CN112757209B - 一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，包括控制箱、扳手机头和输出套筒；所述控制箱包括箱体，在箱体内设有驱动电机和蓄电池；所述扳手机头包括壳体、主齿轮、行星轮架、行星齿轮、固定齿圈、储能弹簧、冲击头以及输出轴；在箱体内还设有中央控制器，在壳体上设有一检测传感器，所述检测传感器、驱动电机、输入模块和显示器均与中央控制器相连；在中央控制器内存储有多种扣件系统以及该扣件系统对应的控制方案，通过输入模块能够选择扣件类型以及预设扭矩值，中央控制器接收到输入模块输入的信息后，通过显示器进行显示，并控制驱动电机工作。本发明能够预设施加到轨枕螺栓上的扭矩，并且能够精确控制施加扭矩的大小。

Description

一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手

技术领域

本发明涉及扳手技术领域，尤其涉及一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手。

背景技术

冲击式电动轨枕螺栓扳手由于重量轻、力矩大、效率高、能耗低、上下道方便等优点，在铁路轨枕扣件作业中得到大量应用，随着对轨枕螺栓紧固要求的提高，要求轨枕扳手的性能也随之提高，尤其是要求冲击扳手施加在轨枕螺栓上的扭矩大小一致，并且达到要求的扭矩值。因此，市面上出现了预设扭矩的扳手，但现有冲击式电动轨枕螺栓扳手扭矩设定控制方式主要为：

1、设定冲击次数：通过测量冲击头工作次数关停工作电机来得到最终冲击叠加残余扭矩值，而实现控制；但在冲击频率高、环境温度变化大、传感器自身性能等因素下，感应的冲击次数误差较大；并且铁路轨枕扣件螺栓长期暴露野外螺栓的锈蚀、沾着的污物会影响冲击次数，所以在实际工作中误差较大。

2、设定工作时间：通过设定电机工作时间关停工作电机来得到最终冲击叠加残余扭矩值，而实现控制；此种方法不能克服操作人员套入螺母准度和锚固螺杆高度误差，所以在实际工作中误差较大。

3、以上两种控制方式都基于工作电机为固定速度、主压力弹簧参数不变、冲击头、输出轴、螺母套筒等重量不变，故每次冲击叠加残余扭矩值为一固定值，当轨枕扣件系统变化后，对施加在轨枕螺栓上的扭矩要求也产生变化，而现有的扭矩扳手对于不同轨枕扣件要求不同扭矩值时，无法满足扭矩精度。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有预设式扭矩扳手控制精确度低，并且适应性差的问题，提供一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，能够预设施加到轨枕螺栓上的扭矩，并且能够精确控制施加扭矩的大小，从而使施加到轨枕螺栓上扭矩值大小一致，同时能够适应不同的轨枕扣件系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，包括控制箱、扳手机头和输出套筒；所述控制箱包括箱体，在箱体内设有驱动电机和蓄电池；所述扳手机头包括壳体、主齿轮、行星轮架、行星齿轮、固定齿圈、储能弹簧、冲击头以及输出轴；所述驱动电机的电机轴伸入壳体内并与主齿轮相连，所述输出轴的下端伸出壳体，并与输出套筒相连；其特征在于：在箱体上设有输入模块和显示器，在箱体内还设有中央控制器；在壳体上设有一检测传感器，所述检测传感器位于冲击头与行星轮架之间，当冲击头上移到上行程止点时，检测传感器能够检测冲击头，并发出检测信号；所述检测传感器、驱动电机、输入模块和显示器均与中央控制器相连，所述电源为各电气元件供电；在中央控制器内存储有多种扣件系统以及该扣件系统对应的控制方案，通过输入模块能够选择扣件类型以及预设扭矩值，中央控制器接收到输入模块输入的信息后，通过显示器进行显示，并控制驱动电机工作，其具体控制过程如下：

1）中央控制器控制驱动电机转动；

2）当冲击头上移后，检测传感器向中央控制器发送检测检测信号；

3）中央控制器接收到检测传感器发出的第一次检测信号后，根据输入模块输入的扣件类型选择设定的控制方案，并根据预设扭矩值对驱动电机进行控制，直至输出扭矩达到预设扭矩值。

