CN111015562B - 一种可调扭矩套筒扳手 - Google Patents

Abstract

本发明属于内燃机铁路螺栓紧固作业的技术领域，具体涉及一种可调扭矩套筒扳手，其包括端盖、上壳体、下壳体、挡板、锁紧圆圈、芯轴、锁紧圆圈垫片、碟簧、碟簧垫片、多级滑块、推板、轴间垫片和端盖间垫片。该可调扭矩套筒扳手结构简单，适用于铁路内燃扳手作业条件。该可调扭矩套筒扳手结构设计可以满足恒扭矩重载荷输出，具备蓄能结构，并可以实现自锁，还可实现多级扭矩限制功能的套筒式扭力扳手结构，以期实现不同定扭矩输出作业。

Description

一种可调扭矩套筒扳手

技术领域

本发明属于内燃机铁路螺栓紧固作业的技术领域，具体涉及一种可调扭矩套筒扳手。

背景技术

近些年来，我国的铁路行业发展十分的迅速。无论是安全性还是速度都在世界处于领先位置。全国每年至少有23亿人次通过火车、动车及高铁出行。那么铁路的安全可靠运行是其中的重中之重，它与我们百姓的生命安全息息相关。在铁轨日常维护作业中，需要定期对轨道上即将失效的紧固螺栓更换作业，以保证轨道安全。然而，目前工人在使用内燃扳手进行紧固螺栓快速更换作业时，存在螺栓锁紧力矩过大的情况，进而引发螺栓断裂失效等问题，导致铁轨无法可靠固定，使得列车在运行过程中存在倾覆、脱轨等重大安全隐患。为了解决这一问题，急需研制一套恒扭矩输出的扭力套筒扳手，以期实现紧固螺栓的快速拆卸与定扭矩紧固作业。进而为轨道交通安全可靠运行提供技术保障。

在针对内燃机轨道螺栓紧固作用中，经由内燃机驱动蓄能体进行高频冲击实现螺栓紧固作业。而现有的扭矩输出装置大致可分为两类，一类为手动扳手，例如专利201710225113.5、专利201810227714.4和专利201721176986.3中所公开的，但此种方式作业扭矩范围较小，且只能采用手动紧固作业，无法安装于内燃扳手前端实现大扭矩紧固作业。另一类为套筒类扳手，例如专利201810329254.6、专利201810375939.4和专利201820593978.7中所公开的，此类虽然可以实现较为准确的定扭矩紧固作业，但是上述扳手在静载荷输出作业工况下具有较好的适应性。上述两类定扭矩扳手并不适用于内燃机扳手的作业工况，且部分现有的限扭矩套筒扳手存在体积与重量较大，户外作业携带不便的问题；而另外部分体积较小的扳手存在扭矩较小，不能达到额定输出扭矩要求的问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中上述不足，提供一种满足结构简单，适用于铁路内燃扳手作业条件下的限扭矩锁紧套筒式结构扳手。该可调扭矩套筒扳手结构设计可以满足恒扭矩重载荷输出，具备蓄能结构，并可以实现自锁，还可实现多级扭矩限制功能的套筒式扭力扳手结构，以期实现不同定扭矩输出作业。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可调扭矩套筒扳手，其包括端盖13、上壳体1、下壳体2、挡板3、锁紧圆圈4、芯轴5、锁紧圆圈垫片6、碟簧7、碟簧垫片8、多级滑块9、推板10、轴间垫片11和端盖间垫片12。

所述的芯轴5的上端设置于上壳体1中，芯轴5的下端穿过下壳体2，芯轴5的中部侧壁与下壳体2的内壁间通过花键连接，使下壳体2带动芯轴5进行旋转，同时使上壳体1和下壳体2通过芯轴5相互连接。

所述的上壳体1的上端端面通过螺栓与端盖13固定连接，使端盖13旋转带动上壳体1旋转；所述的上壳体1的下端端面沿周向设置有多个推板容纳槽，每个推板容纳槽中设置一推板10，所述的推板10的一表面中央设置有凸起；在上壳体1的内壁由上至下依次设置有环形的端盖间垫片12和轴间垫片11。

