專利名稱：深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種采用拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償方式的全自動定力矩扳手。(二) 背景技術(shù)深水海底管道機(jī)械式連接常采用法蘭自動連接方式。簡單說來，遙控潛水 器ROV (Remotely Operated Vehicle )先控制H架，把海床上需要對接的管道支撐起 來，專用對準(zhǔn)機(jī)具實(shí)現(xiàn)管道軸向位置的對齊之后，操縱法蘭自動連接機(jī)具即螺栓 庫和螺母庫，螺栓庫用來插入螺栓，螺母庫利用本發(fā)明扳手系統(tǒng)擰緊螺母，最終 實(shí)現(xiàn)兩個管道的對接。螺栓和螺母用于給兩個法蘭(固定法蘭和活動法蘭)預(yù)緊， 兩個法蘭中間的金屬墊圈被壓緊從而起到密封的作用。實(shí)現(xiàn)螺栓擰緊的方式多種多樣，常用方法有力矩法、螺母轉(zhuǎn)角法、螺栓預(yù)伸 長法、特殊墊圈法等。這四種控制預(yù)緊力的方法，都是施加力矩?cái)Q緊螺栓聯(lián)接的。 深水海底管道細(xì)而長，受力復(fù)雜，再加上海底海流、高壓等復(fù)雜因素，導(dǎo)致以上 方式會遇到一些難以預(yù)知的控制因素。如果改變擰緊方法，給螺栓施加拉力，使 之伸長，然后輕輕旋緊螺母，待撤去拉力后，由于螺栓收縮就可在聯(lián)接中產(chǎn)生和 拉力相等的預(yù)緊力。美國Allseas Group公司的螺栓插入與張緊工具螺母擰緊形式為螺栓為特 制，其長度比正常的螺栓要長一些，端部做成多圈凹槽形，以便讓一對夾具模塊 夾住該螺栓。通過液壓油的輸入，實(shí)現(xiàn)軸向的拉伸，同時左端的螺母擰緊裝置擰 入螺母。卸載之后，螺母就可以在給定的預(yù)緊力下張緊螺栓了。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩功能，可以實(shí)現(xiàn)深 水海底管道法蘭自動連接的深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括安裝在扳手座5上的拉伸扳手4，扳手 座5上安裝有液壓馬達(dá)6，拉伸扳手4上設(shè)置有與液壓馬達(dá)6上的齒輪相嚙合的 齒輪，拉伸扳手4的后端通過聯(lián)軸器7與液壓缸8相連，液壓缸8后面連接有導(dǎo) 向軸IO，扳手座5上連接有液壓缸9，液壓缸9固定在扳手庫的調(diào)孔器12上。3本發(fā)明還可以包括1、 所述的拉伸扳手4的組成包括扳手套筒13、拉軸14、墊圈15、推力軸 承16、彈簧17、螺栓18、左擋圈19、螺栓20、轉(zhuǎn)軸21、圓螺母22、齒輪23、 齒輪24、端蓋25、彈簧26、右擋圈27、固定釘28、定力座29、彈簧30、擋圈 31、鋼球32、卡環(huán)33，扳手套筒13與端蓋25通過螺栓20連接到一起，端蓋內(nèi) 與轉(zhuǎn)軸21之間有花鍵，左擋圈19和右擋圈27位于端蓋的兩端，彈簧26位于端 蓋與右擋圈之間，墊圈15、推力軸承16、彈簧17位于拉軸14與左擋圈19之間。2、 所述的拉伸扳手4上與液壓馬達(dá)6上的齒輪相嚙合的齒輪為安裝在轉(zhuǎn)軸 21上的兩個齒輪23、 24，轉(zhuǎn)軸21上固定有定力座29、 45，齒輪23、 24安裝在 定力座上，并且定力座與齒輪之間設(shè)置有彈簧。本發(fā)明目提供了一種全自動液壓扳手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。它具有拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償 定力矩功能，可以實(shí)現(xiàn)深水海底管道法蘭自動連接。本發(fā)明的裝置固定在螺母庫機(jī)具上，扳手倉周向16個結(jié)構(gòu)相同、各自獨(dú)立的 扳手協(xié)調(diào)作用，可以同時完成法蘭周向16個螺栓的螺母擰緊，實(shí)現(xiàn)管道的連接。 