CN112720324A - 一种电液混动开口扳手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电液混动开口扳手，包括主钳、背钳和连接柱，其中主钳包括液压马达‑开口齿轮组机构、油缸‑棘爪棘轮机构、夹紧机构以及复位机构；背钳包括油缸‑对心夹紧机构以及控制器；连接柱为三根空心柱用于连接主背钳传递扭矩，此外三根空心柱分别内置减速电机和两个微型电机泵为主背钳内执行机构提供能源动力；工作时，开口齿轮组由减速电机驱动，带动开口齿轮连续旋转，完成旋转工件的快速上扣工序；主钳油缸由电机泵驱动，带动棘轮棘爪机构间歇旋转，完成旋转工件的紧扣工序；背钳油缸由另一电机泵驱动，带动对心夹紧机构夹紧固定工件。本发明该扳手可对旋转工件快速完成螺纹拧紧，整体结构高度集成化，适用于大部分螺纹连接工况。

Description

一种电液混动开口扳手

技术领域

本发明涉及开口扳手，具体涉及一种电液混动开口扳手。

背景技术

螺纹连接因其可靠、便捷和可拆卸被广泛应用于现代工业、建筑等行业中。然而，各种螺纹工件形状、长度各异，使用环境条件也比较复杂。而现有的液压扳手为闭口形式，适用于规则的棱边形状，且拧紧速度慢，需要牢靠的固定支撑物提供反力矩，因此其使用场景受到很大的限制。螺纹的拧紧可以分成两个过程，需求力矩小但旋转行程长的上扣过程和需求力矩大但旋转行程短的紧扣过程。为解决上述问题，需开发一种高集成、带反力支撑的便携电液混动开口扳手，保证满足拧紧力矩的同时快速完成螺纹拧紧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电液混动开口扳手，该扳手可对旋转工件快速完成螺纹拧紧，整体结构高度集成化，适用于大部分螺纹连接工况。

实现本发明目的的技术方案是：一种电液混动开口扳手，包括主钳、连接柱和背钳，主钳和背钳固定安装于连接柱两端，连接柱用于连接主钳和背钳并传递二者之间的力矩；主钳包括液压马达-开口齿轮组机构、油缸-棘轮棘爪机构、夹紧机构和复位机构，背钳包括油缸-对心夹紧机构以及控制器；

所述液压马达-开口齿轮组机构包括马达和开口齿轮组，开口齿轮组包括主动轮、两个惰轮及开口齿轮，用于完成上扣过程；所述油缸-棘轮棘爪机构包括主钳油缸、棘爪、支撑块和开口棘轮，用于完成紧扣过程；所述液压马达-开口齿轮组机构、液压缸-棘轮棘爪机构集成于主钳壳体内；所述夹紧机构位于开口齿轮和开口棘轮之间，通过开口齿轮组或棘爪驱动，带动被夹紧的工件，实现旋转拧紧；所述复位机构用于扳手进行复位时将开口齿轮和开口棘轮与主钳壳体开口位置对正；

所述油缸-对心夹紧机构用于夹紧固定工件，所述控制器用于自动化流程控制和系统状态监控，油缸-对心夹紧机构以及控制器集成于背钳壳体内。

进一步的，所述油缸-对心夹紧机构包括背钳油缸、梯形滑块、左右对称布置的两个背钳连杆、2个V型夹爪和回位弹簧，背钳油缸连接梯形滑块，用于推动梯形滑块前行，梯形滑块两侧分别与两个背钳连杆一端连接，用于带动背钳连杆，背钳连杆另一端和V型夹爪连接，V型夹爪随背钳连杆向中心移动，实现对固定工件的对心夹紧；V型夹爪还与回位弹簧一端连接，回位弹簧固定于背钳上，由回位弹簧拉动V型夹爪向两侧移动。

进一步的，所述背钳油缸安装在背钳开口的中轴线位置上。

进一步的，所述连接柱内设有减速电机、第一微型电机泵和第二微型电机泵，第一微型电机泵与主钳油缸连接，第二微型电机泵与背钳油缸连接。

进一步的，所述减速电机包括直流电机和减速器，所述第一微型电机泵和第二微型电机泵均包括直流电机、减速器和轴向柱塞泵，所述所述轴向柱塞泵的出油压力在通过油缸-棘轮棘爪机构转换后满足工件紧扣力矩需求，所述直流电机、减速器以及轴向柱塞泵为细长结构。

