способ затяжки резьбовых соединений и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ затяжки резьбовых соединений, включающий приложение к гайке крутящего момента, измерение текущего значения крутящего момента, поворот гайки на заданный угол после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, остановку процесса завинчивания после поворота гайки на заданный угол, отвинчивание гайки на заданный угол с измерением текущего значения крутящего момента, вычисление требуемого значения момента затяжки, при котором обеспечивается заданная осевая сила затяжки, и окончательная затяжка до достижения расчетного значения момента, отличающийся тем, что производят измерение приращения момента при повороте гайки на заданный угол при первоначальной затяжке и отвинчивании, причем при отвинчивании приращение момента при повороте гайки на заданный угол определяют после достижения моментом отвинчивания величины установленного момента затяжки, а требуемое значение момента затяжки вычисляют по формуле

,

где Мтр - требуемое значение момента затяжки, Р - шаг резьбы, Fтр - требуемая осевая сила затяжки, Мзат - приращение момента при повороте гайки на заданный угол при первоначальной затяжке, Мотв - приращение момента при повороте гайки на заданный угол при отвинчивании.

2. Устройство для затяжки резьбовых соединений, содержащее реверсивный пневматический гайковерт, снабженный электроклапаном нормального вращения шпинделя, и электроклапаном реверсивного вращения шпинделя, датчик крутящего момента, датчик угла поворота и устройство управления, содержащее блок вычислений, три триггера и три элемента И, отличающееся тем, что оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, - тремя регистрами памяти, схемой совпадения, счетчиком импульсов, дешифратором, цифровым компаратором, элементом "ИЛИ" и четвертым элементом "И", выход датчика крутящего момента соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходами подключенного к информационным входам первого и второго регистров памяти, первым входам схемы совпадений и первым входам цифрового компаратора, информационные выходы третьего регистра памяти подключены ко вторым входам схемы совпадений, выход схемы совпадений соединен со счетным входом счетчика импульсов, выходами подключенного ко входам дешифратора, нулевой выход дешифратора подключен к первому входу элемента "ИЛИ", выходом соединенного с установочным R-входом первого триггера, инверсным выходом подключенного к первому входу первого элемента "И", выходом соединенного с управляющим входом электроклапана нормального вращения шпинделя, первый выход дешифратора подключен к первому входу второго элемента "И", выходом соединенного с установочным S-входом первого триггера, второй выход дешифратора подключен к первому входу третьего элемента "И", выходом подключенного к установочному S-входу второго триггера, выходом подключенного к первому входу четвертого элемента "И", выходом соединенного с управляющим входом электроклапана реверсивного вращения шпинделя, вторые входы первого и четвертого элементов "И" соединены с инверсным выходом третьего триггера, установочным S-входом соединенного с выходом цифрового компаратора, вторые входы которого подключены к выходам блока вычислений, вторые входы второго и третьего элемента "И" подключены к датчику угла, второй вход первого элемента "ИЛИ" соединен с выходом третьего элемента "И", выход второго элемента "И" подключен ко входу "Запись" первого регистра памяти и установочному R-входу второго триггера, выход третьего элемента "И" подключен ко входу "Запись" второго регистра памяти, информационные выходы регистров памяти подключены к соответствующим информационным входам блока вычислений, входом "Вычисление" соединенного с выходом третьего элемента "И", а установочные входы первого и второго регистров памяти, счетчика импульсов и установочный R-вход третьего триггера через кнопку управления подключены к шине "Напряжение логической единицы".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля осевой силы затяжки при сборке резьбовых соединений.

Известен способ затяжки резьбовых соединений (АС № 1558295, опубл. 15.04.90 г.), заключающийся в приложении к гайке крутящего момента, измерения текущего значения момента, поворот гайки на заданный угол после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, останов процесса завинчивания после поворота гайки на заданный угол, отвинчивание гайки на заданный угол с измерением текущего значения крутящего момента, вычисление требуемого значения момента затяжки, при котором обеспечивается заданная осевая сила затяжки и окончательная затяжка до достижения расчетного значения момента.

