CN111390802B - 用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机动扳手技术领域，具体公开了用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，包括控制模块、第一拧紧机构、第二拧紧机构、第一传感器和第二传感器；第一传感器用于采集第一拧紧机构的第一扭矩信息并发送至控制模块，第二传感器用于采集第二拧紧机构的第二扭矩信息并发送至控制模块；控制模块用于根据第一扭矩信息控制第一拧紧机构以及根据第二扭矩信息控制第二拧紧机构。采用本发明的技术方案能够同时对两个螺栓进行拧紧。

Description

用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统

技术领域

本发明涉及机动扳手技术领域，特别涉及用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统。

背景技术

铁轨轨枕与铁轨之间通过扣件及螺栓紧固连接，按照标准要求，螺栓在紧固时，拧紧力矩必须达到一定的数值，但目前市面上的内燃型机动扳手缺少定扭矩的功能或部分具有定扭矩功能的机动扳手定扭矩的精度较低。传统的机械传动扳手主要是通过弹簧来控制扭矩，误差比较大，而且弹簧长时间的工作容易产生变形，从而产生更大的误差。因此，现有的扳手很难满足铁路高质量、高标准的快速发展要求。

为了解决上述问题，申请人提交了公开号为CN107984204A的发明申请：一种电动轨枕螺栓机动扳手及定扭控制方法，电动轨枕螺栓机动扳手主要包括以下构件：发电模块、驱动模块、旋转模块、定扭模块、操纵模块和显示模块。电动轨枕螺栓机动扳手的定扭控制方法主要包括以下步骤：1)在控制电路板中设置拧紧扭矩M0。在控制电路板中设定初始扭矩值M1。2)电机将动力传递至减速机。减速机降低传动轴的转速，增加传动轴的扭矩。3)根据显示控制器显示的M的数值，控制电路板判断M和M0的大小关系。若M＝M0,则完成单个螺栓的拧紧。

采用上述技术方案可实现高精度定扭矩的功能要求、也可降低轨枕螺栓作业过程中的成本、提高轨枕螺栓拧紧的效率。但是，上述电动轨枕螺栓机动扳手一次只能对单个螺栓进行拧紧，工作的效率还是不够高；为了进一步提高工作效率，需要一种能同时对两个螺栓进行拧紧的机动扳手控制系统。

发明内容

本发明提供了用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，能够同时对两个螺栓进行拧紧。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，包括控制模块、第一拧紧机构、第二拧紧机构、第一传感器和第二传感器；第一传感器用于采集第一拧紧机构的第一扭矩信息并发送至控制模块，第二传感器用于采集第二拧紧机构的第二扭矩信息并发送至控制模块；控制模块用于根据第一扭矩信息控制第一拧紧机构以及根据第二扭矩信息控制第二拧紧机构。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，采用两个拧紧机构，能实现对两个螺栓同时进行拧紧操作，在原有的单次只能对单个螺栓进行拧紧的基础上，提升了一倍的工作效率。本方案中，采用一个控制模块对第一拧紧机构和第二拧紧机构进行控制，控制逻辑的统一，能保证第一拧紧机构和第二拧紧机构在同一套标准下实现扭矩的高精度控制。与采用两个独立的控制模块相比，只采用一个控制模块，能有效节约成本，维护调试也更方便。

进一步，所述控制模块包括控制器、第一驱动器和第二驱动器；控制器用于根据第一扭矩信息向第一驱动器发送调节指令，第一驱动器用于根据调节指令调节第一拧紧机构的转速；控制器还用于根据第二扭矩信息向第二驱动器发送调节指令，第二驱动器用于根据调节指令调节第二拧紧机构的转速。

