专利名称：液压扭矩扳手系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压扭矩扳手，尤其涉及用于控制液压扭矩扳手夹紧操作的泵 和方法。
背景技术：
传统的扭矩扳手泵一般在实现紧固件的最后夹紧前，要求操作者多次前推 或回拉扭矩扳手汽缸。通过将可调系统卸荷阀设置至与所要求扭矩相应的压力 设定而获得所要求的扭矩设定点。一般工序要求操作者压下并保持一个按钮(一般为向上箭头[t ])以使扭 矩扳手汽缸进给，监控系统压力和扳手汽缸位置直到它完全前伸为止，然后释 放该按钮直到扳手汽缸完全縮回为止。必须重复多次这种临时的夹紧步骤直到 在汽缸完全前伸之前达到合适的压力(对应于所要求扭矩设定)，这表示已获 得合适的紧固件扭矩值并且已完成最终夹紧步骤。整个过程可能非常冗长、耗 时并且经常需要用到第二人(一人监控扳手位置而另一人监控系统压力)。发明内容本发明提供一种用于精确地控制和自动操作液压扭矩扳手紧固件夹紧系 统的方法和设备。为此，作为扭矩表征的阀致动和系统压力被获得并用来监控 紧固件的夹紧并确定最终停止点以终止夹紧。本发明不添加任何附件到液压扭 矩扳手地实现该目的。
通过利用系统控制器和系统压力反馈，可自动进行夹紧(或松开)过程以 可观地简化操作、减少循环时间和操作者疲劳并削减人员配备。该工序使开始 夹紧和达到所要求扭矩之间的临时夹紧步骤自动化。最终结果是紧固件无需连 续前进和回撤循环的手动操作并在最少时间内达到可编程扭矩设定点。本发明提供一种液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，它具有双向作用汽缸，该 夹紧系统随着汽缸的进给而转动扳手的套筒并随着汽缸的回撤而不转动套筒 地在套筒上向后棘轮脱开，其中，响应操作者对进给致动器的驱动并将其保持 在驱动状态，所述系统交替地(a)将压力施加于汽缸以进给汽缸，直到达 到设定压力；以及(b)将压力施加于汽缸以回撤汽缸。本发明的系统以下述 方式实现上述内容当达到紧固件所要求的扭矩时，工序(a)将压力施加于 汽缸以使汽缸进给以及(b)将压力施加于汽缸以回撤汽缸之间交替的循环时间减少。在持续时间内的减少向操作者指示紧固件已达到所要求的扭矩，并且 对操作者而言无论是听觉上还是视觉上均很明显。另外，可在紧固件已达到要 求扭矩后自动地切断泵。在一个方面，液压扭矩扳手系统通过连续操作扭矩扳手以交替进给和回撤 扳手汽缸直到达到所要求的扭矩压力，从而自动地进行夹紧工序。本发明的其它方面包括如果进给致动器由操作者释放，扳手完全回撤并停止进给；如果 进给致动器在一段时间内不被按下且同时泵运行，则将泵自动切断；当已将紧 固件夹紧至要求扭矩或压力设定点，泵被切断，或在将扭矩扳手汽缸的进给和 回撤之间的交替循环的持续时间减少通过音频或视频通知操作者已达到紧固 件停止点的情况下则继续运行泵；系统可存储将压力与所使用的扳手扭矩相关 的信息；系统可包括使用者可调压力卸荷阀，因此它能象现有技术那样使用； 并且系统控制器可提供有通信端口以直接地或通过网络与外部计算机通信。 通过详细说明和附图，本发明的这些和其它优点将变得更为明显。
图1是包含本发明的液压扭矩扳手系统的示意性方框图；图2是图1的系统的液压配置和电子配置的示意性线路图；以及 图3是图1和图2系统的算法的流程图。
具体实施方式
参阅图1和图2,本发明的液压扭矩扳手系统10包括功率单元12和 扭矩扳手14。功率单元12具有液压泵16，它可以是由电动机18驱动并在 螺线管操作的四通双液位阀20的压力下提供液压流体的固定排量泵，四通 双液位阀20除了由螺线管操作外也可手动操作。泵16将流体从储液罐22 中抽出，流体通过阀20从扳手14返回到储液罐22。在图2所示的阀20 的位置中，在压力下来自泵16的流体被引向扳手的回撤端口 B并从扳手的 进给端口A流向罐22。当阀20由螺线管移动至其另一位置时，来自泵16 的压力下的流体被引向扳手的进给端口 A并从扳手的回撤端口B流回罐22。 系统IO还包括防止回撤管线中的压力超过预设限值的压力卸荷阀24。功率单元12还包括产生代表泵压力的电信号的压力换能器26，该信 号被输入到系统控制器28。控制器28还接收从悬架30和从键盘按钮输入 装置32的输入作为输入，并且具有LCD显示器以显示系统控制器28的输 出。控制器28、悬架30和输入/显示32都是功率单元12的被考虑部分， 尽管它们可通过可拔除的缆线连接于功率单元12和彼此连接。