一种便携式智能化螺栓拉伸装置的制作方法

1.本发明属于重大装备安装技术领域，具体涉及一种便携式智能化螺栓拉伸装置。


背景技术：

2.螺栓连接广泛应用于石油化工、核电、风电、船舶等诸多领域中，特别是在石油化工、核电及新能源等系统的压力容器和设备中，螺栓连接的效果好坏直接关系到设备的使用寿命和企业生产的安全性。随着重大工程和先进装备越来越受到重视，装备紧固螺栓的大直径、大扭矩和大预紧力需求尤为突出。因此，对螺栓预紧力进行合理控制是螺栓进行可靠连接的必要保障，也是当前研究的重中之重。
3.螺栓液压拉伸装置是一种专门用于螺栓紧固和拆卸的工具，运用液压系统使被紧螺栓拉伸达到预定载荷，然后被机械地锁定在紧固件上，从而达到预紧的目的。传统的螺栓拉伸装置整套设备由高压油泵、高压软管、压力表和拉伸装置本体组成。其中高压泵为动力源，压力表反映泵的输出压力，高压软管联接高压泵和拉伸装置。传统液压拉伸装置工作原理为：高压油通过高压快速接头进入油缸工作腔，随着腔内压力的增大使活塞向上顶起，活塞升起时带动螺栓一起运动，而被拉伸的螺栓是拧在螺纹套中的，因此随着螺母的上升此螺栓在弹性变形范围内被拉长，螺母会与接触面脱离开来，此时操作人员用手棒在拉伸装置下端的开口处转动螺母；卸去油缸内的高压油，螺栓靠本身弹性锁住轴向变形，从而达到螺栓预紧的目的。
4.因此螺栓液压拉伸装置使用纯拉力直接拉长螺栓，无扭剪力和侧向力，对联接的接触面无摩擦损伤，是精确控制螺栓预紧力的最佳方法。比起液压扭矩扳手，优点是反应迅速、精确，无扭转应力、无摩擦损伤、可同步预紧多个螺栓；因此螺栓拉伸装置在对预紧力要求较严的场合应用更为广泛。虽然目前传统的液压螺栓拉伸装置具有诸多优点，但仍存在以下缺点：1、管系长而多，体积较大，导致装置便利性不够；2、需人工手动操作，安装效率不高；3、预紧力设定不精确，自动化程度不高。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于针对上述现有液压螺栓拉伸装置存在的便利性差、安装效率低、自动化程度低的不足，提供一种机
‑
电
‑
液
‑
控制模块协同工作的便携式智能化螺栓拉伸装置，该装置能够适应不同行业的大直径和大扭矩的螺母自动预紧、多组螺栓同步精确加压和无管化，实现螺栓快速、精确、便携、同步和智能化拆装。
6.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
7.一种便携式智能化螺栓拉伸装置，其特征在于，包括拉伸器和液压控制箱，所述液压控制箱内集成设置有液压模块和控制模块；
8.所述拉伸器包括拉伸头、液压缸、支承座、螺母驱动电机、齿轮和螺母套筒；所述液压缸的缸套固定安装于支承座上，液压缸的活塞活动安装于缸套内；所述拉伸头下端与活塞的上端相接，拉伸头设有内螺纹，通过螺纹连接螺栓伸出部分；所述螺母驱动电机安装于
支承座上，其动力输出端安装有齿轮；所述支承座内部中空，以便容纳所述螺母套筒；所述螺母套筒用于套装在螺母上，螺母套筒外圈与所述齿轮啮合，通过螺母驱动电机驱动齿轮旋转，从而带动螺母套筒和螺母同步旋转实现预紧；
9.所述液压模块包括液压油箱、油泵、油泵驱动电机、卸载阀和快速接头；所述液压油箱与油泵相连，油泵与快速接头之间通过油管相连，快速接头设置于液压控制箱外部，用于连接油泵与所述拉伸器的液压缸，油泵驱动电机与油泵连接，驱动油泵运行以将液压油箱内的液压油泵入液压缸的高压油腔中；所述卸载阀一端通过快速接头与拉伸器相连，另一端与液压油箱相连，用于预紧结束后高压液压油回流到液压油箱中；