设置第一驱动器和第二驱动器，与只设置一个驱动器相比，更方便对第一拧紧机构和第二拧紧机构进行独立控制。

进一步，所述第一拧紧机构和第二拧紧机构均包括电机、减速器和工作头套筒；电机用于驱动减速器转动，减速器用于驱动工作头套筒转动。

由于电机输出的转速通常过快，无法满足工作头套筒的转速要求，设置减速器能有效降低转速。

进一步，所述第一传感器和第二传感器均连接有信号放大器；信号放大器与控制器信号连接。

通过设置信号放大器对第一扭矩信息和第二扭矩信息进行信号放大，能有效解决原始的第一扭矩信息和第二扭矩信号过弱的问题。

进一步，还包括供电模块，供电模块包括电源、逆变器和空气开关；电源与逆变器供电连接，逆变器与空气开关供电连接，空气开关分别与第一驱动器和第二驱动器供电连接。

设置空气开关，能对整个电路起到很好的保护作用。

进一步，供电模块还包括开关变换器，空气开关还与开关变换器供电连接，开关变换器与控制器供电连接。

由于电机与控制器需要的电压不同，设置开关变换器有助于为控制器提供满足要求的电压。

进一步，所述控制器包括扭矩调节单元和启停单元；扭矩调节单元用于判断第一扭矩信息和第二扭矩信息是否等于预设的扭矩值，如果第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个不等于预设的扭矩值，扭矩调节单元用于向对应的第一驱动器或第二驱动器发送调节指令；启停单元用于向第一驱动器和第二驱动器发送启动指令；启停单元还用于判断第一扭矩信息和第二扭矩信息是否等于预设的停止值，当第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个等于预设的停止值时，启停单元用于向对应的第一驱动器或第二驱动器发送停止指令。

启动单元能在螺栓拧紧后及时停止第一拧紧机构和第二拧紧机构。

进一步，还包括报警模块，如果第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个不等于预设的扭矩值，扭矩调节单元还用于向报警模块发送不合格指令；如果第一扭矩信息和第二扭矩信息等于预设的扭矩值，扭矩调节单元还用于向报警模块发送合格指令；报警模块用于根据不合格指令显示不合格信息以及根据合格指令显示合格信息。

设置报警单元后，便于工作人员通过报警模块直观的了解当前的扭矩是否合格。

进一步，所述工作头套筒具有一端面、一开放口和一锁紧孔，开放口自端面沿轴线向内延伸，锁紧孔自开放口的底部沿着轴线向内延伸，开放口截面为喇叭形；锁紧孔截面为六边形。

为了使机动扳手能完成螺栓的拧紧，需要使工作头套筒准确的对准螺栓，这就对对准的精度提出了很高的要求。现有技术中需要操作人员花时间将工作头套筒精确对准螺栓；本优选方案中，开放口大于螺栓的表面，能很好的将螺栓罩住，对准的精度要求相对较低，操作人员只要用开放口将螺栓罩住，然后保持向下的压力，工作头套筒在转动过程中，锁紧孔能自动和螺栓对齐，使螺帽进入锁紧孔内；操作方便，容错率高。

进一步，报警模块为两个独立的LED灯，两个独立的LED灯用于显示第一拧紧机构、第二拧紧机构的合格信息以及不合格信息。

方便工作人员通过LED灯进行观察。

附图说明

图1为用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统实施例一的逻辑框图；

图2为用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统实施例三的工作头套筒的纵剖图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：开放口1、锁紧孔2。

实施例一

本实施例的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，包括控制模块、第一拧紧机构、第二拧紧机构、第一传感器和第二传感器和供电模块。如图1所示，控制模块包括控制器、第一驱动器和第二驱动器。

第一拧紧机构和第二拧紧机构均包括电机、减速器和工作头套筒。电机包括输出轴，减速器包括输入端与输出端；电机的输出轴与减速器的输入端通过联轴器固定连接，减速器的输出端与工作头套筒通过联轴器固定连接。电机用于驱动减速器转动，减速器用于驱动工作头套筒转动。本实施例中，减速器的减速比为30:1，在其他实施例中，也可以根据实际情况进行调整，例如20:1。

