專利名稱：液壓扭矩扳手系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓扭矩扳手，尤其涉及用于控制液壓扭矩扳手夾緊操作的泵 和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的扭矩扳手泵一般在實現(xiàn)緊固件的最后夾緊前，要求操作者多次前推 或回拉扭矩扳手汽缸。通過將可調(diào)系統(tǒng)卸荷閥設(shè)置至與所要求扭矩相應(yīng)的壓力 設(shè)定而獲得所要求的扭矩設(shè)定點。一般工序要求操作者壓下并保持一個按鈕(一般為向上箭頭[t ])以使扭 矩扳手汽缸進給，監(jiān)控系統(tǒng)壓力和扳手汽缸位置直到它完全前伸為止，然后釋 放該按鈕直到扳手汽缸完全縮回為止。必須重復(fù)多次這種臨時的夾緊步驟直到 在汽缸完全前伸之前達到合適的壓力(對應(yīng)于所要求扭矩設(shè)定)，這表示已獲 得合適的緊固件扭矩值并且已完成最終夾緊步驟。整個過程可能非常冗長、耗 時并且經(jīng)常需要用到第二人(一人監(jiān)控扳手位置而另一人監(jiān)控系統(tǒng)壓力)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用于精確地控制和自動操作液壓扭矩扳手緊固件夾緊系 統(tǒng)的方法和設(shè)備。為此，作為扭矩表征的閥致動和系統(tǒng)壓力被獲得并用來監(jiān)控 緊固件的夾緊并確定最終停止點以終止夾緊。本發(fā)明不添加任何附件到液壓扭 矩扳手地實現(xiàn)該目的。
通過利用系統(tǒng)控制器和系統(tǒng)壓力反饋，可自動進行夾緊(或松開)過程以 可觀地簡化操作、減少循環(huán)時間和操作者疲勞并削減人員配備。該工序使開始 夾緊和達到所要求扭矩之間的臨時夾緊步驟自動化。最終結(jié)果是緊固件無需連 續(xù)前進和回撤循環(huán)的手動操作并在最少時間內(nèi)達到可編程扭矩設(shè)定點。本發(fā)明提供一種液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，它具有雙向作用汽缸，該 夾緊系統(tǒng)隨著汽缸的進給而轉(zhuǎn)動扳手的套筒并隨著汽缸的回撤而不轉(zhuǎn)動套筒 地在套筒上向后棘輪脫開，其中，響應(yīng)操作者對進給致動器的驅(qū)動并將其保持 在驅(qū)動狀態(tài)，所述系統(tǒng)交替地(a)將壓力施加于汽缸以進給汽缸，直到達 到設(shè)定壓力；以及(b)將壓力施加于汽缸以回撤汽缸。本發(fā)明的系統(tǒng)以下述 方式實現(xiàn)上述內(nèi)容當達到緊固件所要求的扭矩時，工序(a)將壓力施加于 汽缸以使汽缸進給以及(b)將壓力施加于汽缸以回撤汽缸之間交替的循環(huán)時間減少。在持續(xù)時間內(nèi)的減少向操作者指示緊固件已達到所要求的扭矩，并且 對操作者而言無論是聽覺上還是視覺上均很明顯。另外，可在緊固件已達到要 求扭矩后自動地切斷泵。在一個方面，液壓扭矩扳手系統(tǒng)通過連續(xù)操作扭矩扳手以交替進給和回撤 扳手汽缸直到達到所要求的扭矩壓力，從而自動地進行夾緊工序。