Недостатком указанного способа является недостаточно высокая точность контроля, обусловленная тем, что моменты завинчивания и отвинчивания должны определяться при одном и том же угловом положении шпинделя, что сложно обеспечить с высокой точностью позиционирования углового шпинделя.

Технический результат изобретения - повышение точности контроля осевой силы затяжки.

Поставленный технический результат достигается тем, что согласно способа затяжки резьбовых соединений, заключающегося в приложении к гайке крутящего момента, измерения текущего значения момента, поворот гайки на заданный угол после достижения гайкой установленного значения крутящего момента, останов процесса завинчивания после поворота гайки на заданный угол, отвинчивание гайки на заданный угол с измерением текущего значения крутящего момента, вычисление требуемого значения момента затяжки, при котором обеспечивается заданная осевая сила затяжки и окончательная затяжка до достижения расчетного значения момента, производится измерение приращения момента при повороте гайки на заданный угол при первоначальной затяжке и отвинчивании, а требуемый момент затяжки вычисляют по формуле:

,

где Мтр - требуемый момент затяжки

Р - шаг резьбы

Fтр - требуемая осевая сила затяжки

Мзат - приращение момента при повороте гайки на заданный угол при первоначальной затяжке

Мотв - приращение момента при повороте гайки на заданный угол при отвинчивании

Известно устройство для затяжки резьбовых соединений (см А.С. № 1325418, опубл. 23.07.87 г.), содержащее реверсивный пневматический гайковерт, снабженный электроклапаном нормального вращения шпинделя, электроклапаном реверсивного вращения шпинделя, датчиком момента, датчик угла поворота и устройством управления, содержащим блок вычислений, три триггера и три элемента И.

К недостаткам указанного устройства относится недостаточно высокая точность контроля осевой силы затяжки, так как при отвинчивании определяется максимальный момент с учетом трения покоя, что приводит к погрешности определения требуемого момента затяжки, соответствующего заданной осевой силе затяжке.

Технический результат изобретения - повышение точности контроля осевой силы затяжки. Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для затяжки резьбовых соединений, содержащее реверсивный пневматический гайковерт, снабженный электроклапаном нормального вращения шпинделя, электроклапаном реверсивного вращения шпинделя, датчиком момента, датчиком угла поворота и устройством управления, содержащим блок вычислений, три триггера и три элемента И, снабжено аналого-цифровым преобразователем, тремя регистрами памяти, схемой совпадения, счетчиком импульсов, дешифратором, цифровым компаратором, элементом «ИЛИ» и четвертым элементом «И», выход датчика момента соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходами подключенного к информационным входам первого и второго регистров памяти, первым входам схемы совпадений и первым входам цифрового компаратора, информационные выходы третьего регистра памяти подключены ко вторым входам схемы совпадений, выход схемы совпадений соединен со счетным входом счетчика импульсов, выходами подключенного ко входам дешифратора, нулевой выход дешифратора подключен к первому входу элемента «ИЛИ», выходом соединенного с установочным R-входом первого триггера, инверсным выходом подключенного к первому входу первого элемента «И», выходом соединенного с управляющим входом электроклапана нормального вращения, первый выход дешифратора подключен к первому входу второго элемента «И», выходом соединенного с установочным S-входом первого триггера, второй выход дешифратора подключен к первому входу третьего элемента «И», выходом подключенного к установочному S-входу второго триггера, инверсным выходом подключенного к первому входу четвертого элемента «И», выходом соединенного с управляющим входом электроклапана реверсивного вращения, вторые входы первого и четвертого элементов «И» соединены с инверсным выходом третьего триггера, установочным S-входом соединенного с выходом цифрового компаратора, вторые входы которого подключены к выходам блока вычислений, вторые входы второго и третьего элемента «И» подключены к датчику угла, второй вход первого элемента «ИЛИ» соединен с выходом третьего элемента «И», выход второго элемента «И» подключен ко входу «Запись» первого регистра памяти и установочному R-входу второго триггера, выход третьего элемента «И» подключен ко входу «Запись» второго регистра памяти, информационные выходы регистров памяти подключены к соответствующим информационным входам блока вычислений, входом «Вычисление» соединенного с выходом третьего элемента «И», а установочные входы первого и второго регистров памяти, счетчика импульсов и установочный R-вход третьего триггера через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической единицы».