第一传感器和第二传感器均连接有信号放大器；为了便于区别，本实施例中，与第一传感器连接的称为第一信号放大器，与第二传感器连接的称为第二信号放大器；第一信号放大器和第二信号放大器还与控制器信号连接。第一传感器用于采集第一拧紧机构中工作头套筒的第一扭矩信息；第二传感器用于采集第二拧紧机构中工作头套筒的第二扭矩信息。本实施例中，第一传感器和第二传感器均采用扭矩传感器；扭矩传感器将扭矩转换为电信号，也就是第一扭矩信息和第二扭矩信息；第一信号放大器和第二信号放大器的作用为对第一扭矩信息和第二扭矩信息进行放大处理，也就是放大电信号，并将放大处理后的第一扭矩信息和第二扭矩信息发送至控制器。

本实施中，控制器基于ARM架构，具体包括扭矩调节单元和启停单元。

扭矩调节单元用于判断第一扭矩信息和第二扭矩信息是否等于预设的扭矩值，如果第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个不等于预设的扭矩值，扭矩调节单元用于向对应的第一驱动器或第二驱动器发送调节指令；第一驱动器用于根据调节指令调节第一拧紧机构中电机的转速。第二驱动器用于根据调节指令调节第二拧紧机构中电机的转速。本实施例中，扭矩的调节范围为80N·m-350N·m；扭矩值可以根据实际情况设定为80N·m、120N·m、150N·m、200N·m、250N·m、300N·m或350N·m。

启停单元用于向第一驱动器和第二驱动器发送启动指令；启停单元还用于判断第一扭矩信息和第二扭矩信息是否等于预设的停止值，当第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个等于预设的停止值时，启停单元还用于向对应的第一驱动器或第二驱动器发送停止指令。第一驱动器用于根据停止指令控制第一拧紧机构中电机的停止转动。第二驱动器用于根据调节指令控制第二拧紧机构中电机的停止转动。

供电模块包括电源、逆变器、空气开关和开关变换器；电源与逆变器供电连接，逆变器与空气开关供电连接，空气开关分别与第一驱动器、第二驱动器和开关变换器供电连接。开关变换器与控制器供电连接。电源可以采用锂电池，也可以采用发电机，本实施例中，采用发电机；逆变器用于将发电机产生的50v的交流电转换为220v的交流电；开关变换器用于将220v交流电转换为24v、3A或12v、3A的直流电，本实施例中为24v、3A；在其他实施例中，也可以根据用电设备的参数，选用其他规格的开关变换器。

使用时，将第一拧紧机构和第二拧紧机构的工作头套筒分别套在需要拧紧的螺栓上；电源为第一驱动器、第二驱动器和控制器供电。第一拧紧机构和第二拧紧机构工作，第一传感器和第二传感器分别采集第一扭矩信息和第二扭矩信息经第一信号放大器和第二信号放大器处理后发送至控制器，控制器基于预设的扭矩值、第一扭矩信息和第二扭矩信息对第一拧紧机构和第二拧紧机构的电机转速进行调节，使第一拧紧机构和第二拧紧机构的扭矩保持稳定；当第一扭矩信息和第二扭矩信息等于预设的停止值时，表明螺栓已拧紧；控制器控制第一拧紧机构和第二拧紧机构的电机停止转动，拧紧工作结束。

实施例二

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中还包括报警模块，如果第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个未处于预设的扭矩值内，扭矩调节单元还用于向报警模块发送不合格指令；如果第一扭矩信息和第二扭矩信息处于预设的扭矩值内，扭矩调节单元还用于向报警模块发送合格指令；报警模块用于根据不合格指令显示不合格信息以及根据合格指令显示合格信息。具体的，本实施例中，报警模块为两个独立的LED灯，两个独立的LED灯用于显示第一拧紧机构、第二拧紧机构的合格信息以及不合格信息。具体的，亮红灯表示不合格，亮绿灯表示合格。在其他实施例中，报警模块也可以是显示屏或者扬声器，本实施例中考虑到成本，选用LED灯。

实施例三

本实施例和实施例一的区别在于，如图2所示，工作头套筒具有一端面、一开放口1和一锁紧孔2，开放口1自端面沿轴线向内延伸，锁紧孔2自开放口1的底部沿着轴线向内延伸，开放口1截面为喇叭形；锁紧孔2截面为六边形。锁紧孔2能与螺母配合。

