CN1915601A

CN1915601A - 高精度液压扭矩全自动扳手

Info

Publication number: CN1915601A
Application number: CN 200610128629
Authority: CN
Inventors: 方锡忠
Original assignee: 方锡忠
Current assignee: HUANGSHAN SITEER MACHINERY MANUFACTURING CO., LTD.
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: CN100493851C

Abstract

本发明为一种高精度液压扭矩全自动扳手，其包括液压单元、执行单元，其中执行单元用来对螺母、螺栓等需要紧固和拆卸的目标实行拧紧或拆松动作；所述的液压单元，提供液压动力给执行单元，以使其获得工作时所需的全部扭矩，其包括活塞、油缸、旋转接头、高压油管、低压油管以及油泵，所述的油缸中活塞与执行单元相连，所述旋转接头与油泵之间形成液压油回路即高压油管和低压油管，所述的油缸与旋转接头相连，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元是通过对液压单元的压力与执行单元位置的监测，来控制执行单元对紧固和拆卸目标的动作；这样便于根据锁紧或拆卸目标的扭矩要求，高精度的进行操作，自动完成进程和返回，并具有有良好的人机接口界面。

Description

高精度液压扭矩全自动扳手

技术领域

本发明涉及的是一种液压工具，特别涉及的是一种具有数显功能，通过处理器控制，能够自动换向连续拆装的超高精度液压扭矩全自动扳手。

背景技术

现有技术中用于各种场合装拆螺母的液压扳手有多种形式，主要有开式和闭式两大类。它们由高压泵、换向阀、高压胶管及接头、油缸、摇臂、反力臂、棘轮、弹簧、套筒等组成。高压油泵输出的高压油经胶管进入油缸使活塞杆做往复运动，活塞杆带动摇臂来回摆动，摇臂上的棘齿(开式)或装在摇臂内的棘爪(闭式)带动棘轮套筒做单方向旋转运动，从而拧紧或拆松螺母。通过控制油压的大小来控制拧紧力矩的大小。但这些液压扳手的换向阀或采用手动换向阀，或采用电磁换向阀由手动按钮控制，都需要一人专门控制换向阀，难以实现单人操作液压扳手。而且手动操作控制换向存在时间滞延，这一方面影响工作效率，另一方面当活塞到极限位置后不能及时换向，使油压升高至远远超出拧紧螺母所需的油压值，换向后油压又突然降低，从而使扳手工作不稳定，油压升高，能耗增加，寿命缩短。

2004年本发明人为解决上述问题，申报过中国专利200420093281.1号，名称为：自动换向连续拆锁的液压扭矩扳手，提出了一种液压扳手结构，解决现有的液压扭矩扳手人工操作换向存在的时间滞延，以及压力表表盘不能直接显示扭矩的问题，但是随着当代加工产业的不断发展，现有技术应用中液压扳手预紧力的设定是靠调压阀来设定的，并通过压力表读出，由于在超高压的状态下调压阀的精度误差加上人眼观察压力表的视觉误差，累计误差要达到5％以上，对于有些大型高精尖设备，其对螺栓类的预紧精度要求越来越高，上述的5％的误差已经不能满足要求。另一方面上述专利虽然解决了自动换向的，但仅仅应用了限位开关的触发激励，进行控制，但是由于操作环境复杂性的制约，这种方法的使用也受到了一定的限制。最后一方面，仍然需要有操作人员针对每一个螺栓进行，相应的操作和设置，浪费人力的问题依然存在。

为了解决上述存在的种种缺陷，本发明人经过长期的研究和开发，终于研制成功本发明。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高精度液压扳手，便于根据锁紧或拆卸目标的扭矩要求，高精度的进行操作，自动完成进程和返回，并具有有良好的人机接口界面。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种高精度液压扳手，其包括液压单元、执行单元，其中执行单元用来对螺母、螺栓等需要紧固和拆卸的目标实行拧紧或拆松动作；所述的液压单元，提供液压动力给执行单元，以使其获得工作时所需的全部扭矩，其包括活塞、油缸、旋转接头、高压油管、低压油管以及油泵，所述的油缸中活塞与执行单元相连，所述旋转接头与油泵之间形成液压油回路即高压油管和低压油管，所述的油缸与旋转接头相连，还包括控制单元，所述控制单元是通过对液压单元的压力与执行单元位置的监测，来控制执行单元对紧固和拆卸目标的动作；