На фиг.1 показана зависимость крутящего момента затяжки и крутящего момента отвинчивания от угла поворота гайки, на фиг.2 приведена функциональная схема устройства для затяжки резьбовых соединений.

Устройство содержит реверсивный пневматический гайковерт 1, снабженный электроклапаном 2 нормального вращения шпинделя, электроклапан 3 реверсивного вращения шпинделя, датчик 4 момента, датчик 5 угла поворота и устройство 6 управления, содержащее блок 7 вычислений, три триггера 8, 9, 10, три элемента 11, 12, 13 «И», аналого-цифровой преобразователь 14, три регистра 15, 16, 17 памяти, схема 18 совпадения, счетчик 19 импульсов, дешифратор 20, цифровой компаратор 21, четвертый элемент 22 «И» и элемент 23 «ИЛИ», выход датчика 4 момента соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 14, выходами подключенного к информационным входам первого и второго регистров 15 и 16 памяти, первым входам схемы 18 совпадений и первым входам цифрового компаратора 21, информационные выходы третьего регистра 17 памяти подключены ко вторым входам схемы 18 совпадений, выход схемы 18 совпадений соединен со счетным входом счетчика 19 импульсов, выходами подключенного ко входам дешифратора 20, нулевой выход дешифратора 20 подключен к первому входу элемента 23 «ИЛИ», выходом соединенного с установочным R-входом первого триггера 8, инверсным выходом подключенного к первому входу первого элемента 11 «И», выходом соединенного с управляющим входом электроклапана 2 нормального вращения, первый выход дешифратора 20 подключен к первому входу второго элемента 12 «И», выходом соединенного с установочным S-входом первого триггера 8, второй выход дешифратора 20 подключен к первому входу третьего элемента 13 «И», выходом подключенного к установочному S-входу второго триггера 9, выходом подключенного к первому входу четвертого элемента 22 «И», выходом соединенного с управляющим входом электроклапана 3 реверсивного вращения, вторые входы первого и четвертого элементов 11 и 22 «И» соединены с инверсным выходом третьего триггера 10, установочным S-входом соединенного с выходом цифрового компаратора 21, вторые входы которого подключены к выходам блока 7 вычислений, вторые входы второго и третьего элемента 12 и 13 «И» подключены к датчику 5 угла, второй вход первого элемента 23 «ИЛИ» соединен с выходом третьего элемента 13 «И», выход второго элемента 12 «И» подключен ко входу «Запись» первого регистра 15 памяти и установочному R-входу второго триггера 9, выход третьего элемента 13 «И» подключен ко входу «Запись» второго регистра 16 памяти, информационные выходы регистров памяти подключены к соответствующим информационным входам блока 7 вычислений, входом «Вычисление» соединенного с выходом третьего элемента 13 «И», а установочные входы первого и второго регистров 15 и 16 памяти, счетчика 19 импульсов и установочный R-вход третьего триггера 10 через кнопку 24 управления подключены к шине 25 «Напряжение логической единицы».

Способ затяжки резьбовых соединений осуществляется следующим образом. Производят затяжку гайки до достижения крутящим моментом установленного значения, которое устанавливается в пределах 50-70% от окончательного значения момента затяжки. При таком значении момента сохраняется линейная зависимость крутящего момента от угла поворота гайки.

Затем производят поворот гайки на заданный угол и измеряют приращения крутящего момента при повороте гайки.

Затем процесс затяжки прекращают и осуществляют отвинчивание гайки, и измеряют приращение момента при отвинчивании гайки на тот же угол, что и при первоначальной затяжке.

Производят вычисление требуемого крутящего момента по формуле:

,

где Мтр - требуемый момент затяжки

Р - шаг резьбы

Fтр - требуемая осевая сила затяжки

Мзат - приращение момента при повороте гайки на заданный угол при первоначальной затяжке

Мотв - приращение момента при повороте гайки на заданный угол при отвинчивании

Затем производят окончательную затяжку гайки до достижения расчетного значения крутящего момента.