进一步的，所述复位机构由固定在开口齿轮上的永磁铁和固定在主钳壳体上的霍尔传感器组成，扳手进行复位时，当永磁铁与霍尔传感器位置对正，霍尔传感器感应触发，确定开口齿轮与主钳壳体开口位置对正。

进一步的，所述主钳油缸一侧安装有自动换向阀，用于控制主钳油缸伸出和缩回的换向，所述主钳壳体内与主钳油缸相对的一侧布置有弹簧增压油箱，所述弹簧增压油箱包括油箱活塞、增压弹簧和油箱盖板，为所述第一微型电机泵提供增压液压油。

进一步的，所述夹紧机构与开口齿轮和开口棘轮通过阶梯销连接组成开口轮系；所述开口棘轮上侧和所述开口齿轮下侧各有一台阶面，通过开口的直角环形滑动轴承配合主钳壳体相应的上下台阶面，实现主钳的轴向和径向定位。

进一步的，所述连接柱为三根空心柱，所述三根空心柱呈品字分布，分别位于主动轮、主钳油缸和弹簧增压油箱下方；其中主动轮下方的空心柱内置减速电机，主钳油缸和弹簧增压油箱下方的两根空心柱分别内置第一微型电机泵和第二微型电机泵，其中，两侧连接柱可作为电液混动开口扳手的握持把手，且在右侧空心柱上布置有控制按钮。

进一步的，所述连接柱与主钳壳体和背钳壳体为一体化结构，组成扳手壳体，扳手壳体上下两端分别固定安装有上盖板和下盖板。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)开口形式，整体结构采用开口形式，方便工件卡入和退出，适用范围广；

2)主背钳结构，主钳用于夹紧旋转工件拧紧螺纹，背钳用于夹紧固定工件传递拧紧反力矩，两者通过连接柱连接；

3)集成性，主钳中集成有包括用于上扣的液压马达-开口齿轮组机构和用于紧扣的油缸-棘轮棘爪机构的执行机构和弹簧增压油箱，连接柱中集成有减速电机和两套微型电机泵，背钳中集成有对心夹紧机构和控制部分，整体结构高度集成化；

4)自动化，控制器通过对霍尔传感器和电机电流的监控实现对工作状态的判断，并按照预定的工作流程进行自动控制。

附图说明

图1是本发明电液混动开口扳手实施例的外形示意图。

图2是本发明电液混动开口扳手实施例主钳结构示意图。

图3是本发明电液混动开口扳手实施例复位机构示意图。

图4是本发明电液混动开口扳手实施例连接柱布置示意图。

图5是本发明电液混动开口扳手实施例背钳结构示意图。

图6是本发明电液混动开口扳手实施例使用的准备状态示意图。

图7是本发明电液混动开口扳手实施例使用的上扣过程示意图。

图8是本发明电液混动开口扳手实施例使用的紧扣过程示意图。

附图标记说明：1.电液混动开口扳手，2.主钳，3.连接柱，4.背钳，5上盖板.，6.扳手壳体，7.下盖板，8.主动轮，9.惰轮，10.开口齿轮，11.主钳油缸，12.主钳活塞杆，13.棘爪销轴，14.棘爪，15.支撑块，16.开口棘轮，17.夹紧机构，18.自动换向阀，19.弹簧增压油箱，20.油箱活塞，21.油箱盖板，22.滑动轴承，23.永磁铁支座，24.永磁铁，25.霍尔传感器，26.电机过渡轴，27.减速电机，2801.第一微型电机泵，2802.第二微型电机泵，29.背钳油缸，30.梯形滑块，31.背钳连杆，32.连杆销轴，33.回位弹簧，34.V型夹爪，35.控制器，36.控制按钮，37.旋转工件，38.固定工件。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