所述的下壳体2的上端端面沿周向设置多个多级滑块容纳槽，每个多级滑块容纳槽中设置一多级滑块9，所述的多级滑块9的一表面成阶梯状表面，形成多级蓄能台阶；各多级滑块容纳槽的位置与各推板容纳槽相对应，使得在可调扭矩套筒扳手中各多级滑块9与各推板10位置相对应，且相互接触，各多级滑块9的凸起与各多级滑块9的多级蓄能台阶相卡接。

所述的下壳体2的下半部分为空心结构，在芯轴5的尾部设置有螺纹结构，锁紧圆圈4的内圈设置有与芯轴5的尾部螺纹结构相匹配的螺纹结构，二者螺纹连接，碟簧垫片8与碟簧7通过锁紧圆圈4固定在下壳体2的空心结构中，碟簧垫片8置于碟簧7与下壳体2空心结构的内部上壁间，碟簧7与锁紧圆圈4之间设置有锁紧圆圈垫片6。

挡板3通过芯轴5的尾部螺纹结构固定在芯轴5上，位于碟簧7与锁紧圆圈4之间，挡板3用于固定、支撑碟簧7。

进一步地，轴间垫片11由聚四氟乙烯材料制成，用于上壳体1与芯轴5之间的润滑，以及防止金属件直接接触。

进一步地，多级滑块9通过螺钉固定于下壳体2的多级滑块容纳槽中；推板10通过螺钉固定于上壳体1的推板容纳槽中。

进一步地，多级滑块9的每个阶梯面与水平方向所成的夹角为1°-15°。

进一步地，通过调节碟簧7数量、锁紧圆圈4的预紧力以调节所述可调扭矩套筒扳手的扭矩。

本发明的效果和益处是：

本发明提供的可调扭矩套筒扳手其紧固方式为冲击式动载荷紧固，利用内部蓄能体结构通过高频冲击作用实现铁路轨道螺栓的紧固作业。本发明提供的可调扭矩套筒扳手达到了内燃机铁路轨道的螺栓紧固作业需求，而且具有结构简单，拆卸方便，可靠性高，可以实现高频动载荷冲击下的多级扭矩输出紧固作业等优点，填补了内燃机铁路螺栓紧固作业设备在这一方面的技术空白。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的结构示意图。

图2为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的整体结构拆分图。

图3为端盖与上壳体连接示意图。

图4为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的芯轴与下壳体花键连接示意图。

图5为端盖间垫片、轴间垫片与上壳体连接示意图。

图6A为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的多级滑块的结构示意图。

图6B为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的多级滑块的侧视图。

图6C为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的多级滑块的俯视图。

图7为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的多级滑块与下壳体连接的示意图。

图8A为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的推板的侧视图。

图8B为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的推板的俯视图。

图8C为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的推板的结构示意图。

图9为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的推板与上壳体连接示意图。

图中：1上壳体；2下壳体；3挡板；4锁紧圆圈；5芯轴；6锁紧圆圈垫片；7碟簧；8碟簧垫片；9多级滑块；10推板；11轴间垫片；12端盖间垫片；13端盖。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的结构示意图。图2为其整体结构拆分图。参见图1，在本实施例中，定义图1的下方为可调扭矩套筒扳手的上端，定义图1的上方为可调扭矩套筒扳手的下端。图4为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的芯轴与下壳体花键连接示意图。参见图1、图2和图4，在本实施例中，针对户外内燃机铁路螺栓紧固作业的可调扭矩套筒扳手包括端盖13、上壳体1、下壳体2、挡板3、锁紧圆圈4、芯轴5、锁紧圆圈垫片6、碟簧7、碟簧垫片8、多级滑块9、推板10、轴间垫片11和端盖间垫片12。

其中，芯轴5的上端设置于上壳体1中，芯轴5的下端穿过下壳体2，芯轴5的中部侧壁与下壳体2的内壁间通过花键连接，进而使上壳体1和下壳体2通过芯轴5相互连接。具体地，花键为矩形花键，矩形花键的设置可以使下壳体2带动芯轴5进行旋转，花键的尺寸经过计算满足设计需要的强度要求。