本發(fā)明的其它方面包括如果進給致動器由操作者釋放，扳手完全回撤并停止進給；如果 進給致動器在一段時間內(nèi)不被按下且同時泵運行，則將泵自動切斷；當已將緊 固件夾緊至要求扭矩或壓力設(shè)定點，泵被切斷，或在將扭矩扳手汽缸的進給和 回撤之間的交替循環(huán)的持續(xù)時間減少通過音頻或視頻通知操作者已達到緊固 件停止點的情況下則繼續(xù)運行泵；系統(tǒng)可存儲將壓力與所使用的扳手扭矩相關(guān) 的信息；系統(tǒng)可包括使用者可調(diào)壓力卸荷閥，因此它能象現(xiàn)有技術(shù)那樣使用； 并且系統(tǒng)控制器可提供有通信端口以直接地或通過網(wǎng)絡(luò)與外部計算機通信。 通過詳細說明和附圖，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點將變得更為明顯。


圖1是包含本發(fā)明的液壓扭矩扳手系統(tǒng)的示意性方框圖；圖2是圖1的系統(tǒng)的液壓配置和電子配置的示意性線路圖；以及 圖3是圖1和圖2系統(tǒng)的算法的流程圖。
具體實施方式
參閱圖1和圖2,本發(fā)明的液壓扭矩扳手系統(tǒng)10包括功率單元12和 扭矩扳手14。功率單元12具有液壓泵16，它可以是由電動機18驅(qū)動并在 螺線管操作的四通雙液位閥20的壓力下提供液壓流體的固定排量泵，四通 雙液位閥20除了由螺線管操作外也可手動操作。泵16將流體從儲液罐22 中抽出，流體通過閥20從扳手14返回到儲液罐22。在圖2所示的閥20 的位置中，在壓力下來自泵16的流體被引向扳手的回撤端口 B并從扳手的 進給端口A流向罐22。當閥20由螺線管移動至其另一位置時，來自泵16 的壓力下的流體被引向扳手的進給端口 A并從扳手的回撤端口B流回罐22。 系統(tǒng)IO還包括防止回撤管線中的壓力超過預(yù)設(shè)限值的壓力卸荷閥24。功率單元12還包括產(chǎn)生代表泵壓力的電信號的壓力換能器26，該信 號被輸入到系統(tǒng)控制器28?？刂破?8還接收從懸架30和從鍵盤按鈕輸入 裝置32的輸入作為輸入，并且具有LCD顯示器以顯示系統(tǒng)控制器28的輸 出。控制器28、懸架30和輸入/顯示32都是功率單元12的被考慮部分， 盡管它們可通過可拔除的纜線連接于功率單元12和彼此連接?？刂破?8 具有對泵電動機18和閥20螺線管的輸出以控制它們。懸架30 —般具有至 少兩個按鈕， 一個按鈕36標有向上箭頭，當操作者按下時使扳手14進給 并且持續(xù)按下以連續(xù)交替地進給和回撤扳手汽缸，直到到達所要求的扭矩， 另一按鈕38將電動機18斷開和導(dǎo)通。按鈕36可以是必須保持按下的瞬時 接觸開關(guān)，另外按鈕36可以是保持其通/斷狀態(tài)的倒換型開關(guān)。裝置32上 的按鈕可包括例如導(dǎo)通和切斷電動機的按鈕以及用來翻滾菜單的三按鈕 (例如菜單按鈕和向上、向下箭頭按鈕)和/或包括用來設(shè)置輸入?yún)?shù)、為 系統(tǒng)10校準或?qū)崿F(xiàn)其它設(shè)置的完整計算機鍵盤。扳手14可以是任何適當?shù)男问?。其中的一種作為傳統(tǒng)設(shè)計被示意地示 出。該扳手被設(shè)計成非常堅固和重負荷服務(wù)的，它具有金屬本體40，在本 體40中有液壓汽缸42?；钊?4可滑動地容納在汽缸中以當流體于進給A
