Устройство для ограничения крутящего момента гайковерта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ГАЙКОВЕРТА, содержащее датчик частоты вращения и датчик крутящего моментаj подключенные выходами к входам соответственно первого блока умножения и второго блока умножения, соединенного выходом с входом дифференцирующего элемента, последовательно соединенные исполнительный механизм и регулируюпщй клапан,, установленный на магистрали подачи сжатого воздуха к приводу гайковерта , отличающееся тем, что, с целью повьшения точности работы устройства, в него введены два аналого-цифровых преобразователя , два триггера, два коммутатора , три регистра, вычислительный блок, блок ввода констант, два элемента сравнения, три элемента И, генератор импульсов, формирователь импульсов, ключ, цифроаналоговый преобразователь, счётчик импульсов и аналоговый сумматор, подключенный первьм входом к прямому выходу второго триггера, к первому входу второго элемента И, управляю4Чему . входу счетчика импульсов, к первым управляющим входам первого и второго коммутаторов и к первому управляющему входу вычислительного блока, связанного вторым управляющим входом с втор.ыми управляющими входами первого и второго коммутаторов , с прямым выходом первого триггера, с вторыми входами первого и второго элементов И, с единичным входом второго триггера и с управляющим входом ключа, информационным входом вычислительный блок соединен с выходом первого коммута- , тора, а выходом - с информационным входом второго коммутатора, подключенного первыми и вторыми информационными выходами к информационньв4 входам соответственно первого и второго регистра, а третьими инфор;мационными выходами - к информационным входам третьего регистра, соединенного выходами с входом цифроаналогового преобразователя, связанного выходом с вторым входом аналогового сумматора, подключенQD C3t) ного третьим входом к выходу первого блока умножения, а выходом - к 00 информационному входу ключа и к входу формирователя импульсов, соединенного выходом с первым управляющим входом первого элемента сравнения , связанного выходом с нулевым входом первого триггера, вторым управляющим входом - с выходом первого элемента И, первым информационным входом - с выходом первого регистра , а вторым информационным входом - с выходом второго аналогоцифрового преобразователя и с первым информационным входом первого коммутатора, подключенного вторым информационным входом к выходу

СО10Э ССНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511, G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3718894/24-24 (22) 27.03.84 (46) 07.12.85. Бюл. Ф 45 (72) А.И. Двойниченко, Б.К. Куприк, А.И. Каганский и Т.Н. Щередина (53) 621.503.55 (088.8) (56) Патент Великобритании

У 1533921, кл. В 25 В 23/14, 1978.

Патент Японии Ф 56-4388, кл.,В 25 В 23/14, 1976. (54)(5?) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ

КРУТЯЩЕГО NOMEHTA ГАЙКОВЕРТА, содержащее датчик частоты вращения и датчик крутящего момента, подключенные выходами к входам соответственно первого блока умножения и второго блока умножения, соединенного выходом с входом дифференцирующего элемента, последовательно соединенные исполнительный механизм и регулирующий клапан, . установленный на магистрали подачи сжатого воздуха к приводу гайковерта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности работы устройства, в него введены два аналого-цифровых преобразователя, два триггера, два коммутатора, три регистра, вычислительный блок, блок ввода констант, два элемента сравнения, три элемента И, генератор импульсов, формирователь импульсов, ключ, цифроаналоговый преобразователь, счетчик импульсов и аналоговый сумматор, подключенный первым входом к прямому выходу второго триггера, к первому входу второго элемента И, управляющему, входу счетчика импульсов, к первым управляющим входам первого и второго коммутаторов и к первому управляющему входу вычислительного блока, связанного вторым уп. равляющим входом с вторыми управляю-. щими входами первого и второго коммутаторов, с прямым выходом первого триггера, с вторыми входами первого и второго элементов И, с единичным входом второго триггера и с управляющим входом ключа, информационным входом вычислительный блок соединен с выходом первого коммута-, тора, а выходом — с информационным входом второго коммутатора, подключенного первыми и вторыми информационными выходами к информационным входам соответственно первого и второго регистра, а третьими информационными выходами — к информационным входам третьего регистра, соединенного выходами с входом цифроаналогового преобразователя, связанного выходом с вторым входом аналогового сумматора, подключенного третьим входом к выходу первого блока умножения, а выходом — к информационному входу ключа и к входу формирователя импульсов, соединенного выходом с первым управляющим входом первого элемента сравкения, связанного выходом с нулевым входом первого триггера, вторым управляющим входом — с выходом первого элемента И, первым информационным входом — с выходом первого регистра, а вторым информационным входом — с выходом второго аналогоцифрового преобразователя и с первым информационным входом первого коммутатора, подключенного вторым информационным входом к выходу

