CN108068043B - 一种数控定扭矩智能电动扳手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控定扭矩智能电动扳手，该扳手包括：参数输入和显示模块、二维码扫描模块、扭矩传感器、转角传感器、数控模块和数据传送模块；所述参数输入及显示模块用于预置扭矩参数、显示扭矩结果和提示操作信息；所述二维码扫描模块用于识别当前操作人员与施工计划内容；所述数控模块用于接收处理二维码扫描模块的输入结果；同时接收参数输入及显示模块的参数和输出结果；用于处理扭矩传感器和转角传感器的扭矩信息及角度信息、控制施拧工作过程；用于集成施工过程采集到的所有信息，实现人、机、施工任务三方面信息的关联；并将这些信息通过数据传送模块传输到后台服务器。该电动扳手可以简化了施工工序，显著提高了施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及电动扳手领域，特别涉及一种数控定扭矩智能电动扳手。
背景技术
在钢结构高强度螺栓施工中，最为重要的是如何保证所有的高强度螺栓连接副能达到设计规范中规定的设计预紧力，过高的预紧力将会使高强度螺栓发生颈缩伸长，也有可能会因过高的预紧力在施工后的一段时间内发生延迟断裂，造成安全隐患。过低的预紧力将会降低结构的连接强度，对结构的线形及稳定性带来隐患。
目前我国高强度螺栓施工大都采用扭矩法施拧，即通过控制施加在高强度螺栓连接副上的扭矩实现所需的高强度螺栓预紧力，由公式P＝M/Kd可知，高强度螺栓连接副预紧力P的大小决定于施拧扭矩M和高强度螺栓连接副扭矩系数K(d是螺栓的公称直径，是常数)，高强度螺栓连接副扭矩系数K是由高强度螺栓生产厂家提供保证，而对施工单位而言最为重要的是如何保证施拧扭矩的准确性。
当前高强度螺栓施工用的拧紧工具普遍采用定扭矩电动扳手，该定扭矩电动扳手是通过控制扳手电机输入电流强度来间接控制电动扳手的输出扭矩，且易受到电源电压波动的影响，因此扭矩误差较大，由于这种电动扳手不能直接显示输出扭矩，必须通过标定方法才能确定输出扭矩。为此在我国“铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定TBJ214-92”和“钢结构高强度螺栓连接技术规程JGJ82-2011”中作出了如下规定：每班在操作前及操作后必须对施工用的定扭矩电动扳手进行扭矩标定，班前标定是为了确定电扳手的输出扭矩是否符合施工所需的扭矩，班后标定是为了确认电扳手在操作过程中是否发生了过大的误差。另外，为了保证施工质量，还规定了对已施拧的高强度螺栓连接副10％在规定的时间内进行扭矩检查，以确认施拧扭矩是否满足规范要求。扭矩检查一般采用手动扭矩扳手按松扣回扣法或紧扣法进行扭矩检查，对大直径高强度螺栓连接副需要较大的操作空间和较强的劳动强度。目前螺栓高强度连接施工的质量控制手段基本依靠扭矩检查，且只对每片螺栓区域中扭矩最大值与最小值进行统计，同时采用表格的形式填写施工过程中的其他相关信息进行统计，此过程通过操作人员手填的方式进行，工作量大，且受纸质表格所限，管理不易，质量信息查找困难。
另外，按照国家标准规定，在进行高强度螺栓连接副扭矩系数检测时，应按每生产批抽检8套(每生产批号最大批量为3000套)，以此8套扭矩系数平均值作为此批号的扭矩系数，并以此来确定该批号高强度螺栓连接副的施工扭矩。因此该批号中的高强度螺栓连接副的扭矩系数值成离散型，当施工扭矩确定后，遇到扭矩系数大的或小的连接副，其拧紧的预紧力就会偏小或偏大，造成相应螺栓施工的欠拧或超拧现象发生。
从以上情况可以看出，目前高强度螺栓连接施工工序十分烦琐，质量管理信息化程度低，施工质量也很难保证。造成以上问题的主要原因是由于定扭矩电动扳手其性能不够理想。
发明内容
本发明的目的在于针对目前定扭矩电动扳手存在的上述问题，提供一种数控定扭矩智能电动扳手，这种电动扳手装有精密的扭矩传感器，能够准确显示电动扳手的输出扭矩，省去电动扳手的标定步骤；此外，该电动扳手在施拧时还可以将每次施拧扭矩存储在存储卡中，并通过GPRS网络实时上传至后台服务器，因此也可以省去高强度螺栓连接副施拧后的扭矩检查。这不但保证了施工质量还大幅度简化了施工工序。
