Устройство для регулирования крутящего момента гайковерта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ PEmffilPOBAНИЯ КРУТЯЩЕГО МШЕНТА ГАЙКОВЕРТА, содержащее датчики частоты вращения шпинделя и текущего значения крутящего момента гайковерта подключенные соответственно к входам первого и второго блоков умножения на постоянные коэффициенты, последовательно соединенные элемент сравнения, исполнительный элемент и регулирующий клапан, установленный на линии подачи воздуха к приводу шпинделя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены последовательно соединенные дифференциатор, блок перемножения , суьматор, усилитель и квадратор , а также источник опорного Напряжения, подключенный к второму входу сумматора, к третьему входу которого подключен выход квадратора , входом соединенного с первым входом элемента сравнения, вторым входом соединенного с выходом второ- § г6 блока умножения на постоянный (Л коэффициент, подключенным к входу дифференциатора, причем выход первого блока умножения на постоянный коэффициент подключен к рторому входу блока перемножения.

СОЮЗ OOBKTCHHX ае 03) экю G 05 D 12/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и aa TOPCHOMV сИНДВТЕПьОТВМ

ГОСУДМРС18ЕННЫЙ НОМИ1ЕТ ССОР

fO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPhlTlO

/ (21 ) 3596830/24-24 (22) 24.05.83 (46) 23.11.84. Бюл. В 43 (72) А.И. Двойниченко и Б.К. Куприк (53) 62.50(088 ° 8) (56) 1. G. Muck. Drucklufchrauber

miteIektronisher Steuerung. — "Merkstattstechnik", 1979, 69, У 4, в. 217-221. 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 921840, кл. В 25 В 21/00, 1980.

3. Патент США Я 3926264, кл. 173-12, опублик. 1976 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ГАЙКОВЕРТА, содержащее датчики частоты вращения шпинделя и текущего значения крутящего момента гайковерта, подключенные соответственно к входам первого и второго блоков умножения на постоянные коэффициенты, последовательно соединенные элемент сравнения, исполнительный элемент и регулирующий клапан, установленный на линии подачи воздуха к приводу шпинделя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены последовательно соединенные дифференциатор, блок перемножения, сумматор, усилитель и квадратор, а также источник опорного

Напряжения, подключенный к второму входу сумматора, к третьему входу которого подключен выход квадратора, входом соединенного с первым входом элемента сравнения, вторым входом соединенного с выходом второ- Я гд блока умножения на постоянный коэффициент, подключенным к входу дифференциатора, причем выход первого блока умножения на постоянный коэффициент подключен к второму входу блока перемножения.

30

I 11256

Изобретение относится к функцио нальным схемам устройств для ограничения крутящего момента (ЕИ) на шпинделе перейосных резьбозавертывающих устройств с пневмоприводом, которые целесообразно использовать при оснащении гайковертов, предназначенных для обеспечения затяжки болтовых соединений с заданным КИ в изделиях транспортного машиностроения. !О

Потребность в ограничителях КИ предлагаемого типа обусловлена тем, что прекращение процесс1 завертывания, производимое отключением подводимой к пневмоприводу энергии в 15 момент достижения, на шпинделе задан ной величины КИ, не обеспечивает требуемой точности управления. Это обусловлено тем, что в известных ограничителях КИ выбор момента отк- 20 лючения энергии, подводимой к пневмоприводу, производится без учета величины кинетической энергии, накопленной во вращающихся узлах резьбозавертывающих устройств в процес- 25 се завертывания. В результате., после отключения подводимой энергии за счет накопленной кинетической энергии происходит дозакручивание резьбового соединения. При этом окончательная величина КМ превышает заданную, при которой производилось отключение, причем, чеи меньше диаметры болтов и жестче конструкция, тем большей величины достигает эта разница.

Отклонение реальной величины КИ от заданной уменьшает долговечность конструкции.

Управление процессами затяжки болтовых соединений наиболее точно обеспечивается электронными приборами. При этом процессы управления базируются на использовании информации о текущих значениях КИ, углов поворота гаек, производных

КИ по углу поворота и .других, а в процессы управления входит регулирование скорости вращения шпинделей гайковертов (11 .