进一步地，所述控制方案为设定的驱动电机输出功率和对应的转速或设定的驱动电机输出功率和工作时间。

进一步地，所述驱动电机采用直流无刷电机。

进一步地，所述主齿轮与电机轴固定连接，且主齿轮的轴向与电机轴的轴向一致；所述行星轮架包括上连接盘、下连接盘以及芯轴，所述芯轴的上端与下连接盘固定连接，下端与输出轴转动连接；在上连接盘中部对应主齿轮的位置设有通孔，所述主齿轮的下端穿过通孔后与下连接盘转动连接；所述行星齿轮为数个，并通过转轴与上连接盘和下连接盘转动连接，且行星齿轮与主齿轮啮合；所述固定齿圈套设于行星齿轮外侧，并与壳体固定连接，同时，所有行星齿轮均与该固定齿轮啮合；

所述冲击头的断面呈U形，其底部开设有轴孔，且冲击头通过该轴孔套设在芯轴上，并与芯轴间隙配合；其中，所述轴孔的孔壁通过数颗钢珠与芯轴相连，在芯轴上沿其轴向绕设有螺旋槽，钢珠的一侧嵌入该螺旋槽内，另一侧嵌入冲击头内，所述芯轴通过钢珠能够带动冲击头同步转动；所述储能弹簧套设于芯轴上，其上端与下连接盘固定连接，下端与冲击头的底部固定连接；所述输出轴的上端与一传动盘相连，在冲击头的下端设有冲击凸耳，在传动盘的上侧设有传动支耳，所述冲击凸耳和传动支耳位于一芯轴轴心线为中心的同一圆周上，在冲击头转动过程中，能够通过冲击凸耳与传动支耳的配合带动传动盘转动。

进一步地，所述轴孔为上小下大的锥形孔。

进一步地，所述储能弹簧包括主弹簧和副弹簧，所述主弹簧套设副弹簧上，且主弹簧和副弹簧的上端均与下连接盘相连，下端均与冲击头底部相连。

进一步地，在上连接盘与壳体顶部之间设有一向心轴承。

进一步地，所述行星齿轮为3个，并绕主齿轮一周均匀分布。

进一步地，所述检测传感器采用接近传感器、位置传感器、霍尔传感器或光电传感器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本方案能够实现数字化预设施加到轨枕螺栓上的扭矩，并通过中央控制器实现精确控制，实现扭矩的准确施加，从而使施加到轨枕螺栓上扭矩值大小一致；同时，根据不同的轨枕扣件，选择对应的控制方案，从而能够适应不同的轨枕扣件系统，并且使轨枕螺栓的安装稳定性、一致型更好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路远离框图。

图中：1驱动电机；2壳体；3主齿轮；41上连接盘；42下连接盘；43芯轴；5行星齿轮；6固定齿圈；71主弹簧；72副弹簧；8冲击头；9输出轴；10输出套筒；11检测传感器；12钢珠；13传动盘；14中央控制器；15电机控制器；161扣件类型选择输入模块；162预设扭矩输入模块；171扣件类型显示器；172预设扭矩值显示器。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2，一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，包括控制箱、扳手机头和输出套筒10。所述控制箱包括箱体，在箱体内设有驱动电机1和蓄电池；其中，所述控制箱安装与扳手机头上方，所述驱动电机1采用直流无刷电机，其启动扭矩大，并且控制精确度高。所述扳手机头包括壳体2、主齿轮3、行星轮架、行星齿轮5、固定齿圈6、储能弹簧、冲击头8以及输出轴9；所述驱动电机1的电机轴伸入壳体2内并与主齿轮3相连，所述输出轴9的下端伸出壳体2，并与输出套筒10相连。