为了实现上述目的，本发明提供了一种数控定扭矩智能电动扳手，该扳手包括：参数输入和显示模块、二维码扫描模块、扭矩传感器、转角传感器、数控模块和数据发送模块；
所述参数输入及显示模块，用于预置拧紧参数、显示拧紧结果和提示操作信息；
所述二维码扫描模块，用于识别当前操作人员与施工计划内容；
所述扭矩传感器，用于测量拧紧过程中施加在螺栓上的扭矩，将扭矩信号转换为电信号，传输到数控模块进行处理；
所述转角传感器，用于测量拧紧过程中螺栓转过的角度，将角度信号转换为电信号，传输到数控模块进行处理；
所述数控模块，用于接收处理二维码扫描模块的输入结果；同时和参数输入及显示模块进行通信，接收参数和输出结果；用于处理扭矩信号及角度信号、控制拧紧的工作过程；用于采集螺栓施拧过程的所有数据；用于双向监控扭矩传感器与角度传感器所发出的信号，当发生超出阈值的情况时予以报警；用于集成施工过程采集到的所有信息；
所述数据发送模块，用于将所述数控模块集成的数据通过GPRS传输到后台服务器，进行数据的分析与统计。
上述技术方案中，所述扳手还包括数据存储模块，用于存储所述数控模块采集的螺栓施拧过程的所有数据。
上述技术方案中，所述数控模块处理扭矩信号及角度信号、控制拧紧的工作过程具体为：
所述数控模块驱动电机旋转，电机驱动减速器及套筒开始拧紧螺栓；同时实时通过扭矩传感器与转角传感器采集拧紧的扭矩值和角度值，当扭矩值或转角值达到设定值时，数控模块控制电机停止转动；数控模块继续采集扭矩值和角度值，一直到扭矩开始衰减后停止，保存扭矩值的最大值。
上述技术方案中，所述的施工计划内容包括：计划操作人员、螺栓区域位置、螺栓数量、螺栓型号、施拧方式、预设定扭矩、螺栓批号、螺栓平均扭矩系数、施工阶段和计划编号。
上述技术方案中，所述施工过程采集到的所有信息包括操作人员信息、电动扳手信息与施工计划内容。
本发明的优势在于：
1、为方便工地信息输入，本发明的电动扳手提供了二维码扫描模块与数据发送模块，方便操作者快速输入操作者信息、施拧任务信息等数据，并上传施工过程中实时采集到的扭矩信息；
2、本发明的电动扳手在输出末端集成了扭矩传感器，相较于电流控制方式，扭矩输出直观、准确、稳定，标定周期长；本发明的电动扳手集成了角度传感器，可实现定扭矩控制角度监控和定转角控制扭矩监控两种工艺，通过监控可判断螺栓拧紧质量；可记录存储拧紧作业的时间、扭矩值和转角值；
3、针对扭矩系数的偏差，本发明的电动扳手还具有转角监控的功能，在控制终拧扭矩的同时监控终拧转角，当终拧转角出现过大或过小而致连接副预紧力偏小或偏大情况时予以报警，以便操作人员及时更换高强螺栓连接副，进一步提高了施工质量；
4、本发明的电动扳手不但可以显著提高了施工质量，还可以省去扳手的标定工作和终拧后扭矩检查工作，大大简化了施工工序。
附图说明
图1为本发明的数控定扭矩智能电动扳手的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的说明。
如图1所示，一种数控定扭矩智能电动扳手，该扳手包括：参数输入和显示模块、二维码扫描模块、电机、减速器、输出轴及套筒、扭矩传感器、转角传感器、数控模块、数据发送模块和数据存储模块；
所述参数输入及显示模块，用于预置拧紧参数、显示拧紧结果和提示操作信息；
所述二维码扫描模块，用于识别当前操作人员与施工计划内容；
所述的施工计划内容包括：计划操作人员、螺栓区域位置、螺栓数量、螺栓型号、施拧方式、预设定扭矩、螺栓批号、螺栓平均扭矩系数、施工阶段和计划编号。
所述电机，用于提供拧紧螺栓的动力；
所述减速器，用于放大扳手的输出扭矩，降低最终输出转速；
所述输出轴及套筒，用于调整接口以适应不同规格的螺栓；
所述扭矩传感器，用于测量拧紧过程中施加在螺栓上的扭矩，将扭矩信号转换为电信号，传输到数控模块进行处理；
