專(zhuān)利名稱(chēng)：具有操作控制裝置的氣動(dòng)沖擊式扳手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)沖擊式扳手(pneumatic impulse wrench)，其用于上緊螺旋
接頭并且包括空氣流動(dòng)控制裝置，所述空氣流動(dòng)控制裝置用于對(duì)通過(guò)所述扳手輸送的扭 矩沖擊幅度進(jìn)行控制并且用于在達(dá)到螺旋接頭上緊目標(biāo)的時(shí)候切斷向所述扳手的空氣供應(yīng)。
背景技術(shù)：
與氣動(dòng)沖擊式扳手有關(guān)的問(wèn)題是，實(shí)現(xiàn)工具操作的精確控制，特別是在上緊的 過(guò)程中對(duì)輸出沖擊的幅度進(jìn)行控制和改變。由于沖擊上緊中包含的動(dòng)態(tài)力，對(duì)于獲得實(shí) 際輸送至螺旋接頭的扭矩幅度的正確信息方面存在一些困難。同樣困難的是，對(duì)穿過(guò)工 具的壓縮空氣流進(jìn)行足夠快的動(dòng)作控制，以實(shí)現(xiàn)上緊過(guò)程的精確控制。所有這些需要電 動(dòng)扭矩指示裝置、電驅(qū)動(dòng)空氣流控制閥裝置以及電子過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)單元。這樣的快速動(dòng)作操作控制還沒(méi)有用于氣動(dòng)沖擊式扳手的歷史原因是，這些工具 通常缺乏用于電能的通道，這就意味著用于在工具操作過(guò)程中提供反饋信號(hào)的電動(dòng)感測(cè) 裝置還不能夠使用。用于精確控制和監(jiān)測(cè)工具操作的可編程電子控制單元也還不可以使 用。由氣動(dòng)沖擊式扳手輸送的扭矩沖擊幅度還未進(jìn)行精確控制的另一個(gè)原因是，還 沒(méi)有下面這種空氣流控制閥其動(dòng)作足夠快，并且足夠小以放置于動(dòng)力扳手并接近該扳 手的電機(jī)。接近扳手電機(jī)的流動(dòng)控制閥的位置對(duì)于獲得快速動(dòng)作且精確的工具操作控制 而言是關(guān)鍵的。然而，近年來(lái)，已經(jīng)可以將這些特征并入氣動(dòng)沖擊式扳手系統(tǒng)，因?yàn)橐呀?jīng)可以 獲得電能以及合適的閥。這就意味著已經(jīng)可以使用電子操作控制和監(jiān)測(cè)單元?，F(xiàn)在，電子控制氣動(dòng)沖擊式扳手是現(xiàn)有技術(shù)的一部分，在文獻(xiàn)US5,439,063中對(duì) 這種沖擊式扳手系統(tǒng)的一個(gè)例子進(jìn)行了描述。在該專(zhuān)利中公開(kāi)的沖擊式扳手包括扭矩傳 感器、單獨(dú)的電子控制單元以及壓力調(diào)整閥，該扭矩傳感器響應(yīng)于輸出扭矩幅度而產(chǎn)生 電信號(hào)，該單獨(dú)的電子控制單元連接至該扭矩傳感器，該壓力調(diào)整閥位于壓縮空氣供給 線路中并且連接至控制單元。這種布置可以在上緊過(guò)程中改變沖擊式扳手的輸出扭矩， 從而使得供給至沖擊式扳手的壓縮空氣在過(guò)程之初被減少以避免被首先輸送的沖擊過(guò)度 上緊，并且在接近上緊目標(biāo)水平時(shí)也被減少。從扳手上承載的扭矩傳感器獲得的信號(hào)用 于對(duì)過(guò)程進(jìn)行管理，控制單元布置為通過(guò)在達(dá)到目標(biāo)扭矩水平時(shí)關(guān)閉壓力調(diào)整閥而終止 過(guò)程。然而，因?yàn)閴毫φ{(diào)整閥位于壓縮空氣供給線路中與扳手電機(jī)有一定距離，所以操 作控制相當(dāng)慢。在US 6,135,213中，描述了包括相當(dāng)簡(jiǎn)單的控制裝置的用于沖擊式扳手的另一 種動(dòng)力控制技術(shù)，其中來(lái)自扳手電機(jī)的排放空氣流受到壓力驅(qū)動(dòng)排氣閥的控制。該排氣 閥受到來(lái)自扳手電機(jī)的背壓的控制，從而在螺旋接頭上緊過(guò)程的初始預(yù)安置階段的過(guò)程 中，該閥只是部分地打開(kāi)，以抑制電機(jī)速度。在螺旋接頭已經(jīng)安置之后并且在來(lái)自螺旋接頭的扭矩阻力增大的時(shí)候，所產(chǎn)生的電機(jī)背壓的增大將排氣閥轉(zhuǎn)換為完全打開(kāi)狀態(tài)， 從而獲得了電機(jī)的完全功率輸出。