Такие устройства обеспечивают высокую точность управления, но сложны по конструкции и требуют как усложненной конструкции гайковертов так и при использовании пневмати- 55 ческой энергии автономных регулируемых блоков подготовки воздуха для каждого гайковерта. Поэтому прииенение их экономически оправдано и технически выполнимо для стационарных и полустационарных гайковертов.

Известно устройство для ограничения КМ гайковерта, содержащее двигатель, шпиндели и электромагнитные муфты;для подключения шпинделя к двигателю. Устройство, управляющее муфтами, имеет датчик крутящего момента, блок питания, сравнивающий блок, триггеры, генератор импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор. двоичный счетчик, транзисторные ключи, две группы двухвходовых схем И, количество которых в группе равно количеству шпинделей12 .

Однако данное устройство обеспе- . чивает невысокую точность получения заданного КИ при изменении видов стягиваеиых конструкций, так как в управлении не учитывается влияние кинетической энергии; накопленной в инерционных массах в действующей на болтовое соединение уже после отключения привода.

Наиболее близким к изобретению является устройство для ограничения

Крутящего момента гайковерта, содер-. жащее управляемый клапан, привод, узел датчика, а устройство управления КИ содержт формирователь сигнала датчика, узел вырабатывающий сигнал заданной величины KN, схему сравнения и узел включения управляемого клапана. Датчик вырабатывает сигнал, пропорциональный КИ, развиваемому на шпинделе гайковерта. Этот сигнал сравниваетея с сигналом, пропорциональным заданному KN и при их равенстве происходит отключение сжатого воздуха, поступающего на привод перев управляемый «лапая. (3), Известный гайковерт прост по конструкции, но обеспечивает невысокую точность ограничения крутящего момента. Связано это с тем, что процесс управления производится в наиболее удобном сечении гайковерта (в месте подвода энергии в привод).

Но в процессе затягивания болтового соединения во вращающихся массах привода, датчика, шпинделя накапливается кинетическая энергия, которая при отключении управляемого клапана затрачивается на дотягивание гайки, т.е. реальный момент затяжки выше заданного. Для уменьшения это3 1

ro эффекта известный гайковерт должен применяться лишь при стягивании конструкций мягкого типа, что сужает

его область применения.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в уатройс во для регулирования крутящего момента. гайковерта, содержащее датчики частоты вращения шпинделя и текущего значения крутящего момента гайковерта, подключенные соответственно к входам первого и второго блоков умножения на постоянные коэффициенты, последовательно соединенные элемент сравнения, исполнительный элемент и регулирующий клапан установленный на линии подачи воздуха к приводу шпинделя, введены последовательно соединенные, дифференциатор ° блок перемножения, сумматор, усилитель и квадратор, а также источник опорного напряжения, подключенный к второму входу сумматора, к третьему входу которого подключен выход квадратора, входом соединенного с первым входом элемента сравнения, вторым входом соединенного с выходом второго блока умножения на постоянный коэффициент, подключенным к входу дифференциатора, причем выход первого блока умножения на постоянный коэффициент подключен к второму входу блока перемножения.

Введение в схему перечисленных узлов и связей между ними позволяет определить момент отключения гайковерта с учетом запаса кинетической энергии на вращающихся его узлах.

На гайковерт поступает воздух под давлением. Пройдя через регулирующий клапан 1, он приводит во вращение привод 2, связанный через датчик 3 текущего значения КИ гайковерта и датчик 4 частоты вращения шпинделя со шпинделем гайковерта.

Гайковерт управляется устройством, содержащим блоки 5 и 6 умножения на постоянный коэффициент, входы которых соединены с выходами датчиков 4 и 3 соответственно, выход блока 6 умножения подключен параллельно к входам элемента 7 сравнения и дифференциатора 8, с которым последовательно соединены блок

9 перемножения, сумматор 10, усилитель 11, квадратор 12. Выход квадра125608 4 тора 12 соединен с третьим входом сумматора 10, к второму входу которого подсоединен источник 13 опорно-

ro напряжения.

Вход квадратора 12 дополнительно соединен с другим входом элемента 7 сравнения. Выход элемента 7 сравнения соединен через исполнительный элемент 14 с регулирующим

10 клапаном 1.

