低压电磁铆接装置制造方法及图纸

具有两对置铆钉枪（７０，７２）的低压电磁铆接装置，用于在组装构件期间镦粗铆钉。将可变电容器组（６４，６５）放电提供可变电流脉冲到每个铆钉枪的驱动器线圈（１３１）和质量块安装线圈（１３５）。两线圈匹配表面最好有助于它们的对准。驱动器线圈固定于驱动铆钉模１２１到待镦粗铆钉（７５）端部的驱动器（１２５）端部上。控制此装置使得在两对铆钉枪致动线圈间产生纯电磁力以使铆钉一端比另一端略早受受冲击。时延发生器（４４）控制时延。接地故障检测电路（５２，５３）在接地故障出现时切断电源并使电容器组放电。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铆接装置，尤其涉及低电压电磁铆接装置(LVEMR)。虽然，如从下面介绍中会较好地体会到的，本专利技术是用于在制造如装入机翼的翼梁部件那样的航空结构期间为了镦粗铆钉而研制出来的，但它亦可广泛应用于别的领域。铆接在航空结构中被广泛地应用于将零件连接在一起。它们被应用于制作如机翼的翼梁部件那样的子部件，也用于将飞机外壳连接于所构成的子部件。铆钉材料是各式各样的，从高度可延展铝到高强度铝和钛合金。通过将一铆钉坯穿过被连接件的对准的孔，而且在此铆钉的至少一端上形成一个头，由此而形成铆接。亦即，在安装以前，铆钉坯可以在其一端上有一个预先制作的头，也可以在其任何一端上均没有预制的头。在铆钉带一个预制头的情况下，在安装期间只在没头的一端上形成铆钉头。而两端均无头的铆钉坯在安装期间在其两端均要形成头。在安装期间形成铆钉头通常叫镦粗，这是因为在铆钉头的形成中，是通过模压或镦粗铆钉材料来形成头部的。如在下面介绍中可以理解的，本专利技术涉及在安装前两端均无头的铆钉的镦粗。用铆钉将零件连接在一起早于现代商用喷气飞机出现之前。在商用喷气机早期生产中，通过大型铆接机采用气动振动枪和打钉杆来镦粗铆钉。也用过液压挤压机。其中的某些机器现在仍然被使用着。气动振动枪和打钉杆有许多缺点，使它们不适合于用在制造如机翼子部件那样的严格的飞机构件中。这类机器的主要缺点是，它们不能产生出具有高耐疲劳寿命的性能恒定的联接。另一缺点是这类机器产生相当大的枪振动噪音。而且这类机器通常不能镦粗大型铝铆钉或高强度合金铆钉。液压铆接机有别的缺点。一个缺点是铆接反力由环绕被连接件的构件来承接，随着被连接件尺寸加大而构件也变得很大。上述气动和液压铆钉镦粗机的不足导致了电磁铆接装置(EMR)的研制。EMR是一种铆接器，它利用电磁能量产生出镦粗铆钉所需的冲击力。冲击力靠释放通过线圈贮存在充电电容器组中的能量而产生。更具体地说，一个EMR有两个铆钉枪，置于未成形的一个铆钉的相对两侧并与之接触，每个铆钉枪由一个线圈，一个驱动器及一个反作用质量块组成。驱动器置于相关的铆钉的端部与各自的线圈之间，并与此铆钉接触，反作用质量块置于线圈的与驱动器相对的一侧。EMR驱动器是固体金属组件，它在此组件的线圈端有一由铜层形式的导电板。铆钉模置于组件的另一端，亦即是与铆钉接触的那一端。铆钉模确定铆钉头的形状。当电容器组放电时，由迅速升高的线圈电流产生的电磁场在铜层中感应出涡流。感应出的涡流产生一个反作用磁场。线圈磁场与涡流磁场的相互作用产生一强大的排拆力，此力使两个EMR铆钉枪的驱动器彼此相对趋近运动，将铆钉镦粗。早期的EMR有一高电压(10KVDC)电容器组，而且电力同时施加于两铆钉枪的线圈，线圈是串联的。两个高压EMR(HVEMR)铆钉枪同时操作是必要的，因为以不同时的方式操作两铆钉枪会产生不平衡力，从而损害被组装的零件。由于电容器迅速放电，由一个HVEMR产生的力持续时间极短。这就导致在铆接过程中的反作用力瞬间以反作用质量块动能的形式被储存。更具体地说，紧接着一铆钉镦粗脉冲，两个铆钉枪彼此向后移动离开被组装的零件。HVEMR枪被反作用质量块及由支承结构产生的约束力减速。无反作用作业是打算用于不能承受大于由这类铆接器产生的一部分反作用力(65KNt)的结构的HVEMR的一基本特点。由于HVEMR电流脉冲升高时间通常少于100微秒，此电流脉冲在铆钉合理变形之前就被耗尽。这样就产生HVEMR的一个主要缺点。即，驱动器块与铆钉的相互作用导致了一种特别高速的变形，它们常会使铆钉头开裂。为了克服HVEMR的缺点，已发展了低电压电磁铆接装置(LVEMR)，并且已投入使用。在许多方面，LVEMR与HVEMR相似它们有两个铆钉枪，它们分置于一未成形的铆钉两相反侧，并且与之直接接触，每个铆钉枪都由一线圈，一驱动器及一反作用质量块组成。其主要不同在于在LVEMR中所使用的电容器组电压是500VDC或更低。而且铆钉在大致为1毫秒的较长时间周期中被镦粗。较慢的上升时间是由于电源、电缆、线圈和驱动器系统中的固有的电气和机械频率的减少。与HVEMR相反，使用LVEMR显著地减少了铆钉头的开裂。