高强度螺栓预紧力控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高强度螺栓施工技术领域，尤其涉及高强度螺栓预紧力控制装置及方法，所述装置包括：预紧力测量单元，用于在拧紧高强度螺栓过程中，采用超声波检测得螺栓的预紧力；伺服电机，用于拧紧高强度螺栓提供动力；扭矩控制单元，用于根据输入数据和预紧力测量单元输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机的转速；所述扭矩控制单元分别与预紧力测量单元和伺服电机电性相连。本发明专利技术能够在高强度螺栓施工的过程中达到高强度螺栓精确控制的目的。

Control device and method of pre tightening force of high strength bolt

【技术实现步骤摘要】
高强度螺栓预紧力控制装置及方法
本专利技术涉及高强度螺栓施工
，尤其涉及高强度螺栓预紧力控制装置及方法。
技术介绍
螺栓作为一种结构简单的标准件，在工业上有广泛的应用，为确保设备安全可靠的运行，则高强度螺栓在拧紧完成后能否达到设计预紧力显得尤为重要。目前高强度螺栓预紧力施工多数是基于扭矩控制，也有扭矩-转角控制，张拉法等。这些施工方式都不能得知施工后高强度螺栓的预紧力，更不能测量出高强度螺栓施工后的预紧力。使用基于扭矩控制的预紧力施工方式，使得高强度螺栓获得的预紧力与扭矩系数关系密切，而扭矩系数并非是一个常数；扭矩-转角控制法，其第一步中扭矩控制值也存在同样的问题，扭矩系数并非一个常数；张拉法施工速度较慢，同时夹紧长度等因素对高强度螺栓预紧力影响也较大。因此，保证高强度螺栓在拧紧完成后达到设计预紧力，显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供的高强度螺栓预紧力控制装置及方法，其能够在高强度螺栓1施工的过程中达到高强度螺栓精确控制的目的。一方面，本专利技术提供的高强度螺栓预紧力控制装置，包括：预紧力测量单元，用于在拧紧高强度螺栓1过程中采用超声波检测得螺栓的预紧力；伺服电机，用于拧紧高强度螺栓提供动力；扭矩控制单元，用于根据输入数据和预紧力测量单元输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机的转速；所述扭矩控制单元分别与预紧力测量单元和伺服电机电性相连。进一步地，所述扭矩控制单元与伺服电机之间连接有电机驱动器；所述电机驱动器，用于接收扭矩控制单元输出的控制信号，根据控制信号驱动伺服电机的运转。更近一步地，所述电机驱动器，还用于接收伺服电机反馈的位置信号，并将位置信号反馈至扭矩控制单元；所述扭矩控制单元，用于根据输入数据、位置信号和预紧力，生成控制信号。再进一步地，所述装置还包括：高传动比减速箱，用于为高强度螺栓匹配转速和传递扭矩；所述高传动比减速箱分别连接高强度螺栓和伺服电机的输出端。还进一步地，所述装置还包括：扭矩测量单元，用于测量高传动比减速箱的输出扭矩值，并将输出扭矩值反馈至扭矩控制单元；所述扭矩测量单元分别与高传动比减速箱和扭矩控制单元连接；所述扭矩控制单元，用于根据输入数据、输出扭矩值、位置信号和预紧力，生成控制信号。又进一步地，所述高传动比减速箱和高强度螺栓之间连接有辅助装置；当高强度螺栓在拧紧的过程中，尾部露出连接件外时，所述辅助装置为套筒；当高强度螺栓在拧紧的过程中，尾部埋于连接件内时，所述辅助装置为方形中空驱动转换装置；所述高传动比减速箱通过辅助装置带动高强度螺栓1转动，从而拧紧高强度螺栓。优选地，所述扭矩控制单元和预紧力测量单元之间通过接口单元电性连接；所述装置还包括：动力电源和精密电源；所述动力电源分别与电机驱动器和扭矩控制单元相连；所述精密电源与预紧力测量单元相连；所述装置还包括：外接数据接口，用于连接外接设备，从而与外接设备进行数据通信；无线通信模块，用于与终端设备相连，并实时与终端设备进行通信。另一方面，本专利技术提供的高强度螺栓预紧力控制方法，包括：预紧力测量单元在拧紧高强度螺栓过程中采用超声波检测得螺栓的预紧力；伺服电机拧紧高强度螺栓提供动力；扭矩控制单元根据输入数据、预紧力测量单元输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机的转速。更进一步地，所述预紧力测量单元在拧紧高强度螺栓过程中测得螺栓的预紧力，之前还包括：针对待拧紧的高强度螺栓进行标定，计算得到待拧紧的高强度螺栓的预紧力系数；将预紧力系数和待拧紧的高强度螺栓的属性参数作为输入数据，输入至扭矩控制单元。在上述技术方案中，还包括：电机驱动器接收伺服电机反馈的位置信号，并将位置信号反馈至扭矩控制单元；扭矩测量单元测量高传动比减速箱的输出扭矩值，并将输出扭矩值反馈至扭矩控制单元；所述扭矩控制单元根据输入数据、预紧力测量单元输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机的转速，具体包括：所述扭矩控制单元根据输入数据、预紧力、位置信号和输出扭矩值，生成控制信号控制伺服电机的转速。本专利技术能够在高强度螺栓施工的过程中，检测螺栓的预紧力；然后扭矩控制单元根据该预紧力控制伺服电机；伺服电机根据扭矩控制单元的控制信号，为拧紧高强度螺栓提供动力。从而在拧紧高强度螺栓的全过程中，通过对预紧力的全程检测，达到对高强度螺栓预紧力实时控制的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的装置结构示意图；图2为本专利技术实施例的方法流程示意图；图3为本专利技术实施例中待拧紧的高强度螺栓的排列示意图；图4为本专利技术实施例中伺服电机的转速控制曲线示意图；图5为本专利技术实施例中高强度螺栓尾部露出连接件外的剖面示意图；图6为本专利技术实施例中高强度螺栓尾部埋于连接件内的剖面示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一如图1所示，本专利技术提供的高强度螺栓预紧力控制装置，包括：预紧力测量单元10，用于在拧紧高强度螺栓1过程中采用超声波检测得螺栓1的预紧力；伺服电机4，用于拧紧高强度螺栓1提供动力；扭矩控制单元7，用于根据输入数据和预紧力测量单元10输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机4的转速；所述扭矩控制单元7分别与预紧力测量单元10和伺服电机4电性相连。在本实施例中，预紧力测量单元10利用超声波技术，根据应力应变原理，声弹性理论，通过回波声时变化与应力变化的关系，测量高强度螺栓1轴向预紧力。超声波可以采用压电超声波，也可以采用电磁超声波。预紧力测量单元10包括传感器，传感器探头10.1可以放置在高强度螺栓1的顶部端面或者尾部端面。利用电磁超声技术，传感器探头10.1的放置无需耦合剂，对螺栓1端面要求低，无需打磨，测试效率高。预紧力测量单元10采用电磁超声检测应力的原理，不需要耦合剂，不需要打磨螺栓表面，可以实时跟踪螺栓轴力并且反馈给高强螺栓预紧力控制装置。所述预紧力的计算公式为：式中，k为超声波预紧力系数，是比例常数，S是螺栓1平均截面积，T是螺栓1未加载力时的超声波声时，ΔT是加载力后螺栓1中超声波声时的变化时间。所述输入数据包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，包括：/n预紧力测量单元(10)，用于在拧紧高强度螺栓(1)过程中，采用超声波检测得螺栓(1)的预紧力；/n伺服电机(4)，用于拧紧高强度螺栓(1)提供动力；/n扭矩控制单元(7)，用于根据输入数据和预紧力测量单元(10)输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机(4)的转速；/n所述扭矩控制单元(7)分别与预紧力测量单元(10)和伺服电机(4)电性相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，包括：
预紧力测量单元(10)，用于在拧紧高强度螺栓(1)过程中，采用超声波检测得螺栓(1)的预紧力；
伺服电机(4)，用于拧紧高强度螺栓(1)提供动力；
扭矩控制单元(7)，用于根据输入数据和预紧力测量单元(10)输出的预紧力，生成控制信号控制伺服电机(4)的转速；
所述扭矩控制单元(7)分别与预紧力测量单元(10)和伺服电机(4)电性相连。


