CN114102498A - 电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路轨道铺设及养护设备技术领域，具体涉及一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手及系统，所述机动扳手包括行走在轨道上的行走装置，以及水平转动连接在行走装置上端的主体框架，主体框架前端上设有安装框架，所述安装框架中安装有上下滑动连接设置的电动螺栓拧紧组件，电动螺栓拧紧组件与安装框架之间设置有复位弹簧，所述安装框架上设有按压电动螺栓拧紧组件的按压组件；所述电动螺栓拧紧组件包括电机、输出轴、陀螺仪、扭矩传感器、螺栓拧紧部件和控制器。本发明能够在电动螺栓拧紧组件拧紧螺栓的过程中，始终保持电动螺栓拧紧组件中拧紧轴的轴心线与螺栓的轴心线为同一直线上，避免扭矩数值突变，以实现高精度拧紧扭矩控制。

Description

电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手及系统

技术领域

本发明涉及铁路轨道铺设及养护设备技术领域，具体涉及一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手及系统。

背景技术

目前高速铁路的建设在全国范围乃至全球范围大面积铺开，铁路轨道在铺设及维护保养时工程量巨大。高速铁路在铺设铁路轨道时，铁轨轨枕与铁轨之间是通过扣件及螺栓紧固连接的。手工拧紧的劳动强度大、作业时间长、工作效率低、螺栓拧紧质量无法保证。因此出现了自动拧紧螺栓的装置，包括行走在轨道上的行走装置，以及在竖直平面转动且与行走装置上端铰接的主体框架。主体框架一端部设有扶手和竖直设置有用于高精度拧紧扭矩控制的电动螺栓拧紧组件。使用时，下压扶手使电动螺栓拧紧组件下端对准螺栓，通电即可。这种方式虽然一定程度上提高螺栓拧紧的工作效率，但是在拧紧过程中，螺栓高度不断降低，使得电动螺栓拧紧组件中拧紧轴的轴心线不为竖直的，与螺栓的轴心线同心度偏差不断增大，使得整个拧紧过程中会出现多次扭矩数值突变，难以实现高精度拧紧扭矩控制，同时还容易损坏电动螺栓拧紧组件。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，能够在电动螺栓拧紧组件拧紧螺栓的过程中，始终保持电动螺栓拧紧组件中拧紧轴的轴心线与螺栓的轴心线为同一直线上，避免扭矩数值突变，以实现高精度拧紧扭矩控制的同时保证电动螺栓拧紧组件的安全。

为了达到上述目的，提供了一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，包括行走在轨道上的行走装置，以及水平转动连接在行走装置上端的主体框架，所述主体框架前端上设有安装框架，所述安装框架中安装有上下滑动连接设置的电动螺栓拧紧组件，所述电动螺栓拧紧组件与安装框架之间设置有复位弹簧，所述安装框架上设有按压电动螺栓拧紧组件的按压组件；

所述电动螺栓拧紧组件包括竖直向且依次向下连接设置的电机、输出轴、陀螺仪、扭矩传感器和螺栓拧紧部件，以及电连接电机、陀螺仪和扭矩传感器的控制器；所述陀螺仪装用于测量输出轴和螺栓拧紧部件的同轴度数据；所述扭矩传感器用于测量螺栓拧紧部件受到的实际扭矩数据；所述控制器用于根据同轴度数据和实际扭矩数据控制电机的启停。

原理及优点：

1.电动螺栓拧紧组件设置在安装框架中，由安装框架对其移动轨迹进行约束，使其只能上下移动，因此通过按压组件可对电动螺栓拧紧组件进行向下按压的操作，而其中接触并拧紧螺栓的操作过程中，可让电动螺栓拧紧组件中输出轴的轴心线与螺栓的轴心线始终为同一直线上，避免了电动螺栓拧紧组件扭矩数值突变，实现了高精度拧紧扭矩控制。而复位弹簧可以起到复位的作用，让电动螺栓拧紧组件回到初始位置，以方便下一次的使用。

2.通过电动螺栓拧紧组件中的陀螺仪可以测量输出轴和螺栓拧紧部件的同轴度数据，而扭矩传感器可以测量实际扭矩数据，然后通过同轴度数据和实际扭矩数据来控制电机启停的方式，一方面能够避免电动螺栓拧紧组件中输出轴的轴心线与螺栓的轴心线不在同一直线上，而导致电动螺栓拧紧组件出现损坏。然后通过及时停止电机可以对电动螺栓拧紧组件起到保护作用。另一方面，能够避免扭矩传感器检测的扭矩数值突变，从而保证螺栓能拧到正常的扭矩数值，进而保证铁轨的稳定，以及螺栓自身结构的安全。