为了更详细地了解LVEMR，请参看由Peter.B.Zieve持有的美国专利US 4862043(简称′043专利)及US 4990805(′805专利)，两者的名字均为低压电磁脉冲致动器。虽然′043与′805专利中的LVEMR与HVEMR相比有许多优点，但它们亦有不少缺点，与HVEMR一样，′043与′805专利中的上述类型LVEMR也采用涡流产生出镦粗一铆钉所要的排斥力。更具体地说，与上述的HVEMR一样，当一电流脉冲施加于′043与′805专利中所介绍的那种LVEMR的线圈时，在导电驱动板中感应出涡流。流过线圈的电流产生的磁场与涡流产生的磁场之间的相互作用产生出一个净排斥力。遗憾的是，由于存在阻抗功率损耗，此驱动板的有限的导电性减低了效率。此外磁场脉冲通过铜驱动板的扩散时间减少了最大脉冲的延续时间。结果是基于涡电流的LVEMR其效率的理论最大值约为33％。除了涡电流的低效率外，′043及′805专利中所述那种LVEMR还因其它原因而降低效率。LVEMR使用大电容器组贮存铆接期间被耗费的能量。下面的公式介绍了由一电容器组贮存的并被传送至一铆钉枪的能量。E＝1/2×C×V2式中E为贮存于电容器组中的能量；C为电容器组的电容；V为电容器组的电压。电容器组的电压决定了铆钉镦粗力的大小，其电容确定此力持续时间的长短。由于安置于′043与′805专利所述类型的LVEMR中的电容器组是固定的，电压，铆钉镦粗力和此力的持续时间是不可分割的，这就有了许多的缺点。首先，施加镦粗力的时间周期不能被改变，因而无法产生更有效的配合。其次，由单个控制器操作的铆钉枪的尺寸范围受到限制。不可变的电容也限制了可以被铆接的材料类型及尺寸的范围。这些缺点要求为每一限定范围的枪尺寸和铆接材料类型和尺寸配设一特定设计的LVEMR，或者做出不希望的折衷方案。不可变电容由于不允许电荷分布于随时可变的许多电容器之中而减少了电容器的寿命，并由于将过高电压施加于LVEMR枪的线圈而会缩短该线圈的寿命。如上所述，传统的LVEMR系统采用低于500伏DC，通常为450VDC的电力脉冲。在正常操作期间，为了保证安全，LVEMR的高压部分必须保持电绝缘。这通常是靠使LVEMR的高压部分对地浮动连接来实现的。但是，如果浮动电源的某一点碰到地，而另一点被接触地面的人接触时，这个人就会受到电击。此外，如果别的点通过某个元件接地，这会出现电火花，这可能使装置损坏。先前研制的LVEMR采用一种机-电致动的电路闸来避免这种危险，有时候叫作分路跳闸闸的这种装置由于种种原因而不安全。它经受机械磨损，磨损会导致机械失效。由于致动器线圈烧坏而导致电失效也是可能的。响应时间和敏感性也不好。就这一点而言，安置在先前研制的LVEMR上的接地故障检测器的总的响应时间从故障发生到关断大约为20毫秒。在这时，LVEMR可能会处在危险电压中。此外，这种系统的灵敏度定在20毫安范围内，这足以对一个普通人的手给予一个令人痛苦的电击。如上所述，在正常作业期间，在LVEMR的铆钉枪被激励时，一铆钉被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于镦粗铆钉的低压电磁铆接装置包括： （ａ）置于一待镦粗铆钉两相反端的两铆钉枪，每个枪包括 （ｉ）一质量块安装线圈； （ｉｉ）一个与质量块安装线圈并列对靠并连接在具有所述质量块安装线圈的电路中的驱动器线圈，这两种线圈被绕制得使流过此两线圈的电流在两线圈之间产生一电磁排斥力； （ｉｉｉ）一固定于所述驱动器线圈的与质量块安装线圈相反侧面上的驱动器，驱动器与待镦粗的一铆钉的一端对准； （ｉｖ）一安装于质量块安装线圈的与驱动器线圈相背的一侧面上的振动吸收机构； （ｂ）一个用于贮存电动力并有选择地使电流流入铆钉枪的质量块安装线圈和驱动器线圈的、与所述铆钉枪的质量块安装线圈和驱动器线圈连接的电容器电源； （ｃ）一个连接于电容器电源的程控系统，用于给电容器电源充电，并使电容器电源有选择地使电流流入所述铆针枪的质量块安装线圈和驱动器线圈。

【技术特征摘要】
US 1996-2-9 5988971.一种用于镦粗铆钉的低压电磁铆接装置包括(a)置于一待镦粗铆钉两相反端的两铆钉枪，每个枪包括(i)一质量块安装线圈；(ii)一个与质量块安装线圈并列对靠并连接在具有所述质量块安装线圈的电路中的驱动器线圈，这两种线圈被绕制得使流过此两线圈的电流在两线圈之间产生一电磁排斥力；(iii)一固定于所述驱动器线圈的与质量块安装线圈相反侧面上的驱动器，驱动器与待镦粗的一铆钉的一端对准；(iv)一安装于质量块安装线圈的与驱动器线圈相背的一侧面上的振动吸收机构；(b)一个用于贮存电动力并有选择地使电流流入铆钉枪的质量块安装线圈和驱动器线圈的、与所述铆钉枪的质量块安装线圈和驱动器线圈连接的电容器电源；(c)一个连接于电容器电源的程控系统，用于给电容器电源充电，并使电容器电源有选择地使电流流入所述铆针枪的质量块安装线圈和驱动器线圈。2.