具体装配过程中，所述主齿轮3与电机轴固定连接，且主齿轮3的轴向与电机轴的轴向一致。所述行星轮架包括上连接盘41、下连接盘42以及芯轴43，所述芯轴43的上端与下连接盘42固定连接，下端与输出轴9转动连接。在上连接盘41中部对应主齿轮3的位置设有通孔，所述主齿轮3的下端穿过通孔后与下连接盘42转动连接。所述行星齿轮5为数个，并通过转轴与上连接盘41和下连接盘42转动连接，且行星齿轮5与主齿轮3啮合；实施时，所述行星齿轮5为3个，并绕主齿轮3一周均匀分布，从而使扭矩传递的稳定性更好。所述固定齿圈6套设于行星齿轮5外侧，并与壳体2固定连接，同时，所有行星齿轮5均与该固定齿轮啮合。这样，驱动电机1带动主齿轮3转动过程中，行星齿轮5转动；由于固定齿圈6的作用，行星齿轮5在转动的过程中，绕固定齿圈6的内圈转动，从带动行星轮架转动。驱动电机1通过主齿轮3和行星齿轮5实现行星减速，这种结构减速比大，体积更小，且重量更轻。在上连接盘41与壳体2顶部之间设有一向心轴承，从而进一步提高转动过程中的稳定性。

所述冲击头8的断面呈U形，其底部开设有轴孔，且冲击头8通过该轴孔套设在芯轴43上，并与芯轴43间隙配合（且能沿芯轴43自由移动）；装配时，冲击头8（上端面）与行星轮架（下连接盘42）之间具有间距。其中，所述轴孔的孔壁通过数颗钢珠12与芯轴43相连，在芯轴43上沿其轴向绕设有螺旋槽，钢珠12的一侧嵌入该螺旋槽内，另一侧嵌入冲击头8内，所述芯轴43通过钢珠12能够带动冲击头8同步转动；其中，所述轴孔为上小下大的锥形孔，从而使冲击头8能够快速上下移动。实际装配时，初始状态，钢珠12位于螺旋槽下端的端部，这样，当冲击头8不受阻力或受到的阻力较小时，芯轴43转动即可带动冲击头8同步转动。

所述储能弹簧套设于芯轴43上，其上端与下连接盘42固定连接，下端与冲击头8的底部固定连接；具体实施时，所述储能弹簧包括主弹簧71和副弹簧72，所述主弹簧71套设副弹簧72上，且主弹簧71和副弹簧72的上端均与下连接盘42相连，下端均与冲击头8底部相连；由一主（压缩）弹簧和一副（压缩）弹簧组成储能弹簧，这种结构能最大限度保证每次动能输出的稳定。所述输出轴9的上端与一传动盘13相连，在冲击头8的下端设有冲击凸耳，在传动盘13的上侧设有传动支耳，所述冲击凸耳和传动支耳位于一芯轴43轴心线为中心的同一圆周上，在冲击头8转动过程中，能够通过冲击凸耳与传动支耳的配合带动传动盘13转动。作为优选，所述冲击凸耳和传动支耳均为两个，并分别位于同一直径上，从而进一步提高扭矩传递的稳定性。

在箱体上设有输入模块和显示器，在箱体内还设有中央控制器14。在壳体2上设有一检测传感器11，所述检测传感器11位于冲击头8与行星轮架之间，当冲击头8上移到上行程止点时，检测传感器11能够检测冲击头8（直至冲击头8下移复位后完成检测），并发出检测信号。其中，所述检测传感器11采用接近传感器、位置传感器、霍尔传感器或光电传感器等，（每当冲击头8上移到上行程止点时，检测传感器11均能够感应到冲击头8的位置，并发出检测信号，从而使检测稳定性更好）。所述检测传感器11、驱动电机1、输入模块和显示器均与中央控制器14相连，实际实施时，所述中央控制器14经电机控制器15后与驱动电机1相连，以通过电机控制器15对驱动电机1进行控制；所述电源为各电气元件供电。

在中央控制器14内存储有多种扣件系统以及该扣件系统对应的控制方案，通过输入模块能够选择扣件类型以及预设扭矩值，中央控制器14接收到输入模块输入的信息后，通过显示器进行，显示，并控制驱动电机1工作。具体地，所述输入模块包括扣件类型选择输入模块161和预设扭矩输入模块162，所述显示器包括扣件类型显示器171和预设扭矩值显示器172，分别对应显示选择的扣件类型和输入的预设扭矩值。