10.所述控制模块包括主控芯片以及分别与所述主控芯片连接的油泵电机驱动芯片、螺母电机驱动芯片和压力传感器，所述压力传感器设置于油泵与快速接头之间的油管内，实时监测油管中的压力值，并将实时压力值反馈给主控芯片，主控芯片通过油泵电机驱动芯片、螺母电机驱动芯片分别控制油泵驱动电机和螺母驱动电机工作。
11.上述方案中，所述螺母套筒与螺母相互配合安装，螺母套筒外壁设置与所述齿轮适配的齿。
12.上述方案中，所述卸载阀与主控芯片连接，通过主控芯片控制卸载阀打开或关闭。
13.上述方案中，所述液压模块还包括单向阀，所述单向阀设置于卸载阀上游，防止加压停止后液压油回流。
14.上述方案中，所述液压模块还包括安全阀，所述安全阀设置于液压油箱与油泵之间的支路上，当油管中的压力超过安全值时，安全阀自动开启，使得液压油恢复到正常压力并回流到液压油箱当中。
15.上述方案中，所述控制模块还包括一带lcd显示屏的操作面板和一lcd驱动芯片，所述lcd驱动芯片与主控芯片连接，lcd驱动芯片接受主控芯片的指令控制lcd显示屏显示油压腔内的压力值。
16.上述方案中，所述操作面板上还包括两个控制液压压力大小的按键和一个控制是否进行加压的启停按键。
17.上述方案中，所述控制模块还包括远程控制模块，所述主控芯片通过蓝牙模块或wifi与所述远程控制模块连接，通过远程控制模块控制主控芯片的执行动作；所述远程控制模块能够同时控制多个螺栓拉伸装置同步运行。
18.上述方案中，所述控制模块还包括ad转换芯片，所述ad转换芯片与压力传感器连接，并将压力传感器采集的压力信号转换成数字信号后发送至主控芯片。
19.上述方案中，所述液压控制箱内还设有电池槽，所述电池槽内安装有可拆卸式充电电池，用于为螺母驱动电机、油泵驱动电机供电和主控芯片供电供电。
20.本发明的有益效果在于：
21.1、本发明通过在拉伸器上设置螺母驱动电机、齿轮及螺母套筒，能够实现螺母自动预紧，避免了人工手动预紧造成的安装效率低的问题。通过双电机协同拉伸预紧，大大提高了工作效率。
22.2、本发明采用油泵加压的方式取代传统螺栓液压拉伸装置的手摇加压结构，减小了装置的体积和重量，提高了装置的便携性。
23.3、拉伸器与液压控制箱之间通过一个快速接头相连，方便针对不同尺寸拉伸装置
进行快速更换；通过快速接头上游的一段非常短的硬管来替代传统拉伸装置的长软管，实现无管化。
24.4、本发明装置可以实现机旁或者远程人机交互控制，通过压力传感器精确感知压力，预紧力设定更加精确，自动化程度高。
25.5、本发明可以通过一个远程控制模块同时控制多组螺栓同步精确加压，实现螺栓快速、精确、便携、同步和智能化拆装。
26.6、本发明通过机械传动、电机电源、液压传动以及智能控制一体化设计，形成了一套专业科学的螺栓拉伸装置设计方案，为智能化螺栓拉伸装置设计标准化提供方法；同时，通过智能螺栓拉伸装置设计，满足重大工程和关键装备大直径和大预紧力螺栓的需求。
附图说明
27.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
28.图1是本发明便携式智能化螺栓拉伸装置的立体结构图；
29.图2是图1所示便携式智能化螺栓拉伸装置的结构剖视图；
30.图3是本发明便携式智能化螺栓拉伸装置的结构框图；
31.图4是本发明便携式智能化螺栓拉伸装置的hmi按键控制流程图；
32.图5是多个便携式智能化螺栓拉伸装置同时使用时的示意图。
