Устройство для ограничения крутящего момента гайковерта Советский патент 1985 года по МПК G05B19/421 

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 выходо генератора импульсЬв, первые информационные выходы счетчика с уходами TpeTb lb элемента И, аСвторые информационные выходы - с первыми информационными входами второго элемента сравнения, подключенного вторыми информационны6812

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 преобра- i зователя соединен с выходом второго блока умножения.

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

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 Ш в изделиях транспортного машиностроения, при этом гайковерты могут быть вьшолнены для ручного или стационарного использования, а также-в виде агрегатов для автоматических средств сборки.

Цель изобретения - повьш1ение 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 преобразователь 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 закрыт и исполнительный элемент 26 (в качестве которого может быть использован 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-уровни, запрещающие работу элементов 18 и 19 сравнения. На их выходах также 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 - величина крутящего момента, Р - давление крутящего воздуха; величина крутящего момента, с которой должно быть затя(нуто соединениеi со - частота вращения гайковерта; Uj, - коэффициент определяемый из соотношений

О

, (Т) - коэффициент,

Р

) из

рёделяемый

соотношения m

- C00jq p- полный угол поворота о

момента начала продвижения гайки по свободной части хвостовика болта до начала момента затягивания гайки.

Дополнительно вводится величина частоты CJ J при которой планируется выполнение затягивания болтовог соединения. Число, соответствующее частоте со, , 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 аналогвую форму.

Включение устройства и гайковерта осуществляется подачей сигнала 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 злемента И 30 появHit

разрешающая прохожделяется

I 1

ние 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, проходяпщй 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 7 ,Привод 2 приводится во вращение, на выходах блоков 5 и 7 умножения (в роли которых могут использоваться масштабные усилители) вьфабатываются сигналы соответственно крутящего момента М и частоты вращения О .

Сигнал, соответствующий величине М, пройдя через преобразоваIтель 10 в цифровом коде, поступает через коммутатор 11 в вычислительньй блок 13. Сигнал w поступает на сумматор 6. При переходе сигнала на прямом выходе триггера 23

196812

от О к 1 счетчик 21 импульсов начинает отсчитывать импульсы,подаваемые с генератора 22 импульсов,

с В описываемом режиме частота вращения гайковерта со изменяется за время переходного процесса от 1нуля 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 М,. J5 Вычислительный блик этом режиме (на прямых выходах обоих триггеров 1) решает

О),

ffo

л акс ЛЛн 2АЛн

0,9 ;(1)

-Т-со,

2т-Мн

WH /, I Р -я

olVoKC fn

Результаты расчета через коммутатор .14 вводятся в регистр 16. Элемент 19 сравнения не сравнивает время t, отсчитывае1 ое счетчиком 21 с расчетной величиной t, пока с выхода элемента И 23 на его управляющий вход не поступит сигнал 1. Р1нтервал 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 со при включении гайковерта, но гораздо меньшим времени t .

Сигнал на выходе сумматора 6 в этом режиме описывается выражением

U6 и,д,.К,.,-ьи,„,Ке -и, к, bK-bcovV (2) -w-.Ke 1,

где Ujg , и Uj. - сигналы на выхо дах триггера 28,

цифроаналогово- го преобразователя 20 и блока 5 умножения соответственно, К и К - коэффициенты

усиления сумматора 6, определенные по разным входам,Кб-, 6

В этом режиме регулирующий клапан 1 полностью открыт до тех пор

пока число ti, рассчитьгоаемое. в вычислительном блоке 13 и вьгоеденное в регистр 16, не сравняется с числом t, отсчитьшаемым счетчиком 21 импульсов. При этом на выходе элемента 19 сравнения вьфабатывается 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 сраэлеменнения, так как на выходе сигнал О, та И 30 появляется iia выходе элемента И 29 - сигнал , разрешая прохождение сигнала с выхода формирователя 24 на вход элемента 18 сравнения. В вычислительном 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 dli

В этом режиме сигнал на выходе

dtсумматора 6 описьшается выражением, получаемым из (2),

б VS

(3)

К. (Q,-U) .

в начале этого режима ,При этом Ug 0. Отрицательный сигнал, пройдя через ключ 25, поступает на i исполнительный механизм 26, вызьшая быстрое Закрывание клапана 1. В этом режиме вычислительный блок 13 решает выражение

.,-л1м- Ь-и(, ()

(Л

Э о

- крутящий момент, при котором должно быть отключено давление с тем, чтобы стяжка болтового соединения быпа выполнена заданным крутящим моментомJ

- характеристика жесткости болтового соединения. на h описывается выраже(JM ЗАЛ ( (1м (

.. . .It

При закрытом клапане 1 (когда Ug, 0) частота вращения шпинделя СО уменьшается до тех пор, пока не достигнет величины СО,-Ды.При этом сигнал на выходе сумматора 6 станет равным

(6)

К,

0.

U W , Ug

Положительный сигнал U,

jg, пройдя )ез ключ 25 и исполните через ключ 25 и исполнительный механизм 26,вызывает частичное открывание регулирующего клапана 1. В результате частота вращения шпинделя гайковерта стабилизируется

СО со,-йилсО,. . (7)

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

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

(8)

1, I ы ч о Л

эти процессы происходят за время перемещения гайки по свободной части хвостовика болта При этом

dM

0 - и dt ° «

м м,.; гпг -ли, i-i и-,

При начале затягивания болтового соединения продолжается стабили, зация частоты вращения (за счет дальнейшего приоткрывания регулирующего клапана 1), крутящий моме нт М увеличивается (М Мц), возdM

растает величина

и уменьшается

dt

В момент

расчетная величина М

1

равенства М) М срабатьгоает схема 18 сравнения, подавая сигнал 1 на триггер 27. При этом на прямом выходе триггера 27 устанавливается сигнал О, закрьшается ключ 25, регулирующий клапан 1, и затягивание болтового соединения продолжается за счет кинетической энергии, накопленной во вращающихся

частях гайковерта, до достижения крутящего момента Мл.

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), учитьшающим кинетическую энергию, накопленную в гайковерте. В известном устройстве величина кинетической энергии не учитьшается, поэтому происходит перезатяжка.

Расширение диапазона получаемых максимальных значений обеспечивает1968128

ся в предлагаемом устройстве за счет того, что к моменту.начала затяжки гайки гайковерт подходит с малой кинетической энергией (частота вращения CJ| ), что обеспечивается за счет управления давлением с учетом информации о размерах свободной части болта. При этом продвижение гайки по большей части свободной длины болта выполняется на максимальной скорости, что повьшает производительность.

В известных устройствах не используется информация о размерах

15 свободной части болта поэтому даже в процессе продвижения гайки по ней происходит коммутация давления клапаном, работаклцим в режиме Включен-выключен. В результате

20 увеличивается время, прохождения по свободной части гайки и к моменту начала затяжки гайки гайковерт подходит не с минимизированной кинетической энергией.