本实施例中，开放口1位于端面处的直径为锁紧孔2直径的1倍，开放口1轴向的长度大于或等于锁紧孔2轴向的长度。

操作时，操作人员用开放口1将螺栓罩住，然后保持向下的压力，工作头套筒在转动过程中，锁紧孔2能自动和螺栓对齐，使螺帽进入锁紧孔2内。

实施例四

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中还包括行走轮，具体的，本实施例中行走轮为两个，两个行走轮与一侧的铁轨接触，为了便于描述，正向行走时位于前方的行走轮记为第一行走轮，后方的行走轮记为第二行走轮；第一行走轮上安装有第一振动传感器和第一霍尔传感器；第二行走轮上安装有第二振动传感器和第二霍尔传感器。

本实施例中，控制器还包括处理单元，第一振动传感器、第一霍尔传感器、第二振动传感器和第二霍尔传感器均与处理单元信号连接。处理单元用于从第一振动传感器获取第一振动信号，从第一霍尔传感器获取第一转动信号，从第二振动传感器获取第二振动信号，从第二霍尔传感器获取第二转动信号。

处理单元还用于在获取到第一振动信号的同时，开始基于第一转动信号计算第一行走轮的第一行使距离，以及基于第二转动信号计算第二行走轮的第二行驶距离；当第一行使距离和第二行使距离同时达到预定距离X时，处理单元还用于判断是否获取到第二振动信号，当获取到第二振动信号时，处理单元还用于判断第一振动信号和第二振动信号是否均处于预设的振动范围内，如果处于预设的振动范围内，处理单元还用于记录此处为钢轨接缝处；处理单元还用于在经过钢轨接缝处后的第一个指定位置时，向第一驱动器发送保养指令。本实施例中，预定距离X为第一行走轮轴心至第二行走轮轴心的距离。

本实施例还包括喷油机构，喷油机构用于向螺栓喷防锈油。喷油机构可以通过电动液压机进行挤压的方式实现喷防锈油，此处为现有技术，这里不再赘述。第一驱动器与喷油机构信号连接，驱动机构用于在接收到保养指令时，控制喷油机构喷防锈油。

虽然目前高铁已经开始普及无缝钢轨，但是仍然有部分线路，钢轨之间会有间隙，也就是存在接缝处。处于接缝处的钢轨振动会强于原理接缝处的部分，而处于接缝处的螺栓受到的振动也更强，更容易出现问题，这里的螺栓如果不加以重点保养，其使用寿命容易低于其他位置螺栓的使用寿命。而螺栓容易受到生锈等影响，生锈后的螺栓再加上长期受到振动的影响，会进一步使得使用寿命减少。为了延长接缝处的螺栓的寿命，需要对其进行重点保养，在拧螺栓的第一时间做防锈处理就能有效降低螺栓生锈的可能性。

本实施例中，当第一行走轮经过钢轨的接缝处时，会产生振动，随后当第二行走轮经过钢轨的接缝处，也会产生振动。通过第一振动信号和第二振动信号能识别出钢轨接缝处，处理单元在经过钢轨接缝处后的第一个指定位置时，向第一驱动器发送保养指令，就能对最靠近接缝处的螺栓进行重点的保养。而处理单元基于第一转动信号计算第一行走轮的第一行使距离，以及基于第二转动信号计算第二行走轮的第二行驶距离；可以得知第一行使距离和第二行使距离是否同时达到预定距离X，以及判断第一振动信号和第二振动信号是否均处于预设的振动范围内，能够确认引起第一行走轮和第二行走轮振动的是钢轨的接缝处还是其他干扰，使得对接缝处的检测的准确性高。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于，包括控制模块、第一拧紧机构、第二拧紧机构、第一传感器和第二传感器；第一传感器用于采集第一拧紧机构的第一扭矩信息并发送至控制模块，第二传感器用于采集第二拧紧机构的第二扭矩信息并发送至控制模块；控制模块用于根据第一扭矩信息控制第一拧紧机构以及根据第二扭矩信息控制第二拧紧机构；

