CN111526968A - 用于控制螺栓预张紧的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制螺栓(1)的预张紧的系统，各个螺栓(1)的各个端部被拧到要接合的两个零件(2)的空腔(4)中。各个螺栓(1)包括预张紧件(3)，该预张紧件(3)包括双楔(5)、设置在双楔(5)的各侧的垫圈(6)以及一旦达到期望的预加载就使楔附接的附接元件。使用作用在预张紧件(3)上的张紧工具(10)来执行对应螺栓(1)的预张紧，从而减小楔之间的距离，增加要接合的零件(2)之间的距离，并减小楔的端部与垫圈(6)之间的距离。在本发明的控制系统中，测量所述距离中的至少一个，张紧工具根据所测量的距离来作用。

Description

用于控制螺栓预张紧的系统
技术领域
本发明涉及一种用于螺栓的预张紧的控制系统。
背景技术
螺栓是将两个或更多个组件接合的最常见的手段之一。在大多数应用中，对于它们而言非常重要的是均匀地拧紧以在螺栓中实现足够水平的张力，并且这需要使用控制设备和合适的工具。
存在各种张紧技术，其可根据如何控制预张紧的零件中的拧紧来分类。可在单个螺栓上或多个螺栓上计量预张紧。
根据所使用的控制技术，我们可在现有技术中图1a和图1b所示的以下方法之间进行区分。
控制拧紧力矩。在拧紧螺栓或螺钉期间，通过监测拧紧张力来计量力矩。这也与旋转角度的测量相组合。
控制屈服力矩拉伸。达到弹性域与塑性域之间的点。
控制轴向载荷。在拧紧螺母之前拉长螺栓。
通过在拧紧之前将螺栓和/或螺母或者要接合的零件加热和膨胀来控制拉伸。
然而，这里要张紧和控制的螺栓的可接近性受限，因此上述控制方法均不适用。
在现有技术中，存在具有特定控制的螺栓力矩张紧工具。实用新型ES1072452U就是如此，其中，通过减小两个卡环之间的距离直至它们之间的接触使转动停止，拧紧尖端使要拧紧的元件转动并导致其相对位移。在这种情况下，卡环也可接触传感器代替。专利申请ES2220182A1和ES2277506A1使用：用于计量和控制的载荷传感器，其检测在要接合的元件的颈缩中施加的夹紧力；以及力矩测量系统，其基于应变仪以及使用磁位移传感器的工具的手指行进的距离的计量器。
此外，文献W02017174828A1描述了如何使用以张紧工具预张紧的螺栓来接合两个零件或模块。各个螺栓的端部形成有螺纹，然后被插入并拧到要接合的零件中的相应空腔中。螺栓包括双预张紧楔形式的预张紧元件。在双楔的任一侧，存在垫圈，其通过一个相应倾斜侧面靠在双楔上。预张紧元件还包括夹紧元件。当施加外部载荷时，双楔中的楔之间的距离减小，从而增加了要接合的零件之间的距离并减小了楔的端部与垫圈之间的距离，从而导致螺栓的预加载或张紧。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种如权利要求中所述的用于螺栓的预张紧的控制系统。
在本发明的控制系统中，各个螺栓的各个端部被拧到要接合的两个零件的相应空腔中。各个螺栓继而包括用于预张紧所述螺栓的预张紧元件。该预张紧元件包括：双楔，其由扣紧螺栓的两个楔组成；垫圈，其设置在双楔的任一侧，通过一个相应倾斜侧面靠在所述双楔上；以及夹紧元件，其一旦实现期望的预加载就夹紧双楔的楔。相关螺栓利用张紧工具来预张紧，该张紧工具作用在预张紧元件上，减小双楔的楔之间的距离，增加要接合以预张紧的零件之间的距离，并减小楔的端部与垫圈之间的距离。
然而，在本发明的控制系统中，测量所描述的在拧紧螺栓期间变化的至少一个距离，张紧工具根据所测量的该距离来作用。
如上所述，要张紧的螺栓的两端被拧到位于要接合的零件的内部并且不可接近的空腔中。因此，通过关于现有技术的前一节中描述的方法既无法控制紧密度也无法控制旋转角度。也无法控制屈服力矩拉伸，因为这将涉及预先计量旋转角度和力矩。此外，如果多个螺栓紧邻地平行布置，则其横向可接近性也将受限。
因此，利用本发明的控制系统，即使在对所述螺栓的接近受限或被阻碍的情况下，也可适当地张紧螺栓，从而防止所涉及的螺栓变得过度变形或经历塑性变形。
附图说明
下面我们非常简要地描述一系列附图以帮助理解本发明，尽管没有限制，其明确与作为其示例呈现的本发明的实施方式有关系。
图1a和图1b示出现有技术中的现有张紧控制技术。
图2a示出沿着模块化涡轮机叶片的螺栓的布置，图2b示出装配有预张紧元件的相同螺栓。
图3a示出具有单个预张紧元件的叶片接头的横截面，图3b以纵长横截面示出预张紧元件和内部的螺栓。
图4a和图4b示出拧紧预张紧装置的连接元件的两个实际实施方式。
图5示出张紧工具的配置的实际实施方式。
图6是螺栓根据所经历的位移所获取的载荷的曲线图。
图7示出液压张紧工具的特定配置。