本发明实施例提供一种电液混动开口扳手1，其结构参考图1，主要由主钳2、连接柱3和背钳4三部分组成，主钳2和背钳4固定安装于连接柱3两端。结合图2，主钳2为主要执行机构，包括液压马达-开口齿轮组机构、液压缸-棘轮棘爪机构、夹紧机构17和复位机构；结合图4，连接柱3用于传递主钳2和背钳4之间的力矩，其内设有减速电机27和两套微型电机泵；背钳4提供拧紧反力矩支撑，包括油缸-对心夹紧机构以及控制器35。此外，还包括壳体6，上下盖板7，弹簧增压油箱19和支撑块15等附件。

所述液压马达-开口齿轮组机构包括马达和开口齿轮组，所述开口齿轮机构包括主动轮8，两个惰轮9及开口齿轮10。所述两个惰轮9根据开口齿轮10组安装条件计算安装位置。

所述油缸-棘轮棘爪14机构包括主钳油缸11、棘爪14、支撑块15和开口棘轮16。所述棘爪14与液压缸活塞杆的前端通过销轴连接。所述支撑块15固定在壳体6内侧，对棘爪14进行支撑和导向，并将棘爪14所受的径向反力传递到壳体6上。

所述液压马达-开口齿轮组机构、液压缸-棘轮棘爪机构集成于主钳壳体内；

所述夹紧机构17位于开口齿轮10和开口棘轮16之间，并与两者通过销连接组成开口轮系。开口轮系可通过开口齿轮组或棘爪14驱动，带动被夹紧的工件，实现旋转拧紧。

结合图3，所述复位机构包括永磁铁24和霍尔传感器25，永磁铁24固定于所述开口齿轮10上，霍尔传感器25固定于主钳壳体相应位置。开口齿轮10旋转使永磁铁24与霍尔传感器25对正位置后，霍尔传感器25感应触发，开口齿轮10到位停止，实现开口扳手复位。

所述连接柱3为三根空心柱，用于连接主钳2和背钳4传递拧紧力矩。三根空心柱呈品字分布，分别位于主动轮8，主钳油缸和弹簧增压油箱19下方。其中，两侧连接柱3可作为电液混动开口扳手的左右扳手，且在右侧空心柱上布置有控制按钮36。优选的，连接柱3由主钳壳体和背钳壳体为一体化结构，增强整体强度和刚度。

所述减速电机27包括直流电机和减速器。所述减速器的减速比应考虑直流电机额定转速与所选开口齿轮组的减速比，按照实际需求选取，所述直流电机输出扭矩应在减速放大后满足工件螺纹上扣力矩需求。

所述微型电机泵包括直流电机，减速器和轴向柱塞泵。所述轴向柱塞泵出油压力在通过主钳油缸-棘轮棘爪机构转换后应满足工件紧扣力矩需求。优选地，所述直流电机，减速器以及轴向柱塞泵为细长结构，便于微型电机泵放置。

结合图5，所述油缸-对心夹紧机构包括油缸，梯形滑块30，左右对称布置的两个连杆，以及位于连杆前端的V型夹爪34和回位弹簧33。夹紧过程中，油缸伸出带动梯形滑块30前行，推动左右两连杆旋转，位于连杆前端的V型夹爪34同步向心移动，夹紧固定工件38。回位过程中，油缸缩回，回位弹簧33将V型夹爪34向两侧拉回，使得背钳4与固定工件脱离。

所述控制器35包括电机控制，自动化流程控制和系统状态监控。系统状态监控主要对油箱温度和压力以及电机转速进行监控，并进行异常报警。优选的，自动化流程控制通过霍尔传感器25和三个电机电流传感器判断工作流程，实现预定的自动控制。

所述弹簧增压油箱19包括油箱活塞20、增压弹簧和油箱盖板21，集成于主钳2壳体6中，用于对油箱油液增压，便于电机泵吸油。所述增压弹簧刚度和压缩量应考虑油箱油液的最小和最大压力，优选的，油箱压力范围在0.05-0.2MPa之间。