Ь первого аналого-цифрового преобразователя, а третьим информационным входом — к выходу блока ввода констант, соединенного входами с шиной "Ввод констант" устройства, шина "Запуск устройства" подключена к единичному входу первого триггера, причем информационный вход счетчика импульсов; связан с выходом генератора импульсов, первые информационные выходы счетчика— с входами третьего элемента И, 1

;й а:..вторые информационные выходы - с первыми информационными входами второго элемента сравнения, подключенного вторыми информационны1196812 ми входами к выходам второго регистра, выходом — к нулевому входу второго триггера, первым управляющим входом — к выходу третьего элемента И, а вторым управляющим входом — к выходу второго элемента И, инверсный выход второго триггера соединен с первым входом первого элемента И, выход ключа связан с входом исполнительного механизма, выход дифференцирующего элемента подключен к входу первого аналогоцифрового преобразователя, а вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом второ" го блока умножения.

Изобретение относится к устройствам для ограничения крутящего момента (КМ) на шпинделе резьбозавертывающихся устройств с пневмоприводом, которые целесообразно .использовать при оснащении гайковертов, предназначенных для обеспечения затяжки болтовых соединений с заданным KN в изделиях транспортного машиностроения, при этом гайковерты могут быть выполнены для ручного или стационарного использования, а также в виде агрегатов для автоматических средств сборки.

Цель изобретения - повьппение точности работы устройства.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — временная диаграмма работы устройств.

Устройство содержит регулирующий клапан 1, привод 2 гайковерта, датчик 3 частоты вращения, датчик

4 крутящего момента, первый блок 5 умножения, аналоговый сумматор 6, второй блок 7 умножения, дифференцирующий элемент 8, первый 9 и второй 10 аналого-цифровые преобразователи, первый коммутатор 11,блок

12 ввода констант, вычислительный блок 13, второй коммутатор 14, первый 15, второй 16 и третий 17 регистры, первый 18 и второй 19 элементы сравнения, цифроаналоговый преоб1s крыт и исполнительный элемент 26. (в качестве которого может быть

25 ни, запрещающие работу элементов

18 и 19 сравнения. На их выходах

30!

10 разователь 20, счетчик 21 импульсов, генератор 22 импульсов, третий элемент И 23, формирователь 24 импульсов, ключ,25, исполнительный механизм 26, первый 27 и второй 28 триггеры, первый 29 и второй 30 элементы И, шина 31 ввода констант, вход 32 "Запуск устройства".

Устройство работает следующим образом.

При подаче на устройство напряжения питания на прямых выходах триггеров 27 и 28 установлены логические нули. При этом ключ 25 заиспользован усилитель) поддерживает закрытое состояние клапана 1, стоящего на магистрали сжатого воздуха.

В этом исходном состоянии счетчик 21 установлен в начальное (нулевое) состояние, на выходах элементов И 23, 29 и 30 нулевые-уровтакже нулевые уровни. В исходном состоянии по шине 31 в блок 12 ввода констант вводятся постоянные величины, характеризующие параметры процесса закручивания гаек:

I — - величина момента инерции вращающихся частей механизма гайко.верта; М вЂ” величина крутящего момента, P — - давление крутящего воздуха; M — величина крутящего моманта, с которой должно быть затя<нуто соединение; << - частота вращенйя гайковерта; и — коэффициент, определяемый из соотношений и

У = < =0 rn — коэффициент onо р

У ! ределяемый из соотношения m = 1

= — Q=0;g полный угол поворота от момента начала продвижения гайки по свободной части хвостовика болта до начала момента затягивания гайки.

