CN115582796A - 一种螺栓紧固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓紧固装置，解决了现有紧固设备及方法预紧力偏差大、难以满足高精度紧固需求、新改进技术难以普适的问题，其技术方案要点是包括有紧固驱动装置、紧固扳手、紧固套筒、紧固监控装置、旋转角度测量装置，紧固套筒包括有同轴的内层和外层，内层和外层相对转动设置，旋转角度测量装置安装于紧固套筒内层和外层之间的内圈和外圈，内圈固定连接于内层，外圈固定连接于外层，紧固驱动装置通信连接且受控于紧固监控装置，紧固套筒设置有连接旋转角度测量装置与紧固监控装置进行角度数据传输的电接口，本发明的结构简单，适应性强，实现对现有紧固设备的改造，大幅提高紧固精度和螺栓预紧力，降低工程施工难度。

Description

一种螺栓紧固装置

技术领域

本发明涉及螺栓紧固技术，特别涉及一种螺栓紧固装置。

背景技术

螺栓在风电、核工业、船舶以及其它大型机械设备中应用广泛，是设备正常工作的前提保障。在螺栓紧固预紧力控制方面，我国长期基于螺栓紧固扭矩与预紧力间的关系作为控制指标，即扭矩法。扭矩法紧固参数直观，紧固设备要求简单且易于工程操作。然而，由于螺栓个体差异难以避免且螺旋副间的摩擦系数难以控制，使得该法在预紧力控制方面的精度较差，预紧力偏差可达到±25％，难以满足重点工程对高精度紧固的需求；此外，由于扭矩法的固有特点，难以最大限度发挥螺栓的紧固能力。

“扭矩+转角”和“屈服点”控制法，该类方法对螺旋副摩擦系数无一致性要求，且可以最大限度发挥螺栓紧固潜力，该类紧固方法近年来在我国也获得了大量关注，并在部分重点工程进行了尝试；以M48高强度螺栓紧固实验结果来看，屈服点控制法可将预紧力提高40％以上(相对扭矩法)，且预紧力偏差显著降低

“扭矩+转角”和“屈服点”控制法不仅需要测量紧固过程的紧固扭矩，还需要测量螺母的转动角度。基于此，国内紧固设备研发企业进行了相关尝试，如申请号为CN201310494201的中国发明专利公开了螺栓紧固系统及其实现方法，为一种可测量扭转角度的紧固扳手和基于上述扳手的紧固系统实现方法，由于上述方法需要重新设计和制造紧固扳手，国内绝大部分现有紧固扳手无法实现上述角度相关的紧固方法，难以普适。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺栓紧固装置，结构简单，适应性强，能实现对现有紧固设备的改造，大幅提高紧固精度和螺栓预紧力，降低工程施工难度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种螺栓紧固装置，包括有：紧固驱动装置、紧固扳手、紧固套筒、紧固监控装置、旋转角度测量装置；

所述紧固套筒包括有同轴的内层和外层，所述紧固扳手连接于所述内层的上端，所述内层的下端套设卡嵌于用于紧固的螺母；所述外层固定连接于被紧固件，所述内层和外层相对转动设置；

所述旋转角度测量装置安装于所述紧固套筒的内层和外层之间，包括有相对设置的内圈和外圈，所述内圈固定连接于所述内层，所述外圈固定连接于所述外层；

所述紧固驱动装置可拆卸连接于所述紧固扳手，所述紧固驱动装置通信连接且受控于所述紧固监控装置，所述紧固套筒设置有连接旋转角度测量装置与紧固监控装置进行角度数据传输的电接口。

作为优选，所述紧固套筒的上端部沿周向于内层和外层之间安装有滚针轴承。

作为优选，所述紧固监控装置包括有通信连接于紧固驱动装置以采集获取驱动压力的数据采集模块、扫描获取紧固扳手型号和紧固工程数据的遥控扫码器、通过驱动压力及扳手型号数据计算测量紧固扭矩并进行控制指令输出的触控一体机、用于人机交互的触控屏幕。

作为优选，所述紧固套筒的下端固定安装有将外层与被紧固件进行固定连接的固定件。

作为优选，所述固定件为磁性体，所述磁性体与外层之间沿轴向固定安装有用于限制周向转动的螺钉。

作为优选，所述磁性体与外层之间沿轴向还安装有用于调整套筒尺寸的弹簧。

作为优选，所述固定件为固定套设于被紧固件的垫片，所述垫片沿周向设置有卡齿，所述紧固套筒的外层于靠近被紧固件一侧的内侧壁沿周向开设有卡嵌装配于垫片卡齿以限制周向转动的卡口。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

紧固套筒、紧固驱动装置及紧固监控装置，能对紧固扳手进行紧固控制的同时实现监控，通过紧固套筒内外双层的设置，将旋转角度测量装置安装于其中，能实现在紧固过程中对旋转角度的测量，且通过电接口能将测量数据传输至紧固监控装置；