图3为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的端盖与上壳体连接示意图。图5为端盖间垫片、轴间垫片与上壳体连接示意图。参见图1至图3，以及图5，在本实施例中，上壳体1的上端端面通过螺栓与端盖13固定连接，使端盖13旋转带动上壳体1旋转。在上壳体1的内壁由上至下依次设置有环形的端盖间垫片12和轴间垫片11。端盖间垫片12用于上壳体1与端盖13之间的密封与保护接触。轴间垫片11由聚四氟乙烯材料制成，用于上壳体1与芯轴5之间的润滑，以及防止金属件直接接触。

图9为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的推板与上壳体连接示意图。参见图1、图2和图9，上壳体1的下端端面沿周向设置有多个推板容纳槽，每个推板容纳槽中设置一推板10，具体地，推板10通过螺钉固定于上壳体1的推板容纳槽中。图8A至图8C分别为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的推板的侧视图、俯视图和结构示意图。参见图8A至图8C在本实施例中，推板10的一表面中央设置有凸起。

图7为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的多级滑块与下壳体连接的示意图。参见图1、图2和图7，在本实施例中，下壳体2的上端端面沿周向设置多个多级滑块容纳槽，每个多级滑块容纳槽中设置一多级滑块9，具体地，多级滑块9通过螺钉固定于下壳体2的多级滑块容纳槽中。图6A至图6C分别为本发明实施例中提供的可调扭矩套筒扳手的多级滑块的结构示意图、侧视图和俯视图。参见图6A至图6C，在本实施例中，多级滑块9的一表面成阶梯状表面，即多级蓄能台阶。

各多级滑块容纳槽的位置与各推板容纳槽相对应，使得在可调扭矩套筒扳手中各多级滑块9与各推板10位置相对应，且相互接触，各多级滑块9的凸起与各多级滑块9的多级蓄能台阶相卡接。具体地，在本实施例中，可调扭矩套筒扳手中的多级滑块9，通过多级蓄能台阶的设置可以在动载荷储蓄到一定值时，推动推板10向上一级台阶，在这一级台阶上储存载荷，继续锁紧紧固螺栓，在达到设定的扭矩时，完成锁紧作业，并且多级滑块9的多级台阶结构的阶数可以根据扭矩大小进行调整。同时推板10与多级滑块9脱开，实现卸载，依此顺序循环作业最终完成大扭矩重载条件下实现铁路轨道螺栓的定扭矩紧固作业。

参见图1和图2，下壳体2的下半部分为空心结构，碟簧垫片8与碟簧7通过锁紧圆圈4固定在下壳体2的空心结构中。其中碟簧垫片8置于碟簧7与下壳体2空心结构的内部上壁间。具体地，在芯轴5的尾部(下端)设置有螺纹结构，锁紧圆圈4的内圈设置有与芯轴5的尾部螺纹结构相匹配的螺纹结构，二者螺纹连接，使碟簧7通过锁紧圆圈4的锁紧而固定在下壳体2的中空部分中，并且使上壳体1、下壳体2紧密连接在一起，不会发生分离的情况。同时，碟簧7与锁紧圆圈4之间设置有锁紧圆圈垫片6。

挡板3通过芯轴5的螺纹端螺旋固定在芯轴5上，位于碟簧7与锁紧圆圈4之间，挡板3起到固定、支撑碟簧7的作用，可以解决碟簧7需要一个底面去支撑的问题。

使用时，利用碟簧7的弹力使多级滑块9与推板10脱离后，下壳体2向上运动从而使机构完成复位。而且可以通过调整碟簧7在下壳体2中的装配数量进而实现多级扭矩限制功能，使本发明的可调扭矩套筒扳手的应用范围更加广泛。并且，将碟簧7通过挡板3固定和锁紧圆圈4锁紧后置于下壳体2的中空部分，这样使多级滑块9与碟簧7就相当于通过锁紧圆圈4锁紧作用而连接在一起。因为本发明的限扭矩套筒扳手是应用于铁路工人紧固螺栓作业，所以为了方便工人们操作及携带，限扭矩套筒扳手的整体重量不可以过重。