Устройство для затяжки резьбовых соединений работает следующим образом.

Гайковерт 1 устанавливают на затягиваемое резьбовое соединение (не показано) и включают устройство 6 управления, предварительно установленное в исходное состояние. При этом регистры 15, 16 памяти установлены в нулевое состояние, а регистр 17 памяти содержит информацию о величине крутящего момента при первоначальной затяжке. Так как все триггеры 8, 9 и 10 находятся в нулевом состоянии, то условие совпадения для элемента 22 «И» не выполняется, а для элемента 11 «И» выполняется, на его выходе появляется напряжение логической единицы, электроклапан 2 срабатывает и производит подключение гайковерта 1 на нормальное вращение к пневмосети 26.

Начинается затяжка резьбового соединения. Момент на шпинделе гайковерта 1 начинает возрастать, следовательно, начинает возрастать напряжение, снимаемое с выхода датчика 4 момента, которое поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. Аналого-цифровой преобразователь 14 осуществляет преобразование напряжения с выхода датчика 4 момента в цифровой код, который поступает на информационные входы первого и второго регистров 15 и 16 памяти, блока 7 вычислений и на первые входы схемы 18 совпадений и цифрового компаратора 21.

При достижении моментом на шпинделе гайковерта 1 величины установленного значения, цифровой код которой записан в регистре 17 памяти, условие совпадения для схемы 18 совпадений начинает выполняться на ее выходе, появляется напряжение, которым счетчик 19 импульсов переключается в следующее состояние. При этом на нулевом выходе дешифратора 20 напряжение логической единицы пропадает, а на первом выходе появляется. Это приводит к тому, что начинается отсчет угла поворота шпинделя.

При повороте шпинделя гайковерта 1 на заданный угол на выходе датчика 5 угла появляется импульс.

В течение времени действия этого импульса условие совпадения для элемента 12 «И» выполняется, на выходе элемента 12 «И» появляется импульс напряжения, которым триггер 8 устанавливается в единичное состояние, условие совпадения для элемента 11 «И» перестает выполняться и клапан 2 нормального вращения шпинделя гайковерта 1 закрывается и отключает гайковерт 1 от пневмосети 26. Импульсом напряжения с выхода элемента 11 «И» происходит запись кода момента, соответствующего повороту шпинделя гайковерта на заданный угол в регистр 15 памяти. Импульс с выхода элемента 11 «И» поступает так же на установочный вход триггера 9 и устанавливает его в единичное состояние. Условие совпадения для элемента 20 «И» начинает выполняться, на его выходе появляется напряжение логической единицы, которое поступает на управляющий вход электроклапана 3. Клапан 3 срабатывает и осуществляет реверсирование гайковерта 1.

Начинается отвинчивание резьбового соединения.

Когда при отвинчивании величина момента на шпинделе достигает установленной величины, записанной в регистре 17 памяти, схема 18 совпадений срабатывает, на ее выходе появляется импульс, которым счетчик 19 переключится в следующее состояние. При этом на первом выходе дешифратора 20 появляется напряжение логического нуля, а на втором выходе - логической единицы.

Это приводит к тому, что начинается отсчет угла поворота шпинделя гайковерта.

При повороте шпинделя гайковерта на заданный угол на выходе датчика 5 угла появляется импульс.

В течение времени действия этого импульса условие совпадения для элемента 13 «И» начинает выполняться, на его выходе появляется импульс, которым триггер 9 устанавливается в нулевое состояние.

Условие совпадения для элемента 22 «И» перестает выполняться на его выходе, напряжение пропадает и клапан 3 реверсивного вращения шпинделя гайковерта закрывается и отключает гайковерт 1 от пневмосети 26.

Импульсом напряжения с выхода элемента 13 «И» происходит запись кода момента, соответствующего повороту шпинделя гайковерта при отвинчивании на заданный угол в регистре 16 памяти.

С выхода элемента 13 «И» импульс напряжения поступает на установочный вход триггера 8.