本发明实例提供的电液混动开口扳手为主钳2和背钳4加连接柱3形式，采用主钳壳体和背钳壳体与连接柱3一体化和上下盖板7的结构，并使用铝钛合金为材料，在保证扳手强度和刚度的基础上减轻重量。其中，主钳2中集成有用于上扣的开口齿轮10机构和用于紧扣的油缸-棘轮棘爪14机构。在上扣阶段，减速电机27通过电机过渡轴26将动力传递到主动轮8中，再通过两个惰轮9，带动开口齿轮10旋转。惰轮9安装位置应满足两轮之间的水平距离大于开口齿轮10开口宽度，且四轮传动不干涉的条件，以实现开口齿轮10的连续旋转。由于上扣过程所需力矩较小，对四个齿轮的强度要求较低，因此四个齿轮厚度可以较小，并在其上设置减重孔。在紧扣阶段主钳2油缸侧的第一微型电机泵2801输出高压油，推动主钳油缸伸出，通过棘爪销与主钳活塞杆相连的棘爪14推动开口棘轮16旋转。当油缸伸出到达做大行程后，压力升高，电机泵电流升高超出预设值后，自动换向阀18切换使油缸缩回。连接柱3为三根空心圆柱，分别位于主动轮8、主钳油缸11和弹簧增压油箱19弹簧下方。其中主动轮8下方空心柱内置减速电机27，另外两根空心柱内置微型电机泵。此外，两侧空心柱可作为把手握持，并在右侧空心柱上设置控制按钮36，方便操作人员控制。背钳4主要包括对心夹紧机构和控制器35。对心夹紧机构夹紧阶段，弹簧增压油箱19侧第二微型电机泵2802驱动背钳油缸29伸出，带动梯形滑块30前行，通过左右对称的连杆销轴32布置的背钳连杆31被推动旋转，连杆另一端的V型夹爪34即可同步向心移动，夹紧固定工件。对心夹紧机构松开过程，背钳油缸29缩回，V型夹爪34被回位弹簧33的向两侧拉开，与固定工件脱开。

图6到图8为本发明实例提供的电液混动开口扳手用于某对螺纹连接工件拧紧的实际使用示意图。如图6所示为本发明电液混动开口扳手实施例使用的准备示意图。操作员通过两侧空心柱握持电液混动开口扳手，将其卡入待安装工件后，调整扳手上下位置使固定工件位于背钳4开口中，旋转工件37位于主钳2开口中，连接螺纹位于主钳2和背钳4之间。操作员通过右手处的控制按钮36启动油箱侧微型电机泵，驱动背钳油缸-对心夹紧机构夹紧固定工件，完成准备工作。如图7所示为本发明电液混动开口扳手实施例使用的上扣过程示意图。操作员启动减速电机27，带动开口齿轮组机构连续回转，进行工件上扣过程。当上扣过程停止，减速电机27堵转，控制器35监测到减速电机27电流超过预设值后，减速电机27停止，上扣过程完成。如图8所示为本发明电液混动开口扳手实施例使用的紧扣过程示意图。操作员启动主钳油缸11侧微型电机泵，主钳油缸11带动棘爪14向前伸出，并推动棘轮旋转。当油缸伸出到达做大行程后，压力升高，电机泵电流升高超出预设值后，自动换向阀18切换使油缸缩回。重复上述过程直到拧紧力矩达到预设值，完成紧扣过程。安装完成后，开口扳手进行复位过程，首先通过霍尔传感器25将开口齿轮10和开口棘轮16对正壳体开口位置，随后操作员关闭油箱侧微型电机泵，V型夹爪34在回位弹簧33的作用下松开固定工件，操作员将开口扳手取出，完成目标工件的拧紧安装。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种电液混动开口扳手，其特征在于：包括主钳(2)、连接柱(3)和背钳(4)，主钳(2)和背钳(4)固定安装于连接柱(3)两端，连接柱(3)用于连接主钳(2)和背钳(4)并传递二者之间的力矩；主钳(2)包括液压马达-开口齿轮组机构、油缸-棘轮棘爪机构、夹紧机构(17)和复位机构，背钳包括油缸-对心夹紧机构以及控制器(35)；