或回撤B管線處被引入到汽缸中時，軸向地往復(fù)運動?；钊?4來回地驅(qū)動 杠桿45以使緊固件頭部52沿一個方向轉(zhuǎn)動。根據(jù)扳手的哪一側(cè)被用來驅(qū) 動緊固件而夾緊或松開緊固件52。細齒花鍵驅(qū)動棘輪爪46嚙合套筒軸50外部的齒48，套筒軸50頸軸 連接于本體14以在進給沖程中順時針轉(zhuǎn)動套筒軸50。套筒軸50驅(qū)動套筒， 該牙槽嚙合緊固件頭部52以轉(zhuǎn)動并夾緊或松開緊固件。在返回沖程中，棘 輪爪在軸齒上反向跳動，防止套筒和緊固件的轉(zhuǎn)動。汽缸的全沖程一般對 應(yīng)于以20 — 30。數(shù)量級出現(xiàn)的一轉(zhuǎn)的分數(shù)。因此完全夾緊一個緊固件的過 程需要幾十個汽缸循環(huán)。泵單元包括泵16、電動機18、閥20、壓力換能器26、懸架30和包含 微處理器的系統(tǒng)控制器，并且還可包括顯示/按鈕單元32。懸架30是操作 者的主要界面，它一般包括導(dǎo)通和切斷電動機的按鈕(P按鈕38)以及進 給和回撤扭矩扳手汽缸的按鈕。如果以自動交替進給和回撤循環(huán)進給，則 按下t按鈕36 (當泵開啟時)并松開t按鈕36以回撤和停止進給(當泵開 啟時)。閥20是雙螺線管操作的四通雙液位(4一2)閥，它控制液壓流體流過 系統(tǒng)的端口。參閱圖2，驅(qū)動螺線管60 (同時禁用螺線管62)使閥20向左 移動以將回撤端口 B連接于泵16的輸出并將進給端口 A連接于罐22。螺線 管60也被稱為回撤螺線管或B螺線管。驅(qū)動螺線管62 (同時禁用螺線管 60)使閥20向右移動以將進給端口 A連接于泵16輸出并將回撤端口 B連 接于罐22。螺線管62在本文中稱之為進給螺線管或A螺線管。顯示/輸入單元32顯示系統(tǒng)壓力和泵狀態(tài)，并包括使操作者執(zhí)行諸如 輸入壓力或扭矩設(shè)定點的任務(wù)并通過顯示設(shè)置循環(huán)的按鈕。壓力換能器26測量閥20上游的系統(tǒng)壓力并將反饋提供給系統(tǒng)控制器 以確定正常系統(tǒng)操作中的螺線管閥的循環(huán)設(shè)定點。可將校準程序設(shè)置在軟 件中以由控制器28運行，它實現(xiàn)按照檢定的標準規(guī)對控制器28的微處理 器和顯示器進行壓力換能器6的校準。系統(tǒng)控制器28監(jiān)控來自懸架30和輸入單元32的操作者輸入、由換能
器26測得的扭矩扳手壓力和系統(tǒng)狀態(tài)?？刂破鬟€控制系統(tǒng)操作并將輸出提供給顯示器32、電動機18并驅(qū)動閥螺線管60、 62。圖3是控制器28用來控制扭矩扳手14的邏輯的流程示意圖。從開始 70，在72電動機和兩螺線管被斷開并且在74監(jiān)控導(dǎo)通/斷開電動機鍵(懸 架上的P鍵或單元32上的類似鍵)。當操作者按下電動機導(dǎo)通/斷開鍵時， 在76泵電動機18由控制器供電并且在78為B (回撤)螺線管60供電。然 后在79例程監(jiān)控是否在20秒內(nèi)按壓有效鍵(懸架30或單元30上的電動 機的導(dǎo)通/斷開鍵或懸架上的t按鈕36或單元32上的類似進給鍵)。如果 沒有按下有效鍵，則例程轉(zhuǎn)至80，此時停止對電動機18和回撤螺線管60 的供電。在82，在返回到72前對螺線管60、 62分別交替地供電和停止供 電兩次(例如螺線管62導(dǎo)通后斷開、螺線管60導(dǎo)通后斷開、螺線管62導(dǎo) 通后斷開、螺線管60導(dǎo)通后斷開)，從72開始重復(fù)上述例程。在82，導(dǎo) 通/斷開閥循環(huán)通過一旦電動機停轉(zhuǎn)則為陷入的油提供回到罐的路徑而為 泵、闊和龍頭之間的油壓減壓。這確保在泵電動機18停機后龍頭中沒有殘 留壓力并且顯示器32讀出零壓力。如果在79按下有效鍵，則根據(jù)按下哪個鍵而在84執(zhí)行動作。