通过紧固驱动装置的设置，能实现获取紧固扭矩，通过紧固监控装置，基于紧固套筒、紧固监控装置、紧固驱动装置，能实现对现有机械式“扭矩法“紧固设备改造，使其具备实现”扭矩+转角“和”屈服点“法紧固，大幅提高紧固精度和螺栓预紧力，降低工程施工难度，整体结构简单，适应性强。

附图说明

图1为本装置的结构连接示意图；

图2为紧固套筒处的结构示意图；

图3为紧固套筒的内层结构示意图；

图4为示例一中紧固套筒的结构示意图；

图5为示例二中的垫片结构图；

图6为示例二中紧固套筒的结构示意图；

图7为示例二中紧固套筒的仰视结构示意图。

图中：1、紧固驱动装置；2、紧固扳手；3、紧固套筒；31、内层；311、扳手驱动连接孔；312、多边形内孔；313、凹槽；32、外层；321、安装孔；322、卡口；33、滚针轴承；34、固定件；341、磁性体；342、弹簧；343、垫片；4、紧固监控装置；41、遥控扫码器；42、触控一体机；43、网卡；5、旋转角度测量装置；51、外圈；52、内圈；53、电接口；6、螺母；7、被紧固件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种螺栓紧固装置，如图1及图2所示，包括有紧固驱动装置1、紧固扳手2、紧固套筒3、紧固监控装置4。紧固扳手2连接于紧固驱动装置1，且受控于紧固驱动装置1；紧固套筒3用于连接被紧固件7和紧固扳手2，实现对被紧固件7的紧固操作。紧固监控装置4对紧固过程进行实时监控。

如图2所示，紧固套筒3为内外双层结构，包括有同轴的内层31和外层32。紧固扳手2的驱动头可拆卸安装在内层31的上端，用于紧固的螺母6卡嵌在内层31的下端，通过内层31对紧固扳手2和螺母6实现联动连接，紧固扳手2的转动通过内层31同步带动螺母6紧固操作。紧固套筒3的外层32与内层31保持相对可转动设置。外层32与被紧固件7安装，与被紧固件7保持相对静止。

如图2及图3所示，内层31的上端为内凹的多边形扳手驱动连接孔311，与方驱动板手可拆卸连接；内层31的上端也可设计为多边形外凸连接轴，以适应中空式紧固扳手2。内层31的下端为与螺母6接触的多边形内孔312，如可为正六边形结构，装配于螺母6以驱动螺母6旋转。

在紧固套筒3的内层31和外层32之间设置有安装间隙，紧固套筒3的上端部在内层31和外层32之间沿着周向安装有滚针轴承33对内层31和外层32进行间隔和滚动连接，紧固套筒3外层32与内层31可沿中轴线自由旋转，实现相对转动的顺利。

在安装间隙内安装有对紧固操作的旋转角度进行测量的旋转角度测量装置5。旋转角度测量装置5包括有固定安装在内层31上的内圈52、固定安装在外层32的外圈51，内圈52和外圈51相对，实时进行两者之间相对转动角度的测量，实现对紧固套筒3内层31和外层32相对转动角度的测量，进而完成对紧固旋转角度的测量。在紧固套筒3的外侧壁还设置有联通连接于旋转角度测量装置5的电接口53，通过电接口53可将采集的转动角度数据通信传输至紧固监控装置4。

如图2及图4所示，在外层32的侧壁连通开设有若干安装孔321，可通过螺钉对滚针轴承33及旋转角度测量装置5进行固定安装，在内层31的侧壁上环设有若干凹槽313用于对滚针轴承33及旋转角度测量装置5进行进一步的卡嵌限位和固定安装。旋转角度测量装置5安装于紧固套筒3的上端中部，滚针轴承33分别在旋转角度测量装置5的上下侧周向设置有若干组。

外层32的下端设置有与被紧固件7之间进行固定连接的固定件34。

在一个示例一中，固定件34贴合固定在被紧固件7的上表面，如图4所示，固定件34为通过螺钉固定至外层32的磁性体341，在磁性体341相对外层32的轴向凹陷形成有安装槽和连通于外层32的螺纹孔，螺钉设置在其中沿着轴向将磁性体341和外层32进行固定连接，螺钉周向设置有若干个进行连接，保证外层32和磁性体341之间周向的相对静止连接。沿着轴向，外层32和磁性体341的接触面之间安装有弹簧342，通过弹簧342和螺钉的紧固连接可实现外层32的深度尺寸调整，使得紧固套筒3可以适应不同的螺母6厚度和被紧固件7表面。

在一个示例二中，与上述示例一的不同之处在于，如图5所示，固定件34包括有固定套设于被紧固件7的垫片343，垫片343沿周向设置有卡齿，如图6及图7所示，紧固套筒3的外层32靠近被紧固件7一侧的内侧壁沿周向开设有卡嵌装配于垫片343卡齿的卡口322，通过卡口322和卡齿的啮合，限制外层32相对被紧固件7的周向转动。