輸出扭矩的任何進(jìn)一步的調(diào)節(jié)都是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是 提供一種改進(jìn)的氣動(dòng)沖擊式扳手，通過(guò)所述扳手，所輸送的沖 擊的輸出幅度可以由可編程控制單元進(jìn)行精確控制，從而在螺旋接頭上緊過(guò)程中獲得扳 手操作的所需精確控制。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將從下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中體現(xiàn)出來(lái)。


下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行具體描述。在附圖中圖1顯示了連接至操作控制單元的氣動(dòng)沖擊式扳手的立體圖。圖2以更大的比例并且以局部剖視的方式顯示了圖1中的扳手的側(cè)視圖。圖3顯示了穿過(guò)圖1和圖2中的沖擊式扳手所包括的進(jìn)氣閥的縱向剖面。圖4顯示了穿過(guò)圖1和圖2中的沖擊式扳手所包括的排氣閥的縱向剖面。
具體實(shí)施例方式圖1中所示的動(dòng)力扳手包括具有手柄11的外殼10以及節(jié)流閥扳機(jī)12。旋轉(zhuǎn)電 機(jī)支撐在外殼10中，輸出軸13通過(guò)未示出的液壓沖擊式發(fā)生器聯(lián)接至該電機(jī)。手柄11 也具有用于壓縮空氣供給管道17的連接部16、用于電纜20的連接部19以及排氣閥22， 該排氣閥22具有出口偏轉(zhuǎn)器23，用于在所需方向上對(duì)排放空氣流進(jìn)行引導(dǎo)。壓縮空氣供 給管道17將沖擊式扳手連接至壓縮空氣源，而電纜20將沖擊式扳手連接至遠(yuǎn)程固定電子 過(guò)程控制單元25。該控制單元25是可編程的，從而能夠使得沖擊式扳手根據(jù)所需上緊策 略而進(jìn)行螺旋接頭上緊操作。沖擊式扳手具有用于指示輸出扭矩的裝置。雖然沒(méi)有具體示出，但該沖擊式 扳手包括的扭矩指示裝置的形式為布置成響應(yīng)于沖擊發(fā)生器的慣性驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的角位移而 輸送電信號(hào)的裝置，其中這些信號(hào)由扳手上承載的電子器件進(jìn)行處理，從而使得旋轉(zhuǎn)響 應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇ㄟ^(guò)配線26和電纜20送至控制單元25的扭矩響應(yīng)輸出信號(hào)。這種類(lèi) 型的扭矩指示裝置其本身以前是已知的，并不構(gòu)成本發(fā)明的任何部分。參見(jiàn)瑞典專(zhuān)利 527512。應(yīng)該注意到，其它類(lèi)型的扭矩指示或扭矩感測(cè)裝置(如，與輸出軸關(guān)聯(lián)的扭矩 傳感器)也是可以使用的。如圖2中所示，手柄11包括空氣入口通道28和出口通道29，該空氣入口通道28 用于使得壓縮空氣從壓縮空氣供給管道17聯(lián)通至電機(jī)，該出口通道29用于將來(lái)自電機(jī)的 排放空氣通過(guò)排氣閥22和出口偏轉(zhuǎn)器23導(dǎo)出扳手外殼10。在入口通道28中，放置了未 示出的節(jié)流閥和開(kāi)關(guān)閥30。后者是包括可移動(dòng)閥元件31和底座32的雙位置閥，其中閥 元件31被彈簧33朝向閥30的打開(kāi)位置偏壓，并且布置為通過(guò)電磁致動(dòng)器34而轉(zhuǎn)換至關(guān) 閉位置。電磁致動(dòng)器34由通過(guò)電纜20和配線35供給的來(lái)自控制單元25的電能驅(qū)動(dòng)， 以使得電機(jī)停止并且終止上緊過(guò)程。