所述控制方案为设定的驱动电机1输出功率和对应的转速或设定的驱动电机1输出功率和工作时间；这样，中央控制器14在控制过程中，只需要根据扭矩的公式P = T * n/ 9550，换算出驱动电机1需要工作时间或工作转速，并控制驱动电机1即可；式中，T是扭矩，P是输出功率，n是电机转速。由于各型铁路中的轨枕扣件系统中的螺栓、螺母、弹条都有固定的标准；固定冲击扳手转速后由冲击扳手、螺栓、螺母、弹条组成的冲击系统在定值时间内得到的最终冲击叠加残余扭矩值是相同的；当改变冲击扳手转速在定值时间内得到的最终冲击叠加残余扭矩值是会改变的；也就是不同的转速在相同的定值时间内会得到不同的扭矩值；同理：不同的定值时间内在相同的转速也会得到不同的扭矩值。因此：根据轨枕扣件系统不同、预设扭矩值不同在控制系统中储存不同的电机电机输出功率、转速或电机工作时间等方案，以达到扣件对扭矩精度的要求。

其具体控制过程如下：

1）中央控制器14控制驱动电机1转动；

2）当冲击头8上移后，检测传感器11向中央控制器14发送检测检测信号；

3）中央控制器14接收到检测传感器11发出的第一次检测信号后，根据输入模块输入的扣件类型选择设定的控制方案，并根据预设扭矩值对驱动电机1进行控制，直至输出扭矩达到预设扭矩值。

工作过程中，驱动电机1通过电机轴带动主齿轮3转动，主齿轮3再带动行星齿轮5转动，行星齿轮5沿着固定齿圈6作圆周减速运动，由于行星架与芯轴43为一体结构，故芯轴43与行星轮架一同作圆周运动。芯轴43转动带动钢珠12同步转动，其中钢珠12是嵌在芯轴43和冲击头8内，从而使钢珠12又带动冲击头8转动，冲击头8通过冲击凸耳和传动支耳的配合带动输出轴9转动，输出轴9又带动输出套筒10转动，形成初始扭矩输出。当输出套筒10带动工件（螺母或螺杆）转动扭力增加到能克服储能弹簧的压力和芯轴43的螺旋槽与钢珠12摩擦力时，由于钢珠12的限制，冲击头8即沿芯轴43的螺旋槽压缩储能弹簧向上作轴向运动，轴向运动的高度超过传动支耳的高度时，冲击头8与输出轴9脱离，芯轴43再次通过钢珠12带动冲击转动，转动距离超过传动支耳的宽度后，储能弹簧压缩力释放带动冲击头8沿芯轴43的螺旋槽向下作轴向运动，冲击头8下方的冲击凸耳再次冲击传动支耳产生冲击扭矩，此扭矩通过套在输出轴9上的输出套筒10传递给工件（螺母或螺杆）完成一次扭矩输出；以此往复达到工件（螺母或螺杆）紧固或松卸。安装在壳体2上的检测传感器11能检测到每一次冲击头8轴向运动并输出一个脉冲信号，将该信号传输给中央控制器14；输出套筒10作紧固方向旋转时，中央控制器14接收到第一个脉冲信号，启动与轨枕扣件对应的控制方案，对电机进行控制，达到预设扭矩值后停止电机。输出套筒10作松卸方向旋转时，中央控制器14控制驱动电机1高速工作直到工件完全松卸人工干预电机停止。