所述的控制单元包括，压力传感器、数据采集器以及处理器，其中所述的压力传感器设置于高压油管的路上，所述的数据采集器连接着油缸活塞，所述的处理器接收来自压力传感器以及数据采集器的信号处理后，控制液压扳手的运行起停。

同时也提出一种高精度液压扭矩全自动扳手的输出扭矩控制方法，其步骤包括，

在所述的处理器中预先设定一个阈值；

所述压力传感器传输压力信号给处理器；

处理器对压力信号与阈值进行比较，当达到或超出所述阈值后马上关闭油泵电磁换向阀的电源，扳手马上停止工作，否则继续进行工作；

所述的阈值是工作前根据螺栓所需预紧力设定的。

附图说明

图1为本发明高精度液压扳手的功能单元组成简图；

图2为本发明高精度液压扳手较佳实施例一结构简图；

图3为本发明高精度液压扳手较佳实施例二结构简图；

图4为本发明控制系统的结构图；

图5为本发明控制面板的功能设置图。

附图标记说明：a-执行单元；b-液压传动单元；c-控制单元；11-驱动轴；21-驱动棘轮；12-棘轮；13、22-棘爪；14、23-摇臂；15、24-活塞；17、26-旋转接头；16、25-油缸；18、27-反力臂；19、28-高压油管；110、29-低压油管；111、210-控制面板；112、211-油泵；34-处理器；35-数据采集器；33、36-数据线；37-压力传感器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1所示，其本发明高精度液压扳手的功能单元组成简图，其包括液压传动单元b、执行单元a以及控制单c元，其中执行单元a用来对螺母、螺栓等需要紧固和拆卸的目标实行拧紧或拆松动作；所述的液压传动单元b，提供液压动力给执行单元a，以使其获得工作时所需的全部扭矩；控制单元c是通过对液压传动单元b以及执行单元a的监测来实现对本发明高精度液压扳手的功能的自动控制。

请参阅图2所示，其为本发明高精度液压扳手较佳实施例一结构简图，所述的执行单元a包括，驱动棘轮21、棘爪22、摇臂23、旋转接头26以及反力臂27，所述的液压传动单元b包括，活塞24、油缸25、高压油管28、低压油管29以及油泵211，其中反力臂27的一端与油缸25通过圆销铰接定位，油缸25的活塞24与摇臂23一端构成滑动铰连，摇臂23的另一端与反力臂27的另一端通过驱动棘轮21链接，在驱动棘轮21的外沿分别设有与其啮合的棘爪22，其中棘爪21铰接在摇臂23上；旋转接头26与油泵211之间形成液压油回路即高压油管28和低压油管29，所述的油缸25与旋转接头26相连，通过所述的高压油管28和低压油管29使油缸25和油泵211连接到一起，反力臂27两块板型结构，摇臂23、棘爪22、驱动棘轮21、油缸25及其活塞24都在两块板型结构中间；所有构件的工作过程都在两块板型结构中间进行。

请参阅图3所示，其为本发明高精度液压扳手较佳实施例二的结构简图，包括反力臂18、油缸16、摇臂14、驱动轴11和油泵112，反力臂18的一端与油缸16底端铰连，油缸16的活塞15与摇臂14一端铰连，摇臂14的另一端与反力臂18的另一端铰接并通过超越离合器与驱动轴11垂直连接，旋转接头17与油泵112之间形成液压油回路即高压油管19和低压油管110，所述的油缸16与旋转接头17相连，通过所述的高压油管19和低压油管110使油缸16和油泵112连接到一起。