Дополнительно вводится величина частоты И<, при которой планируется выполнение затягивания болтового соединения. Число, соответствующее частоте 4)<,после ввода его в блок

12 ввода констант проходит через коммутаторы 11 и 14, вычислительный блок 13 в регистр 17 и преобразуется в преобразователе 20 в аналого. вую форму.

Включение устройства и гайковерта осуществляется подачей сигнала

<« «, 1 на вход 32, При этом на прямом выходе триггера 27 появляется логическая "1", изменяя состояние триггера 28 (на его прямом выходе появляется логическая "1"). При этом на выходе элемента И 30 появляется "1", разрешающая прохождение сигнала с выхода элемента И 23 на вход элемента 19 сравнения. Сигнал "1" поступает на один вход сумматора 6. При этом на его выходе вырабатывается сигнал "1", проходящий через ключ 25 (открывается при

"1" на его управляющем входе) и через исполнительный механизм 26, полностью открывающий регулирующий клапан 1. При этом на привод 2 гайковерта подается максимальное давление P«„, Привод 2 приводится во вращение, на выходах блоков 5 и

7 умножения (в роли которых могут использоваться масштабные усилители) вырабатываются сигналы соответственно крутящего момента М и частоты вращения Я.

Сигнал, соответствующий величине N, пройдя через преобразова, тель 10 в цифровом коде, поступает через коммутатор 11 в вычислительный блок 13. Сигнал у поступает на сумматор 6. При переходе сигнала на прямом выходе триггера 23

20 о 2Мн Рмакс <ч -ЭМн

<1 а о

Мн

0,9 ., (1) Результаты расчета через коммутатор .14 вводятся в регистр 16.

Элемент 19 сравнения не сравнивает время Е, отсчитываемое счетчиком

21 с расчетной величиной t1, пока с выхода элемента И 23 на его управляющий вход не поступит сигнал

tt tt

1 . Интервал времени от момента установления "1" на прямом выходе триггера 28 до появления "1" на. выходе элемента И 23 выбирается большим длительности переходного процесса в установлении частоты вращения сд при включении гайковерта, но гораздо меньшим времени t .

Сигнал на выходе сумматора 6 в этом режиме описывается выражением

U6 — U28 Кь, +Uãî К6

-U К = 1 K+M Ê6 6 < 6

-яК = 1, (2) ъ и U — сигналы на выхо5 дах триггера 28, цифроаналогово го преобразователя 20 и блока 5 умножения соответстгде Б2, П,р

50 венно, э и Кь — коэффициенты усиления сумматора 6, определенные по разным входам;

6-1

55 б-1 6

1196812 от "0" к "1" счетчик 21 импульсов начинает отсчитывать импульсы,подаваемые с генератора 22 импульсов.

В описываемом режиме частота вращения гайковерта сд изменяется за время переходного процесса от ! нуля до установившегося максимального значения. При установившейся

10 частоте вращения крутящий момент, развиваемый для продвижения гайки по свободной части хвостовика болта, имеет приближенно постоянную величину, равную M

Вычислительный блбк 13 в этом режиме (на прямых выходах обоих триггеров "1") решает

119б812 (6) (7) u = ы,- а сз "- Я, (4) где М, 5

В этом режиме регулирующий клапан 1 полностью открыт до тех пор, пока число tg, рассчитываемое. в вычислительном блоке 13 и выведенное в регистр 16, не сравняется с числом t, отсчитываемым счетчиком 21 импульсов. При этом на выходе элемента 19 сравнения вырабатывается сигнал "1", изменяющий состояние триггера 28 на прямом выходе триггера 28 (появляется сигнал "О").