进一步，所述按压组件包括铰接设置在主体框架前端的扶手，以及套设在电动螺栓拧紧组件顶部的安装帽，所述安装帽两端分别设置有导向块，所述导向块位于扶手的转动轨迹上。

由于扶手与主体框架前端铰接，导向块位于扶手的转动轨迹上，因此扶手在转动的过程中会与导向块相接触，导向块会起到导向的作用，将扶手施加的压力转换为竖直向下移动的动力，从而带动电动螺栓拧紧组件向下移动。在整个过程中，扶手与主体框架的铰接处成为了杠杆中的支点，扶手整体长度成为杠杆的动力臂，导向块与扶手的接触点成了阻力点，扶手上支点与阻力点之间的距离小于扶手本身的长度，即动力臂大于阻力臂，使得整体构成省力杠杆，因此操作更省力。而松开扶手，通过复位弹簧即可完成电动螺栓拧紧组件的复位，操作十分方便。

进一步，所述导向块为半圆饼型，其弧形曲面朝向扶手。

便于扶手的转动，不会阻碍扶手的转动。

进一步，所述导向块为三棱柱型，其最大斜面朝向扶手，且角部与安装帽铰接设置。

便于扶手的转动，不会阻碍扶手的转动。

进一步，所述扶手与主体框架的转动连接处设置有锁紧手柄。

锁紧手柄的设置，一方面可以调节扶手的高度并固定，以方便结合行走装置推动装置整体在轨道上移动。另一方面可松开扶手与主体框架的连接，方便扶手成为省力杠杆，使得螺栓拧紧操作更加省力。

进一步，所述扶手上与导向块接触位置处套设有缓冲保护套。

通过缓冲保护套便于为扶手提供缓冲保护的作用，避免频繁接触导向块而损坏。

本发明的目的之二在于提供一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手的控制系统，应用于上述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，所述控制系统包括以下模块：

螺栓拧紧控制模块：用于在螺栓拧紧后，通过控制器控制电机以设定速度将螺栓拧松设定角度，当螺栓拧动的角度满足设定角度且扭矩传感器检测到设定扭矩值时，再将螺栓回拧设定角度，并通过扭矩传感器再次获取检测扭矩值；

扭矩数据分析模块：用于通过螺栓拧紧控制模块获取并记录若干组检测扭矩值，分析若干组检测扭矩值的平均值并评估扭矩波动特性，分析获取螺栓的拧紧力矩值。

原理及优点：

为了轨道的安全固定，以及螺栓自身结构的安全，需要将螺栓拧紧到合适的拧紧力矩值。本方案中，螺栓拧紧控制模块在螺栓拧紧后，先通过控制器控制电机以设定速度将螺栓拧松设定角度，其目的是使微小幅度的转动，该过程中，拧紧力矩值的影响因素由静摩擦和动摩擦共同影响，不便于将螺栓拧到位。因此本方案再通过正拧和反拧相同的角度，获取检测扭矩值。再通过扭矩数据分析模块记录若干组检测扭矩值，来评估扭矩波动特性，从而分析获取到螺栓的拧紧力矩值，从而实现轨道的安全固定，以及螺栓自身结构的安全。

附图说明

图1为本发明实施例一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手的正视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：扶手1、安装帽2、导向块3、锁紧手柄4、电控箱5、发电机6、支架7、轨道移动滚轮8、电动螺栓拧紧组件9、复位弹簧10。

实施例

一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，基本如附图1所示：包括行走在轨道上的行走装置，以及安装设置在行走装置上端的主体框架。

所述行走装置包括支架7和轨道移动滚轮8，所述轨道移动滚轮8设置在移动支架7两端部位置，所述移动支架7中部上表面与主体框架的下端水平转动连接。具体可通过轴承组件实现水平转动。

所述主体框架上设置有发电机6和电控箱5，发电机6设置在主体框架的后端。本实施例中，发电机6采用直流发电机，电控箱5中主要设有逆变器，将直流发电机6发的电转换为交流电，电动螺栓拧紧组件9中的电机采用交流伺服电机。所述电动螺栓拧紧组件9包括竖直向且依次向下连接设置的电机、输出轴、陀螺仪、扭矩传感器和螺栓拧紧部件，以及电连接电机、陀螺仪和扭矩传感器的控制器；所述陀螺仪装用于测量输出轴和螺栓拧紧部件的同轴度数据；所述扭矩传感器用于测量螺栓拧紧部件受到的实际扭矩数据；所述控制器用于根据同轴度数据和实际扭矩数据控制电机的启停。本实施例中，电机为伺服电机，具体搭配减速电机或减速齿轮箱使用。螺栓拧紧部件为竖直状的套筒，可套设在螺栓上，用于拧紧或拧松螺栓。

所述主体框架前端上设有安装框架，所述安装框架中安装有竖直朝下设置的电动螺栓拧紧组件9，所述电动螺栓拧紧组件9与安装框架之间设置有复位弹簧10，所述复位弹簧10设有四条分别呈正方形分布。所述安装框架上设有按压电动螺栓拧紧组件9的按压组件。

所述按压组件包括铰接设置在主体框架前端的扶手1，以及套设在电动螺栓拧紧组件9顶部的安装帽2，所述安装帽2两端分别设置有导向块3，所述导向块3位于扶手1的转动轨迹上。所述导向块3为半圆饼型，其弧形曲面朝向扶手1。或所述导向块3为直角三棱柱型，其最大斜面朝向扶手1，且直角部与安装帽2铰接设置。所述扶手1与主体框架的转动连接处设置有锁紧手柄4。