33.图中：10、拉伸器；11、拉伸头；12、活塞；13、缸套；14、支承座；15、螺母驱动电机；16、齿轮；17、螺母套筒；
34.20、液压控制箱；21、液压模块；211、液压油箱；212、油泵；213、油泵驱动电机；214、单向阀；215、卸载阀；216、安全阀；217、电池槽；218、快速接头；22、控制模块；221、lcd显示屏；222、操作面板。
具体实施方式
35.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
36.如图1
‑
3所示，为本发明实施例提供的一种便携式智能化螺栓拉伸装置，包括拉伸器10和液压控制箱20，液压控制箱20内集成设置有液压模块21和控制模块22。
37.拉伸器10为本装置的机械模块，用于螺栓的自动拉伸和自动预紧。拉伸器10包括拉伸头11、液压缸、支承座14、螺母驱动电机15、齿轮16和螺母套筒17。液压缸包括缸套13和活塞12，缸套13固定安装于支承座14上，活塞12活动安装于缸套13内，缸套13与活塞12之间为高压油腔。拉伸头11下端与活塞12的上端相接触，拉伸头11设有内螺纹，通过螺纹连接螺栓伸出部分。来自液压模块21的高压油液不断聚集在高压油腔内，推动活塞12向上移动，同时活塞12推动拉伸头11对螺栓进行拉伸。螺母驱动电机15安装于支承座14上，其动力输出端安装有齿轮16。支承座14内部中空，以便容纳螺母套筒17。螺母套筒17用于套装在螺母上，螺母套筒17外圈与齿轮16啮合，通过螺母驱动电机15驱动齿轮16旋转，从而带动螺母套筒17和螺母同步旋转实现自动预紧。
38.液压模块21包括液压油箱211、滤油器、油泵212、油泵驱动电机213、卸载阀215、单向阀214、安全阀216和快速接头218。液压油箱211、滤油器与油泵212三者依次相连，油泵
212与快速接头218之间通过油管相连，快速接头218设置于液压控制箱20外部，用于连接油泵212与拉伸器10的液压缸。油泵驱动电机213与油泵212连接，油泵212在油泵驱动电机213的驱动下不断将液压油箱211中的液压油吸入高压油管，并不断的进行加压，直到油压达到设定的压力值后泵入液压缸的高压油腔中。卸载阀215一端通过快速接头218与拉伸器10相连，另一端与液压油箱211相连，用于预紧结束后高压液压油回流到液压油箱211中。单向阀214设置于卸载阀215上游，防止加压停止后液压油回流。安全阀216设置于液压油箱211与油泵212之间的支路上，用于防止液压油管中的油压过大引起危险。
39.控制模块22包括主控芯片以及分别与主控芯片连接的油泵212电机驱动芯片、螺母电机驱动芯片和压力传感器。压力传感器设置于油泵212与快速接头218之间的油管内，实时监测油管中的压力值，并将实时压力值传送至ad转换芯片进行模数转换后反馈给主控芯片，主控芯片通过油泵212电机驱动芯片、螺母电机驱动芯片分别控制油泵驱动电机213和螺母驱动电机15工作。控制模块22还包括一带lcd显示屏221的操作面板222和一lcd驱动芯片，lcd驱动芯片与主控芯片连接，lcd驱动芯片接受主控芯片的指令控制lcd显示屏221显示油压腔内的压力值。操作面板222上还包括两个控制液压压力大小的按键和一个控制是否进行加压的启停按键。控制模块22还包括远程控制模块，主控芯片通过蓝牙模块或wifi与远程控制模块连接，蓝牙模块将需求数据传输到远程控制模块，同时远程控制模块也能下发信息到主控芯片，解析指令并进行动作。
40.进一步优化，所述螺母套筒17与螺母相互配合安装，螺母套筒17外壁设置与齿轮16适配的齿。