所述转角传感器，用于测量拧紧过程中螺栓转过的角度，将角度信号转换为电信号，传输到数控模块进行处理；
所述数控模块，用于接收处理二维码扫描模块的输入结果；同时和参数输入及显示模块进行通信，接收参数和输出结果；用于处理扭矩信号及角度信号、控制拧紧的工作过程；用于采集螺栓施拧过程的所有数据；用于双向监控扭矩传感器与角度传感器所发出的信号，当发生超出阈值的情况时予以报警；用于集成施工过程采集到的所有信息；所述施工过程采集到的所有信息包括操作人员信息、电动扳手信息与施工计划内容。
所述数控模块处理扭矩信号及角度信号、控制拧紧的工作过程具体为：所述数控模块驱动电机旋转，电机驱动减速器及套筒开始拧紧螺栓；同时实时通过扭矩传感器与转角传感器采集拧紧的扭矩值和角度值，当扭矩值或转角值达到设定值时，数控模块控制电机停止转动；数控模块继续采集扭矩值和角度值，一直到扭矩开始衰减后停止，保存扭矩值的最大值。
所述数据发送模块，用于将所述数控模块集成的数据通过GPRS传输到后台服务器，进行数据的分析与统计；
所述数据存储模块，用于存储所述数控模块采集的螺栓施拧过程的所有数据。
本发明还提供了一种数控定扭矩智能电动扳手的使用方法，所述方法包括：
步骤1)通过二维码扫描模块，识别当前操作人员与施工计划内容；
步骤2)操作人员根据施工计划内容所提供的预设定扭矩调节扳手的设定扭矩；
步骤3)所述数控模块驱动电机旋转，电机驱动减速器及套筒开始拧紧螺栓，数控模块同时实时通过扭矩传感器与转角传感器采集拧紧的扭矩值和角度值，当扭矩值或转角值达到设定值时，数控模块控制电机停止转动，数控模块继续采集扭矩和角度，一直到扭矩开始衰减后停止，数控模块保留扭矩最大值；
步骤4)数控模块将螺栓施拧过程的所有数据进行采集，发送到数据存储模块进行存储；
步骤5)数控模块集成施工过程采集到的所有信息，通过数据发送模块发送至后台服务器内。
Claims (5)
1.一种数控定扭矩智能电动扳手，该扳手包括：参数输入和显示模块、二维码扫描模块、扭矩传感器、转角传感器、数控模块和数据发送模块；其特征在于：
所述参数输入及显示模块，用于预置拧紧参数、显示拧紧结果和提示操作信息；
所述二维码扫描模块，用于识别当前操作人员与施工计划内容；
所述扭矩传感器，用于测量拧紧过程中施加在螺栓上的扭矩，将扭矩信号转换为电信号，传输到数控模块进行处理；
所述转角传感器，用于测量拧紧过程中螺栓转过的角度，将角度信号转换为电信号，传输到数控模块进行处理；
所述数控模块，用于接收处理二维码扫描模块的输入结果；同时和参数输入及显示模块进行通信，接收参数和输出结果；用于处理扭矩信号及角度信号、控制拧紧的工作过程；用于采集螺栓施拧过程的所有数据；用于双向监控扭矩传感器与转角传感器所发出的信号，当发生超出阈值的情况时予以报警；用于集成施工过程采集到的所有信息；
所述数据发送模块，用于将所述数控模块集成的数据通过GPRS传输到后台服务器，进行数据的分析与统计。
2.根据权利要求1所述的数控定扭矩智能电动扳手，其特征在于，所述扳手还包括数据存储模块，用于存储所述数控模块采集的螺栓施拧过程的所有数据。
3.根据权利要求1或2所述的数控定扭矩智能电动扳手，其特征在于，所述数控模块处理扭矩信号及角度信号、控制拧紧的工作过程具体为：
所述数控模块驱动电机旋转，电机驱动减速器及套筒开始拧紧螺栓；同时实时通过扭矩传感器与转角传感器采集拧紧的扭矩值和角度值，当扭矩值或转角值达到设定值时，数控模块控制电机停止转动；数控模块继续采集扭矩值和角度值，一直到扭矩开始衰减后停止，保存扭矩值的最大值。
4.根据权利要求1或2所述的数控定扭矩智能电动扳手，其特征在于，所述的施工计划内容包括：计划操作人员、螺栓区域位置、螺栓数量、螺栓型号、施拧方式、预设定扭矩、螺栓批号、螺栓平均扭矩系数、施工阶段和计划编号。
5.根据权利要求1或2所述的数控定扭矩智能电动扳手，其特征在于，所述施工过程采集到的所有信息包括操作人员信息、电动扳手信息与施工计划内容。
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