请参阅图4所示，其为本发明控制系统的结构图，所述的控制单元c包括，压力传感器37、数据采集器35以及处理器34，其中所述的压力传感器37设置于高压油管19、28的油上，所述的数据采集器35连接着油缸的活塞24、15，其输出一电阻值，所述的处理器34通过数据线33、36接收来自压力传感器37以及数据采集器35的信号，经过处理后，控制液压扳手的运行起停。

对于数据采集过程：在油缸25、16行走运动过程中，数据采集器35的手柄也跟着油缸25、16行走，数据采集器35输出的电阻值随之变化，所述的电阻值是根据活塞24、15的行走的距离而决定的，其成线性关系，行程长电阻值变化就大，行程短电阻值变化就小，活塞24、15回收到位(初始状态)电阻值为0，行程走到相应距离的电阻与不同扳手的行程有关；同时随着活塞24、15的行走，所述的液压油的压力也发生变化，所述的压力传感器37输出不同的电压给处理器34，处理器34采集到活塞24、15行走中多种多样的变化，其中有活塞24、15自身变化的阻力，压力传感器37输出电压的变量以及在活塞行走过程中电阻的变化都转换成数据，并保存起来，在工作时，经处理器处理，以0.5秒为采样周期来采集压力传感器电压，取中间值来进行分析，对油缸实行三步转换控制。第一步是输出转换实时控制时间；第二步电脑采用点控法，控制油泵的电磁换向阀，降低油泵的压力。(因为油泵手调压机构始终在10Mpa)采集10Mpa以下的数据；第三步读出行程和自身阻力系数后处理器又输出另一条指令，控制油缸行走距离(跟采集时行程一致)。在所走行程之间来回运动。螺栓开始预紧时，压力随之升高，这时电脑采集到这个数据后，马上发出停止点控命令，电磁换向阀常开，扳手开始正常预紧螺栓。这时压力逐步上升，为了保证精度提供了一种输出扭矩控制方法，其步骤包括：

在所述的处理器中预先设定一个阈值；所述的阈值是工作前根据螺栓所需预紧力设定的；

所述压力传感器传输压力信号给处理器；

处理器对压力信号与阈值进行比较，当达到或超出所述阈值后马上关闭油泵电磁换向阀的电源，扳手马上停止工作，否则继续进行工作。

压力传感器的输出电压也在上升，当上升到设定值时，(工作前根据螺栓所需预紧力，预先设定一个阈值)压力传感器传出压力信号给处理器，处理器进行比较后，后当达到或超出所述阈值后马上关闭电磁换向阀的电源，扳手马上停止工作；

因此处理器读取采集到的数据控制扳手在正常的距离内行走，这样仅需要一个工人经过一次事例性的操作，以后本发明高精度液压扳手自己实现对预定的目标螺栓或螺母的处理。这里所述的处理器可以是计算机也可以是DSP等具有处理器功能的单片机。

本发明高精度液压扳手具有良好的人机接口界面，如图5所示，其为本发明控制面板的功能设置图，其上设置有电源开关按钮控制总电源，开机按钮实现油缸的自动工作的控制工作，关机按钮在紧急情况下控制油缸停止，从而使扳手能够马上停止动作；还具有电压设定旋钮，在控制面板设有扭矩显示仪表以及电压显示仪表。

请参阅表1-1，其为本发明压力输出与电压换算表，整个高精度液压扳手工作时，先打开总电源开关，油泵电机开始工作，这时扭矩显示仪表显示“0000”V，设定表显示“00.00”V，先把油泵调整手柄，压力调到最高，电压设定表显示“01.50”V左右，这读数是油泵的自然压力，经压力传感器而产生的，一旦油泵电磁阀开始工作了，就要下降到正常显示了；下一步是电压(液压输出压力)设定，按设置键，每按一下，设定电压上升“00.05”V，也就是说当你需要预紧的螺栓预紧扭矩为X，额定扭矩为Y，传感器电压检测范围为0-10V，其电压设定值＝X÷Y×10。将设定值算出后尾数四舍五入，这样电压也即扭矩设定的精度误差仅为0.25％。当你设定到所需电压时，不要继续按它了，放开手指2秒后扳手就自动开始工作了。若设定的速度慢了，就用快速设定法，按着设置不放1秒钟后，这时设定值读数，以“00.05”V快速上升的，(“00.00-10.00”V循环)到所需的电压时，放开手指，就停止在设定值上，如果说没有到设定值，则通过点触法，点触升压按钮一直点到所需的设定值，则设定结束，过2秒钟后扳手自动开始工作，扳手到设定的电压工作就自动结束。但随时可修改设定值电脑也随时保存设定值的数据，下次使用时直截按数据取出键，扳手按上次设定数据又自动开始工作，按扳手工作停止键扳手马上停止工作。要先把扳手与工件固定好后再开机和设置控制数据，否则就要损坏扳手和工件。