排氣閥22安裝于出口通道29的外端，并且布置為控制來(lái)自電機(jī)的排放空氣流。 排氣閥22是由線性操作電磁致動(dòng)器36驅(qū)動(dòng)的比例閥，該線性操作電磁致動(dòng)器36通過(guò)配 線37和電纜20連接至控制單元25。電磁致動(dòng)器36的具體設(shè)計(jì)對(duì)于排氣閥22的操作來(lái) 說(shuō)并不關(guān)鍵，因此僅在圖2和圖4中示意性地示出。排氣閥22包括具有多個(gè)局部圓周槽 41的管狀閥殼體40，以及可在閥殼體40中縱向移動(dòng)的閥元件42。閥元件42也具有多個(gè) 局部圓周槽43，局部圓周槽43布置為在閥22的打開(kāi)位置與閥殼體40的槽41重合。參 見(jiàn)圖4。通過(guò)閥殼體40和閥元件42的這種多槽設(shè)計(jì)，獲得了閥元件42在完全打開(kāi)位置 和關(guān)閉位置之間的非常短的軸向移動(dòng)范圍。這意味著排氣閥22的短且緊湊的設(shè)計(jì)。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的沖擊式扳手的操作，重要的是實(shí)現(xiàn)螺旋接頭上緊過(guò)程的精確 控制，從而使得輸送的沖擊能量適合于實(shí)際螺旋接頭的特征，從而安全地獲得該螺旋接 頭的所需目標(biāo)預(yù)拉伸狀態(tài)。沖擊式扳手的 功能性特征是，由于在初始低阻力預(yù)安置序列 的過(guò)程中所獲得的相對(duì)較高的旋轉(zhuǎn)速度，沖擊發(fā)生器可以輸送具有非常高能量的第一沖 擊。這樣的初始高能量沖擊在所謂的堅(jiān)硬(Stiff)螺旋接頭(即，這種螺旋接頭具有非常 大的扭矩增量相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度的比例關(guān)系)處變得特別強(qiáng)。在某些情況下，這種初始沖 擊可能會(huì)強(qiáng)到將螺旋接頭直接帶到超過(guò)目標(biāo)水平的預(yù)拉伸水平。為了避免由于這種初始 高能量沖擊而產(chǎn)生的螺旋接頭的過(guò)度上緊，控制單元被編寫(xiě)了程序，從而通過(guò)以降低的 功率操作扳手電機(jī)而啟動(dòng)上緊過(guò)程。在首先輸送的單次或多次沖擊之后，電機(jī)功率增大 并且受到連續(xù)調(diào)節(jié)，以使得接下來(lái)的沖擊的沖擊能量適合于實(shí)際螺旋接頭的特征。在安 裝扭矩接近目標(biāo)水平時(shí)，電機(jī)功率通常也會(huì)減小以避免過(guò)度上緊。在上緊過(guò)程中，入口閥30由彈簧33保持打開(kāi)，即閥元件31保持與底座32有一 定距離，以允許壓縮空氣不受限制地通過(guò)。當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)扭矩或預(yù)拉伸水平時(shí)，控制單元 25通過(guò)電纜20和配線35發(fā)出信號(hào)至致動(dòng)器34，導(dǎo)致閥元件31位移至與底座32配合的 關(guān)閉位置?，F(xiàn)在，扳手電機(jī)停止，扳手的上緊動(dòng)作中斷。如上文所述，扳手電機(jī)功率輸出的控制是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，該程序安裝在控制 單元25中，響應(yīng)于從沖擊式扳手上承載的扭矩指示設(shè)備接收到的反饋信號(hào)。功率控制是 通過(guò)排氣閥22的打開(kāi)面積的調(diào)節(jié)而進(jìn)行的，這就意味著來(lái)自電機(jī)的排放空氣流或多或少 受到閥元件42相對(duì)于閥殼體40的位移的限制，從而使得閥元件42的打開(kāi)槽43或多或少 與閥殼體40的槽41重合。穿過(guò)排氣閥22的排放空氣流在不同的流動(dòng)幅度之間連續(xù)調(diào) 節(jié)，從而連續(xù)地使得電機(jī)功率適合于來(lái)自扭矩指示設(shè)備的瞬間報(bào)告的扭矩輸出，因此避 免了螺旋接頭中過(guò)快的扭矩增長(zhǎng)，從而避免了一方面的螺旋接頭過(guò)度上緊或者另一方面 的過(guò)慢的上緊操作的風(fēng)險(xiǎn)。后面的情況可能會(huì)發(fā)生于較軟的螺旋接頭的情況，即該螺旋 接頭具有相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度的較慢扭矩增長(zhǎng)。如結(jié)合之前已知的沖擊式扳手系統(tǒng)所進(jìn)行的 描述，通過(guò)以減小的排放空氣流啟動(dòng)上緊過(guò)程，避免了不需要的初始高能量沖擊。