碟簧7的选用是由于本发明中定力矩扳手如果选用圆柱螺旋类弹簧弹力太大，需要的尺寸很大，所以选择了可以满足弹力要求的碟簧，因碟簧的价格适宜，生产成本较低。

在一个具体的实施方案中，可调扭矩功能是由于在内燃机铁路螺栓紧固作业中，需要的扭矩并不相同，所以碟簧7数量、锁紧圆圈4的预紧力大小可以通过其在芯轴5上设置的行程范围与扭矩的对应关系，依据所需扭矩的大小进行调节，进而使机构满足多级扭矩限制的需求。具体实施方法为按照所需的扭矩大小，根据标定的与扭矩的对应关系，通过取下挡板3后直接增减碟簧7数量来达到所需要的扭矩，还可通过在下壳体2边缘设置的预紧力与扭矩值对应标定来调节锁紧圆圈4进而得到所需要的输出扭矩。

实施例

如图1所示本发明实施例中的350N·m限扭矩套筒扳手包括端盖13、上壳体1、下壳体2、挡板3、锁紧圆圈4、芯轴5、锁紧圆圈垫片6、碟簧7、碟簧垫片8、多级滑块9、推板10、轴间垫片11和端盖间垫片12。

多级滑块9上的多级蓄能台阶的设置可以在动载荷储蓄到一定值时，推动推板10向上一级台阶，继续在这一级台阶上储存载荷，进行锁紧螺栓作业，持续利用多级台阶储能，直到达到规定的锁紧扭矩时结束对紧固螺栓的锁紧作业，同时多级滑块9与推板10脱开进而完成卸载，而且多级蓄能台阶的设置也避免了只是单一斜面设计而导致在紧固螺栓锁紧作业过程中，机构在储蓄载荷与释放载荷间往复进行，实现了扭矩的高效传递。另一方面利用多级台阶上每个面与水平方向所成的夹角，在扭矩释放后防止机构因反向作用力而产生滑移，最终通过多级台阶的小角度摩擦实现机构的自锁。

本实施例中的可调扭矩套筒扳手的工作过程：将电机与端盖13连接，电机旋转带动端盖13旋转。端盖13与上壳体1之间通过螺栓连接，端盖13带动上壳体1旋转。推板10置于上壳体1凹槽内，推板10由上壳体1带动一起旋转。推板10与多级滑块9相互接触，在进行锁紧螺栓作业时，芯轴5一端套在内燃机扳手上，芯轴5由内燃机扳手带动旋转，下壳体2与芯轴5之间采用类矩形花键进行连接，带动下壳体2一起旋转，以达到拧紧螺栓的作用。由内燃机扳手施加小频次冲击载荷作用，使螺栓紧固程度逐渐加强，同时螺栓会产生反向的作用力作用在芯轴5上，通过芯轴5和下壳体2的花键连接，将作用力作用在多级滑块9上。此时推板10与多级滑块9有产生相对滑移的趋势。随着螺栓的拧紧，螺栓产生的反向作用力也越来越大，通过芯轴5传递到多级滑块9的反向作用力也越来越大，直到某一时刻，产生的相互作用力大于推板10与多级滑块9的静摩擦力，使两者产生相对滑移，多级滑块9的多级台阶倾斜角度为5°，通过小角度摩擦来实现自锁，并对力进行分解，有向下的压力，通过下壳体2传递到碟簧7。碟簧7受力发生弹性形变，就会使多级滑块9向下运动，在推板10保持不变的情况下，多级滑块9和推板10就会产生滑移。直到达到锁紧螺栓所需扭矩时，推板10与多级滑块9脱开，此时完成卸载，没有了压力，在碟簧7弹力的作用下，下壳体2向上运动，恢复到最初始时的状态。推板10与多级滑块9错开后，上壳体1继续旋转，直到碰到下壳体2的第二个多级滑块9，重复上述运动。限扭矩机构为恒输出350N·m的机构。每当扭矩达到350N·m的时候，多级滑块9和推板10就会发生脱离，保证输出扭矩恒定为350N·m。进而完成对内燃机铁路螺栓的定扭矩锁紧作业，由于本发明的套筒结构拆卸方便，还可通过调整碟簧数量、预紧力大小、滑块接触角度等方式实现多级扭矩限制功能，满足不同要求下的内燃机铁路螺栓紧固作业的要求。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (8)