按下懸 架上的t按鈕36則轉(zhuǎn)至86的節(jié)點D，這導(dǎo)致在88對A (進給)螺線管62 供電并停止對B(回撤)螺線管60供電。在89則確定是否在有效鍵上發(fā)生 改變，例如是否己被釋放。如果已被釋放則例程轉(zhuǎn)至84，而如果沒有有效 鍵被啟動則例程經(jīng)由節(jié)點A返回到步驟78。如果在89沒有改變發(fā)生在有效 鍵上，例如連續(xù)按下t按鈕36，則例程轉(zhuǎn)至步驟90，在步驟90監(jiān)控壓力 以確定它是否高于壓力目標值，如果正在夾緊緊固件，該壓力目標值直接 關(guān)聯(lián)于扭矩目標值。如果仍舊低于壓力目標值，則例程返回到步驟89。如 果高于壓力目標值，則例程經(jīng)由節(jié)點B轉(zhuǎn)至步驟91。在步驟91，對B (回撤)螺線管60供電并停止對A (進給)螺線管62的供電。這表示各扭矩扳手的杠桿已到達其沖程的最后階段或緊固件已夾 緊至其目標扭矩值。在任何一種情況下，均啟動回撤沖程。在步驟92，確定是否有效按鈕發(fā)生變化，例如是否釋放了 t按鈕36。如果是，則例程轉(zhuǎn) 至步驟84。如果不是，則返回到步驟92并且繼續(xù)進程。如果由換能器26 測得的壓力高于預(yù)設(shè)壓力，這表示活塞44達到其回撤沖程的最后階段，則 例程轉(zhuǎn)至節(jié)點D并重新回到步驟88以繼續(xù)進給扳手。如果在步驟84確定在懸架30或單元32處的導(dǎo)通/斷開電動機鍵被倒 換至斷開位置，則例程轉(zhuǎn)至節(jié)點C以進入步驟80，在步驟80電動機和B(回 撤)螺線管被停止供電并且進程如上所述地繼續(xù)至步驟82。如果在步驟84確定沒有鍵被激活(t按鈕36被釋放而電動機導(dǎo)通/ 斷開鍵倒換至斷開)，則例程轉(zhuǎn)至節(jié)點A和步驟78，在步驟78, B (回撤) 螺線管60被供電并且進程從那里繼續(xù)。從操作者的角度看，操作工序如下所示1. 操作者將可編程壓力設(shè)定點經(jīng)由面板單元32輸入至系統(tǒng)控制 器28，該壓力設(shè)定點對應(yīng)于由扳手14希望施加的扭矩。該壓 力設(shè)定點藉由所用的特定扭矩扳手14的壓力一扭矩轉(zhuǎn)換表而 由操作者確定。2. 操作者按下并釋放懸架上用來導(dǎo)通泵電動機并為B (回撤)螺 線管60供電的電動機鍵P。來自泵16的流體通過閥20流入扭 矩扳手14的回撤端口 B。來自扭矩扳手上的進給端口 A的流體 通過閥20流入泵儲液罐22。扭矩扳手活塞44回撤(如果該位 置不處于完全回撤的位置)，沿套筒軸50棘輪脫開并使緊固件 52保持固定?；钊?4繼續(xù)回撤，直到進給按鈕36 (或單元32 上的進給按鈕)被按下或扳手14完全回撤，造成閥24達到壓 力卸荷設(shè)置，將泵流體灌入泵儲液罐22。如果在20秒內(nèi)未按 下進給按鈕，則系統(tǒng)控制器斷開電動機。3. 操作者按下懸架30上用來為A螺線管62供電并停止給B螺線 管60供電的進給鍵36。來自泵16的流體通過閥20灌入扭矩 扳手14的進給端口 A。來自扭矩扳手14的回撤端口 B的流體 通過閥20灌入泵儲液罐22。扭矩扳手活塞44進給，嚙合套筒 軸50并使緊固件52轉(zhuǎn)動?；钊?4繼續(xù)進給，直到釋放進給按 鈕36或達到可編程壓力設(shè)定點。以兩種方式中的一種達到設(shè)定 點汽缸達到完全沖程，防止進一步進給，使液壓增加至設(shè)定 點；或汽缸處于中間沖程，然而轉(zhuǎn)動緊固件所需的扭矩增加至 所要求值，這造成液壓增加至設(shè)定點。