如权利要求1所述低压电磁铆接装置，其特征在于，电容器电源包括第一、第二电容器组，电容器组之一与一铆钉枪的质量块安装线圈和驱动器线圈连接，另一电容器组则与另一铆钉枪的质量块安装线圈和驱动器线圈连接；每一个电容器组包括多个电容器及一个有选择地将电容器连接于程控系统的开关系统，用以通过程控系统有选择地充电。3.如权利要求2所述低压电磁铆接装置，其特征在于，第一和第二电容器组是浮置的，而且程控系统包括第一和第二接地检测电路，接地检测电路之一连接于第一和第二电容器组中的每一个，用以检测所述电容器组的接地情况。4.如权利要求3所述低压电磁铆接装置，其特征在于，程控系统包括一起动开关；一紧急情况停止(紧急终止)开关；以及一起动逻辑/紧急终止电路，所述起动开关，紧急终止开关，接地故障检测电路连接于带此起动逻辑/紧急终止电路的电路中，从而在起动开关闭合时，如果紧急情况停止开关被闭合而且接地故障检测电路在所述第一或第二电容器组上没有检测到接地故障，使第一、二电容器组均可由程控系统充电。5.如权利要求4所述低压电磁铆接装置，其特征在于，接地故障检测电路包括一固态继电器，当接地故障在连接有该接地故障检测器的电容器组上出现时，此继电器被起动。6.如权利要求4所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述程控系统还包括一安全线路，它随同所述起动开关、所述紧急终止开关及起动逻辑/紧急终止电路连接于电路中，从而使得如果安全线路被断开时，可防止程控系统将电荷施加于第一和第二电容器。7.如权利要求6所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述电容器电源还包括第一和第二放电控制电路，每个控制电路均连接于第一和第二电容器中的一个上；所述程控系统还包括一时延发生器，用以控制将放电控制信号施加于第一和第二放电控制电路。8.如权利要求7所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述程控系统还包括第一和第二点火控制器，它们分别被连接于所述时延发生器与所述第一和第二放电控制电路之间。9.如权利要求8所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述程控系统还包括第一和第二电压设定电位器；一充电开关；一点火开关；第一和第二充电器分别连接到所述第一和第二电容器组，用以使两电容器组充电；以及一控制器连接于所述第一和第二电压设定电位器、充电开关、点火开关以及第一和第二充电器，用于在所述充电开关闭合时分别使第一和第二充电器将电荷供应到第一和第二电容器组，从而使第一和第二电容器组被充电到由第一和第二电压设定电位器调定的电压电平，而且在所述点火开关闭合时，使所述时延发生器启动第一和第二点火控制器让第一和第二电容器组将电流排放入第一和第二铆钉枪的驱动器线圈和质量安装线圈中。10.如权利要求9所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述程控系统包括连接于第一和第二电容器组的第一和第二电压传感器，用以检测第一和第二电容器组的电压，并将一电压值信号施加于所述控制器。11.如权利要求10所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述程控系统还包括连接于第一和第二铆钉枪的第一和第二温度传感器，用以感测第一和第二铆钉枪的温度，并将一温度信号施加于所述控制器，并且所述控制器根据由第一和第二温度传感器产生的温度控制信号控制第一和第二电容器组的电荷量。12.如权利要求11所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述第一和第二电容器组各包括一清除电路；所述程控系统包括一连接于所述控制器的清除开关，而且在清除开关闭合时，该控制器产生一个清除信号使所述第一和第二电容器组的清除电路清除在第一和第二电容器组的电容器上的电荷。13.如权利要求12所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述控制器还在所述起动逻辑/紧急终止电路禁止第一和第二充电器将电荷供应到第一和第二电容器组时，产生所述清除命令。14.如权利要求13所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述振动吸收机构具有一个连接于质量块安装线圈的背离驱动器线圈一侧上的反作用质量块。15.如权利要求14所述低压电磁铆接装置，其特征在于，所述振动吸收机构还包括一个安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗R阿恩特森，马丁A卡格，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]