2.根据权利要求1所述的高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，所述扭矩控制单元(7)与伺服电机(4)之间连接有电机驱动器(5)；
所述电机驱动器(5)，用于接收扭矩控制单元(7)输出的控制信号，根据控制信号驱动伺服电机(4)的运转。


3.根据权利要求2所述的高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，所述电机驱动器(5)，还用于接收伺服电机(4)反馈的位置信号，并将位置信号反馈至扭矩控制单元(7)；
所述扭矩控制单元(7)，用于根据输入数据、位置信号和预紧力，生成控制信号。


4.根据权利要求3所述的高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
高传动比减速箱(3)，用于为高强度螺栓(1)匹配转速和传递扭矩；
所述高传动比减速箱(3)分别连接高强度螺栓(1)和伺服电机(4)的输出端。


5.根据权利要求4所述的高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
扭矩测量单元(8)，用于测量高传动比减速箱(3)的输出扭矩值，并将输出扭矩值反馈至扭矩控制单元(7)；
所述扭矩测量单元(8)分别与高传动比减速箱(3)和扭矩控制单元(7)连接；
所述扭矩控制单元(7)，用于根据输入数据、输出扭矩值、位置信号和预紧力，生成控制信号。


6.根据权利要求4所述的高强度螺栓预紧力控制装置，其特征在于，所述高传动比减速箱(3)和高强度螺栓(1)之间连接有辅助装置(2)；
当高强度螺栓(1)在拧紧的过程中，尾部露出连接件外时，所述辅助装置(2)为套筒；
当高强度螺栓(1)在拧紧的过程中，尾部埋于连接件...

【专利技术属性】
技术研发人员：付长江，李坤，
申请(专利权)人：律音科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42