該扳手主要由扳手補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、拉軸補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和定力矩機(jī)構(gòu)組成。拉伸預(yù)緊功能由 小行程大拉力的增力液壓缸伸縮實(shí)現(xiàn)，位置補(bǔ)償功能由扳手補(bǔ)償裝置和拉軸補(bǔ)償 裝置實(shí)現(xiàn)，定力矩功能由定力矩裝置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的擰緊方式采用拉伸預(yù)緊。螺紋聯(lián)接的原理是通過螺母旋轉(zhuǎn)，壓縮被 連接件，拉伸螺栓變形，產(chǎn)生預(yù)緊力?，F(xiàn)在反過來，首先用液壓缸來拉伸螺栓(液 壓缸的拉力》螺栓的預(yù)緊力)，使螺栓產(chǎn)生一個變形，然后擰入螺栓，貼緊被連 接件表面，最后松開液壓缸，液壓缸所施加的預(yù)緊力就轉(zhuǎn)移到螺母螺紋副上，螺 栓就被擰緊了。本發(fā)明的扳手具有位置補(bǔ)償功能。拉軸補(bǔ)償裝置可以對拉軸施加初始軸向推 力；可以補(bǔ)償初始拉軸被螺栓壓入的距離；可以補(bǔ)償末端由于拉伸作用產(chǎn)生的螺 母和法蘭面的距離。扳手補(bǔ)償裝置可當(dāng)?shù)谝粋€螺母第一次貼近法蘭面時，補(bǔ)償?shù)?每個螺母都處在同一平面上。本發(fā)明的扳手具有定力矩功能。定力矩裝置用來設(shè)定擰緊力矩，當(dāng)液壓馬達(dá) 驅(qū)動扳手進(jìn)給到法蘭端面的時候，這時候定力矩裝置可以限制一定的擰緊力矩。 該定力矩過程采用機(jī)械結(jié)構(gòu)完成，減少了液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性。本發(fā)明設(shè)計(jì)的此全新拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償扳手突破以往常規(guī)擰緊方式，它以一 種逆向拉伸預(yù)緊及位置補(bǔ)償方法完成了深水海底管道法蘭的連接。該系統(tǒng)主要的 設(shè)備為全自動深水海底管道法蘭拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手，和普通扳手相 比，它具有全自動、拉伸預(yù)緊、陣列補(bǔ)償和定力矩的特點(diǎn)，應(yīng)用于深水海底3000 米的管道法蘭對接。(四)


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是拉伸扳手的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是拉伸運(yùn)動部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是拉伸扳手得主要裝置圖；圖6是補(bǔ)償機(jī)構(gòu)示意圖；圖7是拉軸補(bǔ)償機(jī)構(gòu)示意圖；圖8是定力矩機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1，深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手的主要組成包括固定法蘭l、螺栓2、螺母3、拉伸扳手4、扳手座5、液壓馬達(dá)6、聯(lián)軸器7、 液壓缸8、液壓缸9、導(dǎo)向軸10、管道ll、調(diào)孔器12。該扳手系統(tǒng)安裝在螺母 庫一側(cè)，裝置的上層機(jī)構(gòu)為螺母庫的調(diào)孔器。調(diào)孔器的作用是將螺母庫定位到管 道上之后，調(diào)整扳手中心軸與螺栓軸對齊。圖1中，固定法蘭l，焊接在管道ll 上，與另一側(cè)活動法蘭(旋轉(zhuǎn)環(huán)法蘭)對應(yīng)，當(dāng)固定法蘭和活動法蘭螺栓孔對齊 之后，通過螺栓庫插入16個M90的螺栓，螺栓2為單個已插入螺栓，螺母3為 待擰緊螺母，螺母3直接安裝在拉伸扳手中。