所述控制模块包括控制器、第一驱动器和第二驱动器；控制器用于根据第一扭矩信息向第一驱动器发送调节指令，第一驱动器用于根据调节指令调节第一拧紧机构的转速；控制器还用于根据第二扭矩信息向第二驱动器发送调节指令，第二驱动器用于根据调节指令调节第二拧紧机构的转速；

还包括两个行走轮，两个行走轮与一侧的铁轨接触，正向行走时位于前方的行走轮记为第一行走轮，后方的行走轮记为第二行走轮；第一行走轮上安装有第一振动传感器和第一霍尔传感器；第二行走轮上安装有第二振动传感器和第二霍尔传感器；

控制器包括处理单元，第一振动传感器、第一霍尔传感器、第二振动传感器和第二霍尔传感器均与处理单元信号连接，处理单元用于从第一振动传感器获取第一振动信号，从第一霍尔传感器获取第一转动信号，从第二振动传感器获取第二振动信号，从第二霍尔传感器获取第二转动信号，

处理单元还用于在获取到第一振动信号的同时，开始基于第一转动信号计算第一行走轮的第一行驶距离，以及基于第二转动信号计算第二行走轮的第二行驶距离；当第一行驶距离和第二行驶距离同时达到预定距离X时，处理单元还用于判断是否获取到第二振动信号，当获取到第二振动信号时，处理单元还用于判断第一振动信号和第二振动信号是否均处于预设的振动范围内，如果处于预设的振动范围内，处理单元还用于记录此处为钢轨接缝处；处理单元还用于在经过钢轨接缝处后的第一个指定位置时，向第一驱动器发送保养指令；预定距离X为第一行走轮轴心至第二行走轮轴心的距离；

还包括喷油机构，第一驱动器与喷油机构信号连接，驱动机构用于在接收到保养指令时，控制喷油机构喷防锈油。

2.根据权利要求1所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：所述第一拧紧机构和第二拧紧机构均包括电机、减速器和工作头套筒；电机用于驱动减速器转动，减速器用于驱动工作头套筒转动。

3.根据权利要求2所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：所述第一传感器和第二传感器均连接有信号放大器；信号放大器与控制器信号连接。

4.根据权利要求3所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：还包括供电模块，供电模块包括电源、逆变器和空气开关；电源与逆变器供电连接，逆变器与空气开关供电连接，空气开关分别与第一驱动器和第二驱动器供电连接。

5.根据权利要求4所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：供电模块还包括开关变换器，空气开关还与开关变换器供电连接，开关变换器与控制器供电连接。

6.根据权利要求5所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：所述控制器包括扭矩调节单元和启停单元；扭矩调节单元用于判断第一扭矩信息和第二扭矩信息是否等于预设的扭矩值，如果第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个不等于预设的扭矩值，扭矩调节单元用于向对应的第一驱动器或第二驱动器发送调节指令；启停单元用于向第一驱动器和第二驱动器发送启动指令；启停单元还用于判断第一扭矩信息和第二扭矩信息是否等于预设的停止值，当第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个等于预设的停止值时，启停单元用于向对应的第一驱动器或第二驱动器发送停止指令。

7.根据权利要求6所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：还包括报警模块，如果第一扭矩信息和第二扭矩信息中的任意一个不等于预设的扭矩值，扭矩调节单元还用于向报警模块发送不合格指令；如果第一扭矩信息和第二扭矩信息等于预设的扭矩值，扭矩调节单元还用于向报警模块发送合格指令；报警模块用于根据不合格指令显示不合格信息以及根据合格指令显示合格信息。

8.根据权利要求7所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：所述工作头套筒具有一端面、一开放口和一锁紧孔，开放口自端面沿轴线向内延伸，锁紧孔自开放口的底部沿着轴线向内延伸，开放口截面为喇叭形；锁紧孔截面为六边形。

9.根据权利要求8所述的用于螺栓定扭的双头式机动扳手控制系统，其特征在于：报警模块为两个独立的LED灯，两个独立的LED灯用于显示第一拧紧机构、第二拧紧机构的合格信息以及不合格信息。

Images