Вход 15 служит для подачи команды начала работы, вход 16 — для ввода задания величины КИ И,, которую надо достичь в процессе работы. Вход

17 используется для В|Ода В устройство постоянной величины У, численно равной моменту инерции вращающихся частей гайковерта, она изменяется, если устройство подключается к другому гайковерту.

Устройство работает следующим образом.

На вход 15 подается команда начала работы устройства и гайковерта. д При этом изменяется состояние исполнительного элемента 14, которое может быть выполнено в виде триггера с раздельными входами, и открывается регулирующий клапан 1, разрешая прохождение сжатого воздуха на привод 2, приводящий во вращение шпиндель, соединенный с нагрузкой (гайкой затягиваемого болтового соединения). Датчик 4 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональ— ный частоте вращения-Q шпинделя, а датчик 3 — сигнал, пропорциональный текущему значению КМ М, создаваемого гайковертом.

40 В аналитических выражениях, описывающих сигналы на выходах узлов устройства, опущены масштабные коэффициенты.

Сигналы на выходах блоков 5 и 6 умножения описываются выражениями

U5 = y w, U< = М (1)

Пройдя через дифференциатор 8 и блок 9 перемножения, эти сигналы поступают на вход сумматора 10 в виде сигнала

dM

0 -ц и.—.

55 Сигнал на выходе сумматора 10 описывается выражением г JM

01о-01э-0)-О,2™ - ы — -О г

1125608!

О (4) Т и.

1 а (8) (6) (10) l

Э где.,0„ М - сигнал, форвщруемый источником 13 опорного напряжения,0; — сигнал на выходе квадратора 12.

Сигнал Vto проходит через усилитель 11 с большим коэффициентом уси,лия K<1 . Сигнал на выходе усилителя

2, <АМ «()-ц -,1

i Так как U = 0 а О, то

Кн

Сигналы U и Ui поступают на вход элемента 7 сравнения, выполненного в виде суммирующего усилителя с большим коэффициентом усиления -K Выходной сигнал элемента 7 сравнения при работе в линейной области описывается зависимостью 25

При малых величинах М, . (режим

tlldhl! дФ 30 навинчиваиия гайки) сигнал 0 находится в ограничении и равен максимальному напряжению на выходе элемента 7 сравнения. В процессе затягивания болтового соединения величи, dv ны М;-д- возрастают, сигнал U выходит из ограничителя, уменьшается до нуля и стремится изменить свой знак. При UI = О изменяется состоя- ние исполнительного элемента 14. 4©

При этом закрывается регулирующий клапан 1 и привод 2 гайковерта отключается от магистрали сжатого воздуха. Новое включение гайковерта возможно после подачи по входу 15 4 новой команды на включение гайко-. верта.

Закрывание регулирующего клапана происходит, когда момент М достигает величины М,, при этом <д

khan аи

= u и — = J4 где С вЂ” момент

О 1ф д l о д времени отключения

Г act

M> (™ф 3 о дц о

При, этом во вращающихся частях гайковерта накапливается кинетическая энергия, описываемая выражением

Эта энергия тратится на дотягивание гайки.

Изменение КМ во время затягивания гайки описывается зависимостью

Мн+ S q (t),, (9) где М вЂ” момент навинчивания гайки;

g(t) - угол, на который поворачивается гайка при затягива нии болтового соединения, S - коэффициент пропорциональности, постоянный при затягивании болтового соединения. Он определяется из выражения (9) как

dM(4) 1 JM 1

4)д — е — z=, dt дую) И 9 44 Н1 о

dt

Кинетическая энергия связана с

КМ выражением JT = N dy, из которого можно определить угол дотягивания „ гайки

%ив

-3 +o ) (1 а 4 Ч О %4от о

Окончательный момент, с которым затянуто болтовое соединение, определяется выражением М „ = Мд+ б

И дот, которое с учетом выражений (7), (10) и (11) имеет вид

М;,М (12)

Таким образом устройство за счет предварительного отключения регулирующего клапана 1 обеспечивает получение заданного момента затяжки.

3III9IOII Заказ 8539/36 Тираж 841 Подписное г филиал IIOO "IIa e®ò" г,ужгород, ул.Проектная, 4