1.一种可调扭矩套筒扳手，其特征在于，所述的可调扭矩套筒扳手包括端盖(13)、上壳体(1)、下壳体(2)、挡板(3)、锁紧圆圈(4)、芯轴(5)、锁紧圆圈垫片(6)、碟簧(7)、碟簧垫片(8)、多级滑块(9)、推板(10)、轴间垫片(11)和端盖间垫片(12)；其中：

所述的芯轴(5)的上端设置于上壳体(1)中，芯轴(5)的下端穿过下壳体(2)，芯轴(5)的中部侧壁与下壳体(2)的内壁间通过花键连接，使下壳体(2)带动芯轴(5)进行旋转，同时使上壳体(1)和下壳体(2)通过芯轴(5)相互连接；

所述的上壳体(1)的上端端面通过螺栓与端盖(13)固定连接，使端盖(13)旋转带动上壳体(1)旋转；所述的上壳体(1)的下端端面沿周向设置有多个推板容纳槽，每个推板容纳槽中设置一推板(10)，所述的推板(10)的一表面中央设置有凸起；在上壳体(1)的内壁由上至下依次设置有环形的端盖间垫片(12)和轴间垫片(11)；

所述的下壳体(2)的上端端面沿周向设置多个多级滑块容纳槽，每个多级滑块容纳槽中设置一多级滑块(9)，所述的多级滑块(9)的一表面成阶梯状表面，形成多级蓄能台阶；各多级滑块容纳槽的位置与各推板容纳槽相对应，使得在可调扭矩套筒扳手中各多级滑块(9)与各推板(10)位置相对应，且相互接触，各推板(10)的凸起与各多级滑块(9)的多级蓄能台阶相卡接；

所述的下壳体(2)的下半部分为空心结构，在芯轴(5)的尾部设置有螺纹结构，锁紧圆圈(4)的内圈设置有与芯轴(5)的尾部螺纹结构相匹配的螺纹结构，二者螺纹连接，碟簧垫片(8)与碟簧(7)通过锁紧圆圈(4)固定在下壳体(2)的空心结构中，碟簧垫片(8)置于碟簧(7)与下壳体(2)空心结构的内部上壁间，碟簧(7)与锁紧圆圈(4)之间设置有锁紧圆圈垫片(6)；

挡板(3)通过芯轴(5)的尾部螺纹结构固定在芯轴(5)上，位于碟簧7与锁紧圆圈(4)之间，挡板(3)用于固定、支撑碟簧(7)。

2.根据权利要求1所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，所述的轴间垫片(11)由聚四氟乙烯材料制成，用于上壳体(1)与芯轴(5)之间的润滑，以及防止金属件直接接触。

3.根据权利要求1或2所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，所述的多级滑块(9)通过螺钉固定于下壳体(2)的多级滑块容纳槽中；推板(10)通过螺钉固定于上壳体(1)的推板容纳槽中。

4.根据权利要求1或2所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，所述的多级滑块(9)的每个阶梯面与水平方向所成的夹角为1°-15°。

5.根据权利要求3所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，所述的多级滑块(9)的每个阶梯面与水平方向所成的夹角为1°-15°。

6.根据权利要求1、2或5所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，通过调节碟簧(7)数量、锁紧圆圈(4)的预紧力以调节所述可调扭矩套筒扳手的扭矩。

7.根据权利要求3所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，通过调节碟簧(7)数量、锁紧圆圈(4)的预紧力以调节所述可调扭矩套筒扳手的扭矩。

8.根据权利要求4所述的可调扭矩套筒扳手，其特征在于，通过调节碟簧7数量、锁紧圆圈(4)的预紧力以调节所述可调扭矩套筒扳手的扭矩。

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