4. 進給按鈕36仍然被按下， 一旦達到可編程壓力設(shè)定點，系統(tǒng)控 制器通過停止對A螺線管供電并對B螺線管供電而自動地回撤 扳手。扳手完全回撤使泵壓力上升至被編程入控制器28的工廠 設(shè)定點。然后系統(tǒng)控制器通過對A螺線管供電并停止對B螺線 管供電而自動地進給扳手(如步驟3所述)。5. —旦釋放進給按鈕36，系統(tǒng)控制器自動地完全回撤扳手，不管 汽缸位置或緊固件扭矩如何。如果在20秒內(nèi)沒有再次按下進給 按鈕，則系統(tǒng)控制器斷開電動機。只要保持按下進給按鈕，系統(tǒng)控制器將(在進給和回撤之間)繼續(xù)扳 手的自動循環(huán)。這節(jié)省了操作時間，由于操作者不再需要手動地識別每個 進給和回撤循環(huán)的結(jié)束。這減少了操作者的疲勞，由于操作者不再需要在 每個循環(huán)按下和釋放控制按鈕。當轉(zhuǎn)動緊固件所需的扭矩增加至要求值，由于缺少緊固件移動，額外 的自動循環(huán)(進給和回撤)在時間上將非常短。持續(xù)時間的縮短可從音頻 或視頻傳達給操作者，以表示緊固件處于所要求的扭矩下。由于不再需要 監(jiān)控系統(tǒng)壓力，這節(jié)省了操作時間并減少所配備的人員。這還在可編程壓力設(shè)定點之上為扳手提供滿泵流量..。額外的流量減少 扳手循環(huán)時間并通過扳手將液壓沖擊傳遞給螺母，這加速了夾緊(松開) 過程(與沖擊扳手類似)。它還消除了在泵回路上提供使用者可調(diào)壓力卸 荷閥的必要性，這減少了制造成本?？蓪㈩~外特征編程入系統(tǒng)。例如，可在緊固件達到所要求轉(zhuǎn)矩時自動 切斷泵。這是通過控制器28測量每個進給和回撤周期的持續(xù)時間而實現(xiàn)的， 并且當持續(xù)時間低于相應(yīng)設(shè)定點時，系統(tǒng)控制器將泵18切斷。另一個特征 是控制器能夠存儲預(yù)編程的扭矩扳手類型。這允許操作者從多種具有編程
入系統(tǒng)控制器的扭矩一壓力轉(zhuǎn)換因子現(xiàn)存扭矩扳手模型中進行選擇。為此， 操作者可對特定扭矩值設(shè)置夾緊(松開)扭矩設(shè)定點，而無需手工査閱轉(zhuǎn)換值或壓力等效量。另外，對于特定扳手，操作者也可手動地將扭矩一壓 力轉(zhuǎn)換因子輸入到系統(tǒng)控制器。在這兩種情況下，在系統(tǒng)工作過程中可將 等效的扭矩值顯示在LCD顯示器2上以作為壓力的代替或附加?？砂?其它特征是可將使用者可調(diào)壓力卸荷閥添加到泵回路中以同樣允許泵和 扳手工作在用于傳統(tǒng)液壓流體扳手系統(tǒng)相同的典型順序中，并且微處理器 的通信端口被用來將操作數(shù)據(jù)實時地輸出到外部計算機。已足夠詳細地對本發(fā)明的較佳實施例進行了說明。對所述較佳實施例 的多種修正和改變對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言是明顯的。因此，本發(fā)明不應(yīng) 局限于所述較佳實施例，而使應(yīng)當由下面的權(quán)利要求所定義。
權(quán)利要求