具体实施方式
如图2a所示，在这种情况下要接合的零件2是模块化叶片的两半，这两半一旦接合将形成风力涡轮机叶片(作为示例)。如所述图中所示，这两半利用多个螺栓1接合。例如，在W02017174828A1中描述了使用这样的螺栓来将模块化叶片的零件接合。
在本发明的优选实施方式中，如例如图3a或图3b所示，螺栓1的各个端部被拧到要接合的两个零件2的相应空腔4中。螺栓1继而包括用于预张紧所述螺栓1的预张紧元件3。所述预张紧元件3包括：双楔5，其由扣紧螺栓1的两个楔形成；垫圈6，其设置在双楔5的任一侧，通过一个相应倾斜侧面靠在所述双楔5上；以及夹紧元件8，其一旦达到期望的预加载就夹紧双楔5的楔。相关螺栓1利用张紧工具10来预张紧，张紧工具10作用在预张紧元件3上，从而减小双楔5的楔之间的距离“a”，增加要接合的零件2之间的距离“b”，预张紧对应螺栓1，并减小楔的端部与垫圈6之间的距离“c”。
然而，本发明的控制系统测量在螺栓1的拧紧或加载期间内变化的所述距离“a”、“b”或“c”中的至少一个，张紧工具10根据所测量的“a”、“b”或“c”距离来作用。
图2b示出图2a的多个螺栓1，但是预张紧元件3被装配在它们上并扣紧它们。图2b所示的螺栓1的突出端将被拧到要接合的叶片零件中并且将不可见。
为了方便螺栓1与要接合的零件2(在此示例中，模块化叶片的两半)的组装，插件7被装配到叶片2的空腔4中。所述插件7的内部形成有螺纹，以使得各个螺栓1的螺纹端进入对应插件7中。
图3a示出单个螺栓1，其两端被拧到位于叶片2内的插件7中，并且由于其还被预张紧元件3覆盖，所以所述螺栓1完全不可接近。事实上，如图2a所示，存在多个螺栓1，其端部被拧到空腔4中的插件7中，此外预张紧元件3覆盖螺栓1，使得无法控制其拉伸和/或轴向载荷。
因此，即使在螺栓1不可接近的情况下，本发明的控制系统也允许所述螺栓1被适当地预张紧，因此防止所涉及的螺栓1变得过度变形或经历塑性变形。
如图3b所示，当螺栓1之一被预张紧时，通过其组成零件的位移在预张紧元件3中获得控制参数：通过张紧工具10在双楔5上施加力来推动所述双楔5在倾斜垫圈6上移位。
当对双楔5施加夹紧力时，楔5与垫圈6之间可存在位移，从而导致对应螺栓1中的拉伸。
在本发明的优选实施方式中，除了实现必要的力以导致对应螺栓1的拉伸之外，张紧工具10还测量所描述的“a”、“b”或“c”距离中的至少一个，因此对在预张紧或夹紧期间螺栓1所经历的变形的控制是全面的和即时的，从而确保了螺栓1的适当预张紧，防止螺栓1变得过度变形，即，经历塑性变形。
如上所述，在螺栓1张紧期间会发生三种位移，应该控制它们中的至少一个：
-位移a(在图3b中由尺寸“a”表示)。-当施加外力时两个楔5之间会聚。
-位移b(在图3b中由尺寸“b”表示)。-螺栓的螺纹端插入其中的插件7之间的距离增加，即，要接合的零件2之间的距离增加。
-位移c(在图3b中由尺寸“c”表示)。-在滑动表面或所施加的力的方向上楔5的尖端与垫圈6之间的相对距离减小。
如上所述，预张紧元件3的双楔5的两个楔与设置在预张紧元件3的任一端的垫圈6的倾斜侧面协作。因此，当两个楔5会聚时，图3b所示的距离“a”缩短，并且楔推动对应垫圈6分离，从而增加了如图3b所示的距离“b”。因此，要利用螺栓1接合的零件(即，在本发明的实际实施方式中叶片的两半)往往会分开，以使得螺栓1被拉伸，利用该拉伸获得期望的预加载。
在本发明的控制系统中，优选利用张紧工具10来测量距离“a”，张紧工具10继而施加必要的力以导致对应螺栓1的拉伸或预张紧，以控制所述螺栓1的拉伸，如下面将详细描述的。
本发明的控制系统以图6所示的三个阶段执行，在预张紧操作期间螺栓1变形或拉长的阶段：
阶段1：非线性预拧紧阶段。
阶段2：螺栓1变形，直至达到中间预加载。
阶段3：螺栓1变形以及力矩控制，直至最终预加载。
如例如图3a所示，通过紧固件8(优选螺钉)将双楔5的楔接合在一起，从而允许两个楔之间的相对移动。
在一个非限制性示例中，当按一个方向转动夹紧元件8时，所述夹紧元件8将引导双楔5的两个楔会聚，当按另一方向转动它们时，两个楔将彼此分开。
图4a示出可如何对所有夹紧元件8顺序地或同时(图4b)执行张紧，其中嵌齿状附加件9作用在预张紧元件3的夹紧元件8上。
在图2a和图2b的示例中，在利用多个螺栓1将两个叶片2接合的情况下，在利用以相同初始位置针对所有螺栓1放置张紧工具10的装置(图中未示出)进行的在先定位阶段中，所述螺栓1被预张紧，并测量例如各个双楔5的楔之间的距离“a”。
张紧工具的配置有两个实际实施方式：液压致动器或电致动器。
如果使用液压致动器，则它们同时作用在双楔5的两个楔上，如图5所示。下楔和上楔同时移动以按协调方式会聚。