具体实施过程如下：

需要拧紧螺栓时，松开锁紧手柄4，使扶手1可自由翻转。扶手1在转动的过程中会与导向块3相接触，导向块3会起到导向的作用，将扶手1施加的压力转换为竖直向下移动的动力，从而带动电动螺栓拧紧组件9向下移动。在整个过程中，扶手1与主体框架的铰接处成为了杠杆中的支点，扶手1整体长度成为杠杆的动力臂，导向块3与扶手1的接触点成了阻力点，扶手1上支点与阻力点之间的距离小于扶手1本身的长度，即动力臂大于阻力臂，使得整体构成省力杠杆，因此操作更省力。而松开扶手1，通过复位弹簧10即可完成电动螺栓拧紧组件9的复位，操作十分方便。

需要移动装置整体时，将扶手1抬到合适的高度，并通过锁紧手柄4固定。然后通过扶手1即可推动装置整体在轨道上移动。

一种电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手的控制系统，所述控制系统应用于上述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，包括以下模块：

应急反馈模块：用于根据陀螺仪来检测并判断电动螺栓拧紧组件中输出轴的轴心线与螺栓的轴心线是否在同一直线上，若不在，则生成第一应急停止信息；还用于将第一应急停止信息发送给控制器，控制器控制电机停止；还用于根据扭矩传感器来实时测量实际扭矩数据，并根据实际扭矩数据分析是否存在突变扭矩数据，若存在突变扭矩数据，则生成第二应急停止信息；还用于将第二应急停止信息发送给控制器，控制器控制电机停止；

螺栓拧紧控制模块：用于在螺栓拧紧后，通过控制器控制电机以设定速度将螺栓拧松设定角度，当螺栓拧动的角度满足设定角度且扭矩传感器检测到设定扭矩值时，再将螺栓回拧设定角度，并通过扭矩传感器再次获取检测扭矩值；

扭矩数据分析模块：用于通过螺栓拧紧控制模块获取并记录若干组检测扭矩值，分析若干组检测扭矩值的平均值并评估扭矩波动特性，分析获取螺栓的拧紧力矩值。

本方案中，螺栓拧紧控制模块在螺栓拧紧后，先通过控制器控制电机以设定速度将螺栓拧松设定角度，其目的是使微小幅度的转动，该过程中，拧紧力矩值的影响因素由静摩擦和动摩擦共同影响，不便于将螺栓拧到位。因此本方案再通过正拧和反拧相同的角度，获取检测扭矩值。再通过扭矩数据分析模块记录若干组检测扭矩值，来评估扭矩波动特性，从而分析获取到螺栓的拧紧力矩值，即螺栓拧紧的最佳值，从而方便实现轨道的安全固定，以及螺栓自身结构的安全。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此过多描述，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 (7)

1.电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：包括行走在轨道上的行走装置，以及水平转动连接在行走装置上端的主体框架，所述主体框架前端上设有安装框架，所述安装框架中安装有上下滑动连接设置的电动螺栓拧紧组件，所述电动螺栓拧紧组件与安装框架之间设置有复位弹簧，所述安装框架上设有按压电动螺栓拧紧组件的按压组件；

所述电动螺栓拧紧组件包括竖直向且依次向下连接设置的电机、输出轴、陀螺仪、扭矩传感器和螺栓拧紧部件，以及电连接电机、陀螺仪和扭矩传感器的控制器；所述陀螺仪装用于测量输出轴和螺栓拧紧部件的同轴度数据；所述扭矩传感器用于测量螺栓拧紧部件受到的实际扭矩数据；所述控制器用于根据同轴度数据和实际扭矩数据控制电机的启停。

2.根据权利要求1所述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：所述按压组件包括铰接设置在主体框架前端的扶手，以及套设在电动螺栓拧紧组件顶部的安装帽，所述安装帽两端分别设置有导向块，所述导向块位于扶手的转动轨迹上。

3.根据权利要求2所述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：所述导向块为半圆饼型，其弧形曲面朝向扶手。

4.根据权利要求2所述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：所述导向块为三棱柱型，其最大斜面朝向扶手，且角部与安装帽铰接设置。

5.根据权利要求2所述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：所述扶手与主体框架的转动连接处设置有锁紧手柄。

6.根据权利要求3或4所述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：所述扶手上与导向块接触位置处套设有缓冲保护套。

7.电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手的控制系统，应用于上述权利要求1-5任一所述的电动轨枕螺栓拧紧力矩检测机动扳手，其特征在于：包括以下模块：

螺栓拧紧控制模块：用于在螺栓拧紧后，通过控制器控制电机以设定速度将螺栓拧松设定角度，当螺栓拧动的角度满足设定角度且扭矩传感器检测到设定扭矩值时，再将螺栓回拧设定角度，并通过扭矩传感器再次获取检测扭矩值；

扭矩数据分析模块：用于通过螺栓拧紧控制模块获取并记录若干组检测扭矩值，分析若干组检测扭矩值的平均值并评估扭矩波动特性，分析获取螺栓的拧紧力矩值。

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