所述液压马达-开口齿轮组机构包括马达和开口齿轮组，开口齿轮组包括主动轮(8)、两个惰轮(9)及开口齿轮(10)，用于完成上扣过程；所述油缸-棘轮棘爪机构包括主钳油缸(11)、棘爪(14)、支撑块(15)和开口棘轮(16)，用于完成紧扣过程；所述液压马达-开口齿轮组机构、液压缸-棘轮棘爪机构集成于主钳壳体内；所述夹紧机构(17)位于开口齿轮(10)和开口棘轮(16)之间，通过开口齿轮组或棘爪(14)驱动，带动被夹紧的工件，实现旋转拧紧；所述复位机构用于扳手进行复位时将开口齿轮(10)和开口棘轮(16)与主钳壳体开口位置对正；

所述油缸-对心夹紧机构用于夹紧固定工件，所述控制器用于自动化控制和系统状态监控，油缸-对心夹紧机构以及控制器(35)集成于背钳壳体内。

2.如权利要求1所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述油缸-对心夹紧机构包括背钳油缸(29)、梯形滑块(30)、左右对称布置的两个背钳连杆(31)、2个V型夹爪(34)和回位弹簧(33)，背钳油缸(29)连接梯形滑块(30)，用于推动梯形滑块(30)前行，梯形滑块(30)两侧分别与两个背钳连杆(31)一端连接，用于带动背钳连杆(31)，背钳连杆(31)另一端和V型夹爪(34)连接，V型夹爪(34)随背钳连杆(31)向中心移动，实现对固定工件的对心夹紧；V型夹爪(34)还与回位弹簧(33)一端连接，回位弹簧(33)固定于背钳上，由回位弹簧(33)拉动V型夹爪(34)向两侧移动。

3.如权利要求2所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述背钳油缸(29)安装在背钳(4)开口的中轴线位置上。

4.如权利要求2所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述连接柱(3)内设有减速电机(27)、第一微型电机泵(2801)和第二微型电机泵(2802)，第一微型电机泵(2801)与主钳油缸(11)连接，第二微型电机泵(2802)与背钳油缸(29)连接。

5.如权利要求4所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述减速电机(27)包括直流电机和减速器，所述第一微型电机泵(2801)和第二微型电机泵(2802)均包括直流电机、减速器和轴向柱塞泵，所述轴向柱塞泵的出油压力在通过油缸-棘轮棘爪机构转换后满足工件紧扣力矩需求，所述直流电机、减速器以及轴向柱塞泵为细长结构。

6.如权利要求1所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述复位机构由固定在开口齿轮(10)上的永磁铁(24)和固定在主钳壳体上的霍尔传感器(25)组成，扳手进行复位时，当永磁铁(24)与霍尔传感器(25)位置对正，霍尔传感器(25)感应触发，确定开口齿轮(10)与主钳壳体开口位置对正。

7.如权利要求4所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述主钳油缸(11)一侧安装有自动换向阀(18)，用于控制主钳油缸(11)伸出和缩回的换向，所述主钳壳体内与主钳油缸(11)相对的一侧布置有弹簧增压油箱(19)，所述弹簧增压油箱(19)包括油箱活塞(20)、增压弹簧和油箱盖板(21)，为所述第一微型电机泵(2801)提供增压液压油。

8.如权利要求1所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述夹紧机构与开口齿轮(10)和开口棘轮(16)通过阶梯销连接组成开口轮系；所述开口棘轮(16)上侧和所述开口齿轮(10)下侧各有一台阶面，通过开口的直角环形滑动轴承(22)配合主钳壳体相应的上下台阶面，实现主钳(2)的轴向和径向定位。

9.如权利要求7所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述连接柱(3)为三根空心柱，所述三根空心柱呈品字分布，分别位于主动轮(8)、主钳油缸(11)和弹簧增压油箱(19)下方；其中主动轮(8)下方的空心柱内置减速电机(27)，主钳油缸(11)和弹簧增压油箱(19)下方的两根空心柱分别内置第一微型电机泵(2801)和第二微型电机泵(2802)，其中，两侧连接柱(3)可作为电液混动开口扳手的握持把手，且在右侧空心柱上布置有控制按钮(36)。

10.如权利要求1所述的电液混动开口扳手，其特征在于：所述连接柱(3)与主钳壳体和背钳壳体为一体化结构，组成扳手壳体(6)，扳手壳体上下两端分别固定安装有上盖板(5)和下盖板(7)。

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