通過(guò)連續(xù)快速動(dòng)作排放空氣流控制以及快速動(dòng)作空氣供給切斷特征，可以獲得 用于上緊不同扭矩增長(zhǎng)特征的螺旋接頭的精確上緊過(guò)程控制和通用可適應(yīng)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于上緊螺旋接頭的氣動(dòng)沖擊式扳手，包括具有空氣入口通道(28)的外殼 (10)、排放空氣出口通道(29)、以及手動(dòng)操作節(jié)流閥、電機(jī)、輸出軸(13)、以及將所述 電機(jī)聯(lián)接至所述輸出軸(13)的沖擊單元、用于響應(yīng)于輸出扭矩而產(chǎn)生電信號(hào)的扭矩指示 裝置、電驅(qū)動(dòng)入口閥(30)以及與所述沖擊式扳手聯(lián)通的可編程操作控制單元(25)，其特 征在于 所述入口閥(30)位于所述空氣入口通道(28)中，并且布置為控制穿過(guò)所述空氣入 口通道(28)的空氣流， 電驅(qū)動(dòng)排氣閥(22)布置為控制穿過(guò)所述出口通道(29)的排放空氣流， 其中所述控制單元(25)布置為根據(jù)編程上緊策略并且按照從所述扭矩指示裝置接 收到的信號(hào)單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)所述入口閥(30)和所述排氣閥(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于上緊螺旋接頭的氣動(dòng)沖擊式扳手，其特征在于，所述排氣閥(22)是布置為響應(yīng)于來(lái)自所述控制單元(25)的信號(hào)而由線性操作電磁致 動(dòng)器(36)驅(qū)動(dòng)的比例閥，從而在螺旋接頭上緊過(guò)程中對(duì)排放空氣流進(jìn)行調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于上緊螺旋接頭的氣動(dòng)沖擊式扳手，其特征在于，所述入口閥(30)是在打開(kāi)位置和關(guān)閉位置之間可移動(dòng)的雙位置閥，其中所述入口閥 (30)被彈簧朝向打開(kāi)位置偏壓并且布置為通過(guò)被所述控制單元(25)驅(qū)動(dòng)的電磁致動(dòng)器 (34)移向關(guān)閉位置，以在達(dá)到上緊目標(biāo)狀態(tài)時(shí)中斷上緊過(guò)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的用于上緊螺旋接頭的氣動(dòng)沖擊式扳手，其特征 在于，所述排氣閥(22)布置為在上緊過(guò)程中在以下三種狀態(tài)之間連續(xù)調(diào)節(jié) 在上緊過(guò)程的初始階段中的流動(dòng)限制狀態(tài)， 在螺旋接頭的預(yù)拉伸階段中的高速流動(dòng)狀態(tài)，以及 在接近所述螺旋接頭的上緊目標(biāo)狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)限制狀態(tài)。
全文摘要
一種用于上緊螺旋接頭的氣動(dòng)沖擊式扳手，包括具有壓縮空氣入口通道(28)的外殼(10)、排放空氣出口通道(29)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、液壓沖擊發(fā)生器、以及用于空氣供給管道(17)和電纜(20)的連接部，電纜(20)用于將所述沖擊式扳手連接至固定可編程控制單元(25)。所述沖擊式扳手還包括連接至所述控制單元(25)以用于響應(yīng)于所述扳手的輸出扭矩的反饋電信號(hào)的扭矩指示裝置、布置在所述空氣入口通道(28)中的電磁驅(qū)動(dòng)入口閥(30)、以及控制來(lái)自所述電機(jī)的排放空氣流的電磁驅(qū)動(dòng)排氣閥(22)，其中所述排氣閥(22)是由線性操作電磁致動(dòng)器(36)驅(qū)動(dòng)的比例閥，并且布置為響應(yīng)于來(lái)自所述扭矩指示裝置的反饋信號(hào)并且根據(jù)編程上緊策略而連續(xù)地使得排放空氣流以及電機(jī)功率適合于被上緊的實(shí)際螺旋接頭的特征。
文檔編號(hào)B25B23/145GK102026778SQ200980117153
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者A·U·內(nèi)爾森 申請(qǐng)人:阿特拉斯科普科工具公司