标准值(Mpa)	显示值(V)	标准值(Mpa)	显示值(V)
标准值(Mpa)	显示值(V)	标准值(Mpa)	显示值(V)	70.00	10.00	30.00	4.285
60.00	8.582	20.00	2.860	70.00	10.00	30.00	4.285
60.00	8.582	20.00	2.860	50.00	7.144	10.00	1.435
40.00	5.713	0.000	0.008	50.00	7.144	10.00	1.435

1-1压力输出与电压换算表

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而并非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内，可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高精度液压扭矩全自动扳手，其包括液压单元、执行单元，其中执行单元用来对螺母、螺栓等需要紧固和拆卸的目标实行拧紧或拆松动作；所述的液压单元，提供液压动力给执行单元，以使其获得工作时所需的全部扭矩，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元是通过对液压单元的压力与执行单元位置的监测，来控制执行单元对紧固和拆卸目标的动作。

2.根据权利要求1所述的高精度液压扭矩全自动扳手，其特征在于，所述的执行单元包括，驱动棘轮、驱动棘爪、止退棘爪、摇臂以及反力臂，所述的液压单元包括，活塞、油缸、旋转接头、高压油管、低压油管以及油泵，其中反力臂的一端与油缸铰接，油缸的活塞与摇臂一端构成滑动铰连，摇臂的另一端与反力臂的另一端通过驱动棘轮套筒链接，在驱动棘轮的外沿分别设有与其啮合的驱动棘爪和止退棘爪，其中驱动棘爪铰接在摇臂上，止退棘爪铰接在反力臂的内侧。

3.根据权利要求1所述的高精度液压扭矩全自动扳手，其特征在于，所述的控制单元包括，压力传感器、数据采集器以及处理器，其中所述的压力传感器用以获得油泵的输出压力，所述的数据采集器连接着油缸活塞，其输出一电阻值，所述的处理器接收来自压力传感器以及数据采集器的信号处理后，控制液压扳手的运行起停。

4.根据权利要求3所述的高精度液压扭矩全自动扳手，其特征在于，所述的处理器控制油泵的电磁换向阀，来控制油泵输出压力的高低。

5.根据权利要求3或4所述的高精度液压扭矩全自动扳手，其特征在于，所述的处理器为计算机或单片机。

6.根据权利要求所述的高精度液压扭矩全自动扳手，其特征在于，还包括一控制面板，所述的控制面板与处理器相连，其上设置有控制总电源的电源开关按钮，在紧急情况下控制油缸停止的关机按钮；还具有电压设定旋钮，在控制面板设有扭矩显示仪表以及电压显示仪表。

7.根据权利要求3所述的高精度液压扭矩全自动扳手，其特征在于，所述的数据采集器与油缸共同运动，数据采集器的输出的电阻值随之变化，所述的电阻值是根据活塞的行走的距离而决定的，成线性关系，活塞回收到初始状态电阻值为0。

8.一种高精度液压扭矩全自动扳手的输出扭矩控制方法，其特征在于，

在所述的处理器中预先设定一个阈值；

所述压力传感器传输压力信号给处理器；

9.根据权利要求8所述的高精度液压扭矩全自动扳手输出扭矩控制方法，其特征在于，所述的阈值是工作前根据螺栓所需预紧力设定的。