1. 一種液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有雙向作用汽缸，所述夾 緊系統(tǒng)隨著汽缸的進給而轉(zhuǎn)動扳手的套筒并隨著汽缸的回撤而不轉(zhuǎn)動套筒地 在套筒上向后棘輪脫開，其中，響應(yīng)操作者對進給致動器的驅(qū)動并將其保持在 驅(qū)動狀態(tài)，所述系統(tǒng)交替地(a)將壓力施加于汽缸以進給汽缸，直到達到 設(shè)定壓力；以及(b)將壓力施加于汽缸以回撤汽缸，以使當達到緊固件所要 求的扭矩時，工序(a)將壓力施加于汽缸以使汽缸進給以及(b)將壓力施加 于汽缸以回撤汽缸之間交替的循環(huán)時間減少，并由此向操作者指示緊固件已達 到所要求的扭矩。
2. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，當?shù)竭_ 設(shè)定壓力時，將壓力施加于汽缸以回撤汽缸的工序(b)終止。
3. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，告知操 作者緊固件已達到所要求的扭矩的指示是音頻指示。
4. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，告知操 作者緊固件已達到所要求的扭矩的指示是視頻指示。
5. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，在緊固 件達到所要求的扭矩后，系統(tǒng)切斷電動機，所述電動機在達到所要求扭矩后的 某一時間段后驅(qū)動系統(tǒng)的泵。
6. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，當緊固 件達到所要求的扭矩時，泵被自動切斷。
7. 如權(quán)利要求6所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，響應(yīng)于 在工序(a)將壓力施加于汽缸以使汽缸進給以及(b)將壓力施加于汽缸以回 撤汽缸之間的交替循環(huán)的持續(xù)時間的減少，通過系統(tǒng)將泵切斷。
8. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)存儲信息以將壓力測量轉(zhuǎn)換成由扳手施加的扭矩。
9. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)包括使用者可調(diào)壓力卸荷閥。
10. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)具有端口以與外部計算機通信。
11. 如權(quán)利要求1所述的液壓扭矩扳手緊固件夾緊系統(tǒng)，其特征在于，如果進 給致動器不被驅(qū)動以一段時間，則將泵切斷。
全文摘要
一種液壓扭矩扳手系統(tǒng)通過當進給致動器由操作者握持時連續(xù)地操作扭矩扳手以交替地進給和回撤扳手汽缸直到達到所要求的壓力或扭矩而自動進行夾緊過程。如果操作者釋放進給致動器，則扳手完全回撤并停止進給。如果泵運行的同時進給致動器不被按壓以一段時間，則自動切斷泵。當緊固件被夾緊至所要求的扭矩或壓力設(shè)定點，泵被切斷，或在將扭矩扳手汽缸的進給和回撤之間的交替循環(huán)的持續(xù)時間減少將會通過音頻或視頻通知操作者已達到緊固件停止點的情況下則繼續(xù)運行泵。
文檔編號B25B21/00GK101124068SQ200580004064
公開日2008年2月13日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者A·J·克萊默, T·P·費希特 申請人:?？颂販靥毓煞萦邢薰?br>