41.进一步优化，卸载阀215与主控芯片连接，通过主控芯片控制卸载阀215打开或关闭。
42.进一步优化，远程控制模块为pc机或移动终端设备。
43.进一步优化，液压控制箱20内还设有电池槽217，电池槽217内安装有可拆卸式充电电池，用于为螺母预紧电机、油泵驱动电机和主控芯片供电。
44.进一步优化，本实施例中，蓝牙模块采用st公司开发的bluenrg
‑
1芯片为核心的蓝牙开发平台，具有低功耗、稳定性好等优点，非常契合本设计的使用环境。
45.操作人员与控制模块22可通过如下两种方案进行交互：
46.1)通过远程的远程控制模块设置；
47.2)通过机旁的带lcd显示屏的操作面板设置(以下简称hmi交互)。
48.操作人员通过远程控制模块或者操作面板222设置好所需预紧力大小，主控芯片通过串口接收到上述命令后，分别发送指令给两个电机驱动芯片和lcd驱动芯片，控制两个驱动电机工作和控制lcd屏显示目前状态。具体过程：油泵驱动电机213驱动油泵212对液压油进行加压，压力传感器实时监测油管中的压力值，并将实时压力值反馈给主控芯片，进一步将实时压力数值发送给lcd显示屏221；当油管中压力值达到预定压力值之后，此时螺杆已被拉伸，再由螺母驱动电机15驱动螺母旋转进行预紧；预紧结束后，卸载阀215开启，压力卸载，使油管中的液压油恢复到正常压力并且回流到油箱中。当油管中的压力超过安全值时，此时安全阀216自动开启，使得液压油恢复到正常压力并回流到油箱当中。
49.本实施例中，主控芯片采用stm32系列芯片，油泵电机驱动芯片和螺母电机驱动芯片均采用l9110s芯片，lcd驱动芯片采用pcf8566芯片。操作面板222上面的按钮为带灯按
钮，左侧两个按钮up、down表示压力控制，可以调节油腔内的压力；右侧按钮start/stop为装置的启动停止按钮，在设备启动状态下，此按钮的颜色显示为绿色，反之显示红色。
50.图4为hmi按键控制流程图，电源开关开始，初始化驱动程序以及准备工作，包括l9110s的驱动程序、按键的初始化、pcf8566的驱动程序、ad初始化程序以及蓝牙模块初始化。主函数进入按键扫描，当cpu检测到按键按下时，采取相对应得动作。若按下压力up按键，则cpu按照自定义的增量标准驱动步进电机带动油泵212，增大腔内压力；反之若按下down按键则减少腔内压力。按钮调整压力的同时，主控芯片接收到按钮按下的状态信息，根据按钮调整的压力精度来确定此时油压腔内需要达到的压力，然后主控芯片通过控制l9110s步进电机驱动芯片来驱动油泵驱动电机213，从而使油泵212工作达到需要的油腔压力，压力传感器将压力信号转换为电信号，通过ad转换芯片输出数字信号至主控芯片，主控芯片会实时根据此信号控制lcd驱动芯片控制调整lcd显示屏221上的压力显示数值。
51.远程终端的接收由蓝牙模块通讯部份读取ad值然后上发终端。首先要对蓝牙模块进行初始化，使其工作在广播状态，cpu不断发送其内设采集的ad值，蓝牙模块通过射频电路将数据发送至终端。
52.如图5所示，多个螺栓拉伸装置通过蓝牙或wifi连接到同一个远程控制模块，准备就绪后，控制终端发送加压指令后，各个拉伸装置同时加压，并实时反馈压力传感器采集到压力值，当达到设定压力之后，装置自动停止加压。
53.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
54.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。