控制器28 具有对泵电动机18和阀20螺线管的输出以控制它们。悬架30 —般具有至 少两个按钮， 一个按钮36标有向上箭头，当操作者按下时使扳手14进给 并且持续按下以连续交替地进给和回撤扳手汽缸，直到到达所要求的扭矩， 另一按钮38将电动机18断开和导通。按钮36可以是必须保持按下的瞬时 接触开关，另外按钮36可以是保持其通/断状态的倒换型开关。装置32上 的按钮可包括例如导通和切断电动机的按钮以及用来翻滚菜单的三按钮 (例如菜单按钮和向上、向下箭头按钮)和/或包括用来设置输入参数、为 系统10校准或实现其它设置的完整计算机键盘。扳手14可以是任何适当的形式。其中的一种作为传统设计被示意地示 出。该扳手被设计成非常坚固和重负荷服务的，它具有金属本体40，在本 体40中有液压汽缸42。活塞44可滑动地容纳在汽缸中以当流体于进给A
或回撤B管线处被引入到汽缸中时，轴向地往复运动。活塞44来回地驱动 杠杆45以使紧固件头部52沿一个方向转动。根据扳手的哪一侧被用来驱 动紧固件而夹紧或松开紧固件52。细齿花键驱动棘轮爪46啮合套筒轴50外部的齿48，套筒轴50颈轴 连接于本体14以在进给冲程中顺时针转动套筒轴50。套筒轴50驱动套筒， 该牙槽啮合紧固件头部52以转动并夹紧或松开紧固件。在返回冲程中，棘 轮爪在轴齿上反向跳动，防止套筒和紧固件的转动。汽缸的全冲程一般对 应于以20 — 30。数量级出现的一转的分数。因此完全夹紧一个紧固件的过 程需要几十个汽缸循环。泵单元包括泵16、电动机18、阀20、压力换能器26、悬架30和包含 微处理器的系统控制器，并且还可包括显示/按钮单元32。悬架30是操作 者的主要界面，它一般包括导通和切断电动机的按钮(P按钮38)以及进 给和回撤扭矩扳手汽缸的按钮。如果以自动交替进给和回撤循环进给，则 按下t按钮36 (当泵开启时)并松开t按钮36以回撤和停止进给(当泵开 启时)。阀20是双螺线管操作的四通双液位(4一2)阀，它控制液压流体流过 系统的端口。参阅图2，驱动螺线管60 (同时禁用螺线管62)使阀20向左 移动以将回撤端口 B连接于泵16的输出并将进给端口 A连接于罐22。螺线 管60也被称为回撤螺线管或B螺线管。驱动螺线管62 (同时禁用螺线管 60)使阀20向右移动以将进给端口 A连接于泵16输出并将回撤端口 B连 接于罐22。螺线管62在本文中称之为进给螺线管或A螺线管。显示/输入单元32显示系统压力和泵状态，并包括使操作者执行诸如 输入压力或扭矩设定点的任务并通过显示设置循环的按钮。压力换能器26测量阀20上游的系统压力并将反馈提供给系统控制器 以确定正常系统操作中的螺线管阀的循环设定点。可将校准程序设置在软 件中以由控制器28运行，它实现按照检定的标准规对控制器28的微处理 器和显示器进行压力换能器6的校准。系统控制器28监控来自悬架30和输入单元32的操作者输入、由换能
器26测得的扭矩扳手压力和系统状态。控制器还控制系统操作并将输出提供给显示器32、电动机18并驱动阀螺线管60、 62。图3是控制器28用来控制扭矩扳手14的逻辑的流程示意图。从开始 70，在72电动机和两螺线管被断开并且在74监控导通/断开电动机键(悬 架上的P键或单元32上的类似键)。当操作者按下电动机导通/断开键时， 在76泵电动机18由控制器供电并且在78为B (回撤)螺线管60供电。然 后在79例程监控是否在20秒内按压有效键(悬架30或单元30上的电动 机的导通/断开键或悬架上的t按钮36或单元32上的类似进给键)。如果 没有按下有效键，则例程转至80，此时停止对电动机18和回撤螺线管60 的供电。在82，在返回到72前对螺线管60、 62分别交替地供电和停止供 电两次(例如螺线管62导通后断开、螺线管60导通后断开、螺线管62导 通后断开、螺线管60导通后断开)，从72开始重复上述例程。在82，导 通/断开阀循环通过一旦电动机停转则为陷入的油提供回到罐的路径而为 泵、阔和龙头之间的油压减压。这确保在泵电动机18停机后龙头中没有残 留压力并且显示器32读出零压力。如果在79按下有效键，则根据按下哪个键而在84执行动作。按下悬 架上的t按钮36则转至86的节点D，这导致在88对A (进给)螺线管62 供电并停止对B(回撤)螺线管60供电。在89则确定是否在有效键上发生 改变，例如是否己被释放。