传感器(106)，用于检测所述液压缸(31)的操作信息，并通过所述通信模块(102)向所述控制器(101)发送所述操作信息。
7.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述行进单元(4)包括驱动齿轮(43)以及驱动所述驱动齿轮(43)旋转的第三电机(116)，
所述行进控制模块(105)包括用于控制所述第三电机(116)的第二电机控制模块(112)，所述控制器(101)通过通信模块(102)和数模转换模块(103)向所述第二电机控制模块(112)发送信号，并且从所述第二电机控制模块(112)接收所述第三电机(116)的操作信息。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，当所述执行单元(3)与相应螺栓对准时，所述控制器(101)执行以下控制操作：
通过所述液压控制模块(110)，控制所述液压缸(31)收缩，从而驱动所述拉伸头(37)运动至与相应螺栓的端部相接的位置；
通过所述第一电机控制模块(109)控制所述第一电机(114)驱动所述拉伸头(37)旋转而与所述相应螺栓螺纹啮合，同时命令所述液压缸(31)继续收缩，直到所述拉伸头(37)与螺栓完成啮合；
通过所述液压控制模块(110)，控制所述液压缸(31)伸出而张拉所述相应螺栓，直到达到预设拉力值；
通过所述第一电机控制模块(109)，控制所述第二电机(115)驱动所述拨动盘(38)拧紧相应螺母；
控制液压控制模块(110)和所述第一电机控制模块(109)，以释放被紧固的螺栓并使所述拉伸头(37)与所述螺栓脱离；
通过所述第二电机控制模块(112)，控制所述第三电机(116)驱动所述驱动齿轮(43)向前行进一个齿，而使所述螺栓紧固装置运动至下一个螺栓处。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，在释放螺栓时，控制器(101)向所述液压控制模块(110)发送信号使所述液压缸(31)的活塞杆收缩以使对螺栓的拉力降为零，然后向所述第一电机控制模块(109)发送信号以控制所述第一电机(114)驱动所述拉伸头(37)反向旋转而与螺栓脱离啮合，同时使所述液压缸(31)继续伸出以驱动所述执行单元与所述螺栓分开预定距离。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括设置在所述行进单元(4)上的接近开关(44)，所述行进控制模块(105)通过所述接近开关(44)对已经紧固的螺栓进行计数，并通过I/O模块(108)将计数信息发送给控制器(101)。
11.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括操作面板(107)，以接收输入的与紧固螺栓相关的参数。
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