Условие совпадения для элемента 11 «И» начинает выполняться, и вновь включается нормальное вращение шпинделя гайковерта 1 и начинается окончательная затяжка резьбового соединения.

Так как в регистрах 15 и 16 памяти содержатся коды моментов, соответствующих моментам затяжки и отвинчивания при повороте шпинделя гайковерта на заданный угол, то по импульсу с выхода элемента 13 «И» цифровые коды этих значений, а также цифровой код первоначального момента затяжки, записанный в регистре 17 памяти, записываются в блок 7 вычислений. Блок 7 вычислений производит вычисления по формуле:

,

где Мзат=Мзат-Муст

Мотв=Муст-Мотв

Мзат - крутящий момент на шпинделе гайковерта при повороте шпинделя на заданный угол, после достижения моментом величины Муст.

Муст - установочный момент затяжки, составляющий 50-70% от окончательного момента затяжки.

Мотв - крутящий момент на шпинделе гайковерта при повороте шпинделя на заданный угол, при отвинчивании, после достижения моментом величины первоначальной затяжки.

Код вычисленной величины поступает на входы цифрового компаратора 21. Цифровой компаратор 21 производит сравнение кода вычисленной величины с кодом на выходах аналого-цифрового преобразователя, соответствующего величине крутящего момента на шпинделе гайковерта.

Когда по мере затяжки крутящий момент на шпинделе гайковерта достигнет вычисленной величины, цифровой компаратор 21 срабатывает, на его выходе появляется напряжение логической единицы, которым триггер 10 устанавливается в единичное состояние, условие совпадения для элемента 11 «И» перестает выполняться, электромагнитный клапан 2 отключает гайковерт от пневмосети. Затяжка заканчивается. Гайковерт снимают с затянутой гайки. Введение в устройство для затяжки резьбовых соединений, содержащее реверсивный пневматический гайковерт, снабженный электроклапаном нормального вращения шпинделя, электроклапаном реверсивного вращения шпинделя, датчиком момента, датчиком угла поворота и устройством управления, содержащим блок вычислений, три триггера и три элемента «И», аналого-цифровой преобразователь, три регистра памяти, схему совпадения, счетчик импульсов, дешифратор, цифровой компаратор, элемент «ИЛИ» и четвертый элемент «И», выход датчика момента соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходами подключенного к информационным входам первого и второго регистров памяти, первым входам схемы совпадений и первым входам цифрового компаратора, информационные выходы третьего регистра памяти подключены ко вторым входам схемы совпадений, выход схемы совпадений соединен со счетным входом счетчика импульсов, выходами подключенного ко входам дешифратора, нулевой выход дешифратора подключен к первому входу элемента «ИЛИ», выходом соединенного с установочным R-входом первого триггера, инверсным выходом подключенного к первому входу первого элемента «И», выходом соединенного с управляющим входом электроклапана нормального вращения, первый выход дешифратора подключен к первому входу второго элемента «И», выходом соединенного с установочным S-входом первого триггера, второй выход дешифратора подключен к первому входу третьего элемента «И», выходом подключенного к установочному S-входу второго триггера, выходом подключенного к первому входу четвертого элемента «И», выходом соединенного с управляющим входом электроклапана реверсивного вращения, вторые входы первого и четвертого элементов «И» соединены с инверсным выходом третьего триггера, установочным S-входом соединенного с выходом цифрового компаратора, вторые входы которого подключены к выходам блока вычислений, вторые входы второго и третьего элемента «И» подключены к датчику угла, второй вход первого элемента «ИЛИ» соединен с выходом третьего элемента «И», выход второго элемента «И» подключен ко входу «Запись» первого регистра памяти и установочному R-входу второго триггера, выход третьего элемента «И» подключен ко входу «Запись» второго регистра памяти, информационные выходы регистров памяти подключены к соответствующим информационным входам блока вычислений, входом «Вычисление» соединенного с выходом третьего элемента «И», а установочные входы первого и второго регистров памяти, счетчика импульсов и установочный R-вход третьего триггера через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической единицы», что позволило повысить точность контроля осевой силы при затяжке резьбовых соединений.