При этих условиях (на прямом выходе триггера 28 "О", а на прямом выходе триггера 27 "1") начинается работа устройства в новом режиме. При этом устанавливается в начальное состояние счетчик 21, запрещается работа элемента 19 срав,— нения, так как на выходе элемен- та И 30 появляется сигнал "О", 4а выходе элемента И 29 - сигнал

" 1", разрешая прохождение сигнала с выхода Формирователя 24 на вход элемента 18 сравнения. В вычисли тельном блоке 13 прекращается вычисление выражения (1). Через коммутатор 11 на блок 13 подается с выхода преобразователя 9 в цифровом коде величина скорости изменения крутящего момента во времени с1И вЂ” В этом режиме сигнал на выходе

dt сумматора 6 описывается выражением, получаемым из (2), 6 го 6 3 ь (3)

= к; (ц-ы}

В начале этого режима 6) и .При

1 этом U z О. Отрицательный сигнал, пройдя через ключ 25, поступает на, исполнительный механизм 26, вызывая быстрое закрывание клапана 1.

В этом режиме вычислительный блок

13 решает выражение — крутящий момент, при ко тором должно быть отключено давление с тем, чтобы стяжка болтового соединения была выполнена заданным крутящим моментом;

h — - характеристика жесткости болтового соединения.

Величина h описывается выражением

)м )и 1 3

h** (5)

3q И 3 с

При закрытом клапане 1 (когда

U < О) частота вращения шпинделя у уменьшается до тех пор, пока не достигнет величины M л M . При этом сигнал на выходе сумматора 6 станет равным

1Л К . ь д Б > О.

6 у б

Положительньпr сигнал У, пройдя через ключ 25 и исполнительный меха-!

5 низм 26 вызывает частичное откры-! вание регулирующего клапана 1. В результате частота вращения шпинделя гайковерта стабилизируется

При появлении положительного сигнала БЬ срабатывает формирователь 24 импульсов (который может быть выполнен в виде одновибратора), подавая на управляющий вход эле25 мента 18 сравнения сигнал "1", .,разрешающий сравнение текущего значения крутящего момента И, получаемого от преобразователя 10 с расчетной величиной М,, снимаемой с регистра 15.

С учетом (5) и (7) выражение (4) принимает вид

М (8)

)<

Все этй процессы происходят за время перемещения гайки по свобод" .

; ной части хвостовика болта, При этом сК

40 М-К вЂ” О М М) и

При начале затягивания болтового соединения продолжается стабили" . зация частоты вращения (за счет дальнейшего приоткрывания регули45 рующего клапана 1), крутящий момент М увеличивается (M ) M ), возdM растает величина — и уменьшается

dt расчетная величина И 11. В момент

50 равенства М, = М срабатывает схема 18 сравнения, подавая сигнал

"1" на триггер 27; При этом на прямом выходе триггера 27 устанавливается сигнал "О", закрывается ключ

25, регулирующий клапан 1, и затягивание болтового соединения продолжается за счет кинетической энергии, накопленной во вращающихся частях гайковерта, до достижения крутящего момента М, В этом режиме (сигналы "О" на прямых выходах обоих триггеров) устройства возвращаются в описанные исходные состояния, сохраняя ранее введенные константы.

Предлагаемое устройство для ограничения крутящего момента позволяет повысить точность и расширить диапазон получаемых максимальных значений крутящего момента за счет предварительного отключения гайковерта в момент времени, когда текущая величина крутящего момента достигает значения, определяемого выражением (8), учитывающим кинетическую энергию, накопленную в гайковерте. В известном устройстве величина кинетической энергии не учитывается, поэтому происходит

"переэатяжка".

Расширение диапазона получаемых максимальных значений обеспечивает196812 8 ся в предлагаемом устройстве за счет того, что к моменту начала затяжки гайки гайковерт подходит с малой кинетической энергией (частота вращения Я, ), что обеспечивается за счет управления давлением с учетом информации о размерах свободной части болта. При этом продвижение гайки по большей части сво10 бодной длины болта выполняется на максимальной скорости, что повышает производительность.

В известных устройствах не используется информация о размерах свободной части болта, поэтому даже в процессе продвижения гайки по ней происходит коммутация давления клапаном, работаницим в режиме

"Включен-выключен". В результате рб увеличивается время, прохождения по свободной части гайки и к моменту начала затяжки гайки гайковерт подходит не с минимизированной кинетической энергией.

1196812

Ьб

Oiq

Составитель Н. Горбунова

Техред А. Кикемезей Корректор А. Тяско

Редактор В. Петраш

Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7562/45

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4