如果使用电致动器，则可独立地或联合地作用在连接元件上。电动工具的情况下的步骤如下：首先，力控制，第二和第三，电辅助位移的控制。
图6示出上述三个拧紧阶段。开始的通过定位工具进行的非线性阶段，利用液压或电致动器控制螺栓1中的变形的阶段，以及通过施加拧紧力矩(手动或电动)以减小双楔5的楔之间的距离来控制螺栓1的变形的第三阶段。
在本发明的优选实施方式中，张紧工具10是液压的。如图7所示，该张紧工具10包括液压缸(优选单作用式)，其包括作用在预张紧元件3的顶部(即，上楔)上的活塞。缸体(即，壳体)与接口板12和夹紧元件13连接，夹紧元件13被暂时装配到预张紧元件3的下楔。随着液压缸的活塞行进，活塞推动上楔下降，并且接口板12上升，从而以协调方式拉动下楔。通过千分表14来测量双楔5的两个楔之间的距离“a”的减小，该千分表14经由接口板12与双楔5的楔之一(优选上楔)互连，并且其测量尖端与下楔接触。
一旦对应螺栓1如希望那样被拉伸或预张紧，随着对应张紧工具10被移除而取走夹紧元件13。尽管不必将双楔5的楔装配回一起(因为在预张紧操作之后，由双楔5、垫圈6和要接合的零件2形成的组件高度稳定)，可选地，可永久地装配附加夹紧元件8(例如，螺钉)。

Claims (9)

1.一种用于螺栓(1)的预张紧的控制系统，各个螺栓(1)的各个端部被拧到要接合在一起的两个零件(2)中的相应空腔(4)中，所述螺栓(1)包括用于所述螺栓(1)的预张紧的预张紧元件(3)，该预张紧元件(3)包括：由扣紧所述螺栓(1)的两个楔组成的双楔(5)；在所述双楔(5)的任一侧的垫圈(6)，该垫圈(6)通过一个相应倾斜侧面靠在所述双楔(5)上；以及夹紧元件(8)，该夹紧元件(8)一旦达到期望的预加载就固定所述双楔(5)的所述楔，通过作用在所述预张紧元件(3)上的张紧工具(10)来施加预张紧，从而减小所述双楔(5)的所述楔之间的距离(a)，增加要接合以进行预张紧的所述零件(2)之间的距离(b)，并减小所述楔的端部与所述垫圈(6)之间的距离(c)，特征在于，所述控制系统测量在所述螺栓(1)的拧紧期间变化的所述距离(a,b,c)中的至少一个，并且所述张紧工具(10)根据所测量的所述距离(a,b,c)来作用。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，由所述张紧工具(10)在拧紧期间测量至少一个距离(a,b,c)。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述螺栓(1)以三个阶段预张紧，其中，第一阶段是非线性预拧紧的阶段，第二阶段是螺栓(1)变形，直至达到中间目标预加载的阶段，并且第三阶段是螺栓(1)变形并进行力矩控制直至最终预加载的阶段。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，所述螺栓(1)在所述夹紧元件(8)上顺序地预张紧。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制系统，其中，所述螺栓(1)使用作用在所有所述夹紧元件(8)上的附加件(9)在所有所述夹紧元件(8)上顺序地预张紧。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，多个螺栓(1)被预张紧，其中在利用以相同初始位置针对所有所述螺栓(1)放置所述张紧工具(1)的装置进行的初步定位阶段中测量各个双楔(5)的所述楔之间的所述距离(a)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，所述张紧工具(10)是液压或电动工具。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其中，所述张紧工具(10)是液压缸，优选单作用式液压缸，该液压缸包括作用在所述预张紧元件(3)的所述双楔(5)的上楔上的活塞，所述双楔(5)的下楔经由夹紧元件(13)与包括在所述液压缸(10)中的接口板(12)连接，以使得随着所述液压缸(10)的所述活塞行进，所述活塞推动所述上楔下降，并且与所述液压缸壳体(10)互连的所述接口板(12)拉动所述下楔上升。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，通过千分表(14)获得所述楔之间的距离(a)，该千分表(14)与所述双楔(5)的所述楔之一互连，并且该千分表(14)的测量尖端靠在所述双楔(5)的另一楔上。
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