本方案能够实现数字化预设施加到轨枕螺栓上的扭矩，并通过中央控制器14实现精确控制，利用电动扳手径向旋转的冲击头8冲击输出轴9时产生的轴向运动，通过检测传感器11检测第一次冲击运动判断作功开始，启动中央控制器14按预设扭矩值和扣件类型启动控制方案，控制电机工作，即控制驱动电机1电机的转速或工作时间来得到与预设扭矩值接近、重复性高的扭矩值；实现扭矩的准确施加，从而使施加到轨枕螺栓上扭矩值大小一致；同时，根据不同的轨枕扣件，选择对应的控制方案，从而能够适应不同的轨枕扣件系统，并且使轨枕螺栓的安装稳定性、一致型更好。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，包括控制箱、扳手机头和输出套筒；所述控制箱包括箱体，在箱体内设有驱动电机和蓄电池；所述扳手机头包括壳体、主齿轮、行星轮架、行星齿轮、固定齿圈、储能弹簧、冲击头以及输出轴；所述驱动电机的电机轴伸入壳体内并与主齿轮相连，所述输出轴的下端伸出壳体，并与输出套筒相连；其特征在于：所述主齿轮与电机轴固定连接，且主齿轮的轴向与电机轴的轴向一致；所述行星轮架包括上连接盘、下连接盘以及芯轴，所述芯轴的上端与下连接盘固定连接，下端与输出轴转动连接；在上连接盘中部对应主齿轮的位置设有通孔，所述主齿轮的下端穿过通孔后与下连接盘转动连接；所述行星齿轮为数个，并通过转轴与上连接盘和下连接盘转动连接，且行星齿轮与主齿轮啮合；所述固定齿圈套设于行星齿轮外侧，并与壳体固定连接，同时，所有行星齿轮均与该固定齿圈啮合；

所述冲击头的断面呈U形，其底部开设有轴孔，且冲击头通过该轴孔套设在芯轴上，并与芯轴间隙配合；其中，所述轴孔的孔壁通过数颗钢珠与芯轴相连，在芯轴上沿其轴向绕设有螺旋槽，钢珠的一侧嵌入该螺旋槽内，另一侧嵌入冲击头内，所述芯轴通过钢珠能够带动冲击头同步转动；所述储能弹簧套设于芯轴上，其上端与下连接盘固定连接，下端与冲击头的底部固定连接；所述输出轴的上端与一传动盘相连，在冲击头的下端设有冲击凸耳，在传动盘的上侧设有传动支耳，所述冲击凸耳和传动支耳位于一芯轴轴心线为中心的同一圆周上，在冲击头转动过程中，能够通过冲击凸耳与传动支耳的配合带动传动盘转动；

在箱体上设有输入模块和显示器，在箱体内还设有中央控制器；在壳体上设有一检测传感器，所述检测传感器位于冲击头与行星轮架之间，当冲击头上移到上行程止点时，检测传感器能够检测冲击头，并发出检测信号；所述检测传感器、驱动电机、输入模块和显示器均与中央控制器相连，电源为各电气元件供电；在中央控制器内存储有多种扣件系统以及该扣件系统对应的控制方案，通过输入模块能够选择扣件类型以及预设扭矩值，中央控制器接收到输入模块输入的信息后，通过显示器进行显示，并控制驱动电机工作，其具体控制过程如下：

1）中央控制器控制驱动电机转动；

2）当冲击头上移后，检测传感器向中央控制器发送检测信号；

3）中央控制器接收到检测传感器发出的第一次检测信号后，根据输入模块输入的扣件类型选择设定的控制方案，并根据预设扭矩值对驱动电机进行控制，直至输出扭矩达到预设扭矩值；所述控制方案为设定的驱动电机输出功率和对应的转速或设定的驱动电机输出功率和工作时间。

2.根据权利要求1所述的一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述驱动电机采用直流无刷电机。

3.根据权利要求1所述的一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述轴孔为上小下大的锥形孔。

4.根据权利要求1所述的一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述储能弹簧包括主弹簧和副弹簧，所述主弹簧套设副弹簧上，且主弹簧和副弹簧的上端均与下连接盘相连，下端均与冲击头底部相连。

5.根据权利要求1所述的一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，其特征在于：在上连接盘与壳体顶部之间设有一向心轴承。

6.根据权利要求1所述的一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述行星齿轮为3个，并绕主齿轮一周均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种扭矩预设式智能电动轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述检测传感器采用接近传感器、位置传感器、霍尔传感器或光电传感器。

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