紧固扳手2为液压驱动扳手或气压驱动扳手，紧固驱动装置1为与紧固扳手2相对应的液压驱动或气压驱动，提供压力通过液压/气压管路驱动紧固扳手2旋转，紧固驱动装置1与紧固监控装置4通信连接，且将实时的驱动压力传送输出至紧固监控装置4。

紧固监控装置4包括有数据采集模块、遥控扫码器41、触控一体机42。数据采集模块通信连接于紧固驱动装置1以及通过电接口53连接的旋转角度测量装置5，对实时的驱动压力数据以及实时测量的转动角度数据进行采集。数据采集模块与触控一体机42通讯连接。遥控扫码器41扫描获取扳手型号数据，同时扫描获取紧固工程数据实现紧固参数的扫码输入。触控一体机42可选择X86平台、ARM平台的工控一体机或组态HMI，一体机接收驱动压力数据、转动角度数据以及扳手型号数据，通过采集的驱动压力数据结合获取的扳手型号数据计算获取紧固扭矩，一体机输出控制指令至紧固驱动装置1，可通过电磁阀控制装置进行控制，以控制紧固驱动装置1的电磁阀开闭，控制紧固过程。触控一体机42包括有触控屏幕，可用于进行人机交互，实现紧固参数的输入和紧固过程的监控。紧固监控装置4与紧固驱动装置1及旋转角度测量装置5之间可通过电缆或者无线通信方式进行通信电连接。紧固监控装置4还通过网口或者USB接口连接有无线网卡43，可实现对紧固工程的记录数据和警报的云存储。

通过对连接紧固扳手2和紧固螺母6的紧固套筒3进行设计，将套筒设置为可相对转动的内外双层结构，通过内层31与紧固扳手2的驱动头以及螺母6相连接，实现对螺母6施加驱动力，外层32与被紧固件7固定连接，作为内层31转动角度的测量基准。在内外层32之间设置的旋转角度测量装置5进行测量后，通过对外通讯接口实时向紧固监控装置4传输转动角度数据，上述设备完备和正常连接后即可实现对普通紧固设备的改造，使其具备实现“扭矩+转角”和“屈服点”法的螺栓紧固，以大幅提高紧固精度和螺栓预紧力，降低工程施工难度。本装置结构简单，适应性强。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种螺栓紧固装置，其特征是，包括有：紧固驱动装置(1)、紧固扳手(2)、紧固套筒(3)、紧固监控装置(4)、旋转角度测量装置(5)；

所述紧固套筒(3)包括有同轴的内层(31)和外层(32)，所述紧固扳手(2)连接于所述内层(31)的上端，所述内层(31)的下端套设卡嵌于用于紧固的螺母(6)；所述外层(32)固定连接于被紧固件(7)，所述内层(31)和外层(32)相对转动设置；

所述旋转角度测量装置(5)安装于所述紧固套筒(3)的内层(31)和外层(32)之间，包括有相对设置的内圈(52)和外圈(51)，所述内圈(52)固定连接于所述内层(31)，所述外圈(51)固定连接于所述外层(32)；

所述紧固驱动装置(1)可拆卸连接于所述紧固扳手(2)，所述紧固驱动装置(1)通信连接且受控于所述紧固监控装置(4)，所述紧固套筒(3)设置有连接旋转角度测量装置(5)与紧固监控装置(4)以进行角度数据传输的电接口(53)。

2.根据权利要求1所述的螺栓紧固装置，其特征是：所述紧固套筒(3)的上端部沿周向于内层(31)和外层(32)之间安装有滚针轴承(33)。

3.根据权利要求1所述的螺栓紧固装置，其特征是：所述紧固监控装置(4)包括有通信连接于紧固驱动装置(1)以采集获取驱动压力的数据采集模块、扫描获取紧固扳手(2)型号和紧固工程数据的遥控扫码器(41)、通过驱动压力及扳手型号数据计算测量紧固扭矩并进行控制指令输出的触控一体机(42)、用于人机交互的触控屏幕。

4.根据权利要求1所述的螺栓紧固装置，其特征是：所述紧固套筒(3)的下端固定安装有将外层(32)与被紧固件(7)进行固定连接的固定件(34)。

5.根据权利要求4所述的螺栓紧固装置，其特征是：所述固定件(34)为磁性体(341)，所述磁性体(341)与外层(32)之间沿轴向固定安装有用于限制周向转动的螺钉。

6.根据权利要求6所述的螺栓紧固装置，其特征是：所述磁性体(341)与外层(32)之间沿轴向还安装有用于调整套筒尺寸的弹簧(342)。

7.根据权利要求4所述的螺栓紧固装置，其特征是：所述固定件(34)为固定套设于被紧固件(7)的垫片(343)，所述垫片(343)沿周向设置有卡齿，所述紧固套筒(3)的外层(32)于靠近被紧固件(7)一侧的内侧壁沿周向开设有卡嵌装配于垫片(343)卡齿以限制周向转动的卡口(322)。

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