如果已被释放则例程转至84，而如果没有有效 键被启动则例程经由节点A返回到步骤78。如果在89没有改变发生在有效 键上，例如连续按下t按钮36，则例程转至步骤90，在步骤90监控压力 以确定它是否高于压力目标值，如果正在夹紧紧固件，该压力目标值直接 关联于扭矩目标值。如果仍旧低于压力目标值，则例程返回到步骤89。如 果高于压力目标值，则例程经由节点B转至步骤91。在步骤91，对B (回撤)螺线管60供电并停止对A (进给)螺线管62的供电。这表示各扭矩扳手的杠杆已到达其冲程的最后阶段或紧固件已夹 紧至其目标扭矩值。在任何一种情况下，均启动回撤冲程。在步骤92，确定是否有效按钮发生变化，例如是否释放了 t按钮36。如果是，则例程转 至步骤84。如果不是，则返回到步骤92并且继续进程。如果由换能器26 测得的压力高于预设压力，这表示活塞44达到其回撤冲程的最后阶段，则 例程转至节点D并重新回到步骤88以继续进给扳手。如果在步骤84确定在悬架30或单元32处的导通/断开电动机键被倒 换至断开位置，则例程转至节点C以进入步骤80，在步骤80电动机和B(回 撤)螺线管被停止供电并且进程如上所述地继续至步骤82。如果在步骤84确定没有键被激活(t按钮36被释放而电动机导通/ 断开键倒换至断开)，则例程转至节点A和步骤78，在步骤78, B (回撤) 螺线管60被供电并且进程从那里继续。从操作者的角度看，操作工序如下所示1. 操作者将可编程压力设定点经由面板单元32输入至系统控制 器28，该压力设定点对应于由扳手14希望施加的扭矩。该压 力设定点藉由所用的特定扭矩扳手14的压力一扭矩转换表而 由操作者确定。2. 操作者按下并释放悬架上用来导通泵电动机并为B (回撤)螺 线管60供电的电动机键P。来自泵16的流体通过阀20流入扭 矩扳手14的回撤端口 B。来自扭矩扳手上的进给端口 A的流体 通过阀20流入泵储液罐22。扭矩扳手活塞44回撤(如果该位 置不处于完全回撤的位置)，沿套筒轴50棘轮脱开并使紧固件 52保持固定。活塞44继续回撤，直到进给按钮36 (或单元32 上的进给按钮)被按下或扳手14完全回撤，造成阀24达到压 力卸荷设置，将泵流体灌入泵储液罐22。如果在20秒内未按 下进给按钮，则系统控制器断开电动机。3. 操作者按下悬架30上用来为A螺线管62供电并停止给B螺线 管60供电的进给键36。来自泵16的流体通过阀20灌入扭矩 扳手14的进给端口 A。来自扭矩扳手14的回撤端口 B的流体 通过阀20灌入泵储液罐22。扭矩扳手活塞44进给，啮合套筒 轴50并使紧固件52转动。活塞44继续进给，直到释放进给按 钮36或达到可编程压力设定点。以两种方式中的一种达到设定 点汽缸达到完全冲程，防止进一步进给，使液压增加至设定 点；或汽缸处于中间冲程，然而转动紧固件所需的扭矩增加至 所要求值，这造成液压增加至设定点。4. 进给按钮36仍然被按下， 一旦达到可编程压力设定点，系统控 制器通过停止对A螺线管供电并对B螺线管供电而自动地回撤 扳手。扳手完全回撤使泵压力上升至被编程入控制器28的工厂 设定点。然后系统控制器通过对A螺线管供电并停止对B螺线 管供电而自动地进给扳手(如步骤3所述)。5. —旦释放进给按钮36，系统控制器自动地完全回撤扳手，不管 汽缸位置或紧固件扭矩如何。如果在20秒内没有再次按下进给 按钮，则系统控制器断开电动机。只要保持按下进给按钮，系统控制器将(在进给和回撤之间)继续扳 手的自动循环。这节省了操作时间，由于操作者不再需要手动地识别每个 进给和回撤循环的结束。这减少了操作者的疲劳，由于操作者不再需要在 每个循环按下和释放控制按钮。当转动紧固件所需的扭矩增加至要求值，由于缺少紧固件移动，额外 的自动循环(进给和回撤)在时间上将非常短。持续时间的縮短可从音频 或视频传达给操作者，以表示紧固件处于所要求的扭矩下。由于不再需要 监控系统压力，这节省了操作时间并减少所配备的人员。这还在可编程压力设定点之上为扳手提供满泵流量..。额外的流量减少 扳手循环时间并通过扳手将液压冲击传递给螺母，这加速了夹紧(松开) 过程(与冲击扳手类似)。它还消除了在泵回路上提供使用者可调压力卸 荷阀的必要性，这减少了制造成本。可将额外特征编程入系统。例如，可在紧固件达到所要求转矩时自动 切断泵。这是通过控制器28测量每个进给和回撤周期的持续时间而实现的， 并且当持续时间低于相应设定点时，系统控制器将泵18切断。另一个特征 是控制器能够存储预编程的扭矩扳手类型。这允许操作者从多种具有编程
入系统控制器的扭矩一压力转换因子现存扭矩扳手模型中进行选择。为此， 操作者可对特定扭矩值设置夹紧(松开)扭矩设定点，而无需手工査阅转换值或压力等效量。另外，对于特定扳手，操作者也可手动地将扭矩一压 力转换因子输入到系统控制器。在这两种情况下，在系统工作过程中可将 等效的扭矩值显示在LCD显示器2上以作为压力的代替或附加。可包含的 其它特征是可将使用者可调压力卸荷阀添加到泵回路中以同样允许泵和 扳手工作在用于传统液压流体扳手系统相同的典型顺序中，并且微处理器 的通信端口被用来将操作数据实时地输出到外部计算机。已足够详细地对本发明的较佳实施例进行了说明。对所述较佳实施例 的多种修正和改变对本领域内技术人员而言是明显的。因此，本发明不应 局限于所述较佳实施例，而使应当由下面的权利要求所定义。
权利要求
1. 一种液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，所述系统具有双向作用汽缸，所述夹 紧系统随着汽缸的进给而转动扳手的套筒并随着汽缸的回撤而不转动套筒地 在套筒上向后棘轮脱开，其中，响应操作者对进给致动器的驱动并将其保持在 驱动状态，所述系统交替地(a)将压力施加于汽缸以进给汽缸，直到达到 设定压力；以及(b)将压力施加于汽缸以回撤汽缸，以使当达到紧固件所要 求的扭矩时，工序(a)将压力施加于汽缸以使汽缸进给以及(b)将压力施加 于汽缸以回撤汽缸之间交替的循环时间减少，并由此向操作者指示紧固件已达 到所要求的扭矩。
2. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，当到达 设定压力时，将压力施加于汽缸以回撤汽缸的工序(b)终止。
3. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，告知操 作者紧固件已达到所要求的扭矩的指示是音频指示。
4. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，告知操 作者紧固件已达到所要求的扭矩的指示是视频指示。
5. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，在紧固 件达到所要求的扭矩后，系统切断电动机，所述电动机在达到所要求扭矩后的 某一时间段后驱动系统的泵。
6. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，当紧固 件达到所要求的扭矩时，泵被自动切断。
7. 如权利要求6所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，响应于 在工序(a)将压力施加于汽缸以使汽缸进给以及(b)将压力施加于汽缸以回 撤汽缸之间的交替循环的持续时间的减少，通过系统将泵切断。
8. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，所述系 统存储信息以将压力测量转换成由扳手施加的扭矩。
9. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，所述系 统包括使用者可调压力卸荷阀。
10. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，所述系 统具有端口以与外部计算机通信。
11. 如权利要求1所述的液压扭矩扳手紧固件夹紧系统，其特征在于，如果进 给致动器不被驱动以一段时间，则将泵切断。
全文摘要
一种液压扭矩扳手系统通过当进给致动器由操作者握持时连续地操作扭矩扳手以交替地进给和回撤扳手汽缸直到达到所要求的压力或扭矩而自动进行夹紧过程。如果操作者释放进给致动器，则扳手完全回撤并停止进给。如果泵运行的同时进给致动器不被按压以一段时间，则自动切断泵。当紧固件被夹紧至所要求的扭矩或压力设定点，泵被切断，或在将扭矩扳手汽缸的进给和回撤之间的交替循环的持续时间减少将会通过音频或视频通知操作者已达到紧固件停止点的情况下则继续运行泵。
文档编号B25B21/00GK101124068SQ200580004064
公开日2008年2月13日 申请日期2005年2月4日 优先权日2004年2月4日
发明者A·J·克莱默, T·P·费希特 申请人:埃克特温特股份有限公司