拉伸扳手的重要受力部分為拉軸4， 它就是用來張緊螺栓的直接受力部件。16個扳手就是安裝在螺母庫中的扳手座5 上。6是一個液壓馬達(dá)，用來連接液壓缸和拉軸的裝置， 一邊實(shí)現(xiàn)拉伸， 一邊實(shí) 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。液壓缸8，該液壓缸由于行程忽略不計(jì)，主要施加拉力，所以做成增力 缸，即多個液壓缸的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)在有限的空間內(nèi)提供很大的拉力。9也是一個液 壓缸，該液壓缸比液壓缸8的筒徑尺寸小很多，因?yàn)槠渲饕菍?shí)現(xiàn)螺母的進(jìn)給過程，所需要的拉力很小。10為導(dǎo)向軸，導(dǎo)向軸安裝在調(diào)孔器上，扳手座可以沿 著導(dǎo)向軸，在液壓缸9的作用下實(shí)現(xiàn)進(jìn)給和后退，實(shí)現(xiàn)螺栓的拉伸和螺母的擰入。該扳手有三個驅(qū)動裝置，分別實(shí)現(xiàn)三個不同的功能。 (l)驅(qū)動軸向進(jìn)給和后退扳手裝置進(jìn)給和退出以液壓缸9驅(qū)動扳手座5來實(shí)現(xiàn)，它只要克服進(jìn)給過程 中的摩擦等阻力并且保證進(jìn)給速度和螺母進(jìn)給速度相等即可。(2) 驅(qū)動螺栓拉伸張緊液壓缸8設(shè)計(jì)成增力缸形式(小行程，大拉力)。由于該增力缸只為拉伸螺 栓變形，行程小，所需流量極少，其液壓油的來源，可以不通過ROV，而直接 通過蓄能器就可以滿足要求，這樣大大簡化了ROV的操作。(3) 驅(qū)動扳手旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)6驅(qū)動扳手?jǐn)Q入螺母，其轉(zhuǎn)矩只要克服摩擦阻力把扳手進(jìn)給到法蘭 端面即可，同時考慮到安裝空間就完全滿足需要。結(jié)合圖2，其為本發(fā)明的扳手組成圖，是拉伸預(yù)緊及位置補(bǔ)償扳手系統(tǒng)中最 重要的部分，安裝在螺母庫的扳手座中，是直接參與螺母擰緊的工具。它主要包 括扳手套筒13、拉軸14、墊圈15、推力軸承16、彈簧17、螺栓18、左擋圈 19、螺栓20、轉(zhuǎn)軸21、圓螺母22、齒輪23、齒輪24、端蓋25、彈簧26、右擋 圈27、固定釘28、定力座29、彈簧30、擋圈31、鋼球32、卡環(huán)33。扳手套筒 13與端蓋25通過螺栓20連接到一起，端蓋內(nèi)有花鍵，可以在轉(zhuǎn)軸21上滑動以 實(shí)現(xiàn)緩沖和補(bǔ)償，19和27擋圈用來限制端蓋的補(bǔ)償距離，彈簧26用以緩沖， 并給螺母一個初始的推力，轉(zhuǎn)軸21通過軸承和圓螺母22安裝到扳手座中，轉(zhuǎn)軸 的另一端安裝一個定力座29和齒輪構(gòu)成一個離合器，用以限定螺母擰緊力矩。 齒輪23和液壓馬達(dá)齒輪嚙合。拉軸14前端內(nèi)部開有螺紋，和螺母的螺紋一樣， 可以擰入螺栓來拉伸螺栓，其上安裝有推力軸承16與彈簧17，彈簧17和彈簧 26的功能一樣，都是給拉軸一個初始推力來擰入螺栓，并在后退時實(shí)現(xiàn)緩沖。以下介紹該拉伸預(yù)緊扳手的主要零部件，拉伸扳手由扳手座5、扳手套筒13、 拉軸14、軸承16、轉(zhuǎn)軸21、齒輪23、 24等組成。①扳手套筒13。扳手套筒是擰入螺母的零件，但不是最終提供預(yù)緊力的零件。 為了能夠安裝螺母使其不至于脫離，對其端部進(jìn)行磁化，扳手套筒13右端通過8個M5的螺栓與端蓋相連。其內(nèi)部有一肋(直徑95mm)，隔開螺母和拉軸。材 料為9Crl8Mo，總長355mm，直徑180腿。② 拉軸14。拉軸是拉伸扳手的重載零件，螺栓的預(yù)緊力通過拉軸直接施加。 前端內(nèi)部開有螺紋，用來擰入螺栓，由于后端的直徑小于螺栓，并開有非標(biāo)準(zhǔn)鍵， 所以選擇了拉伸強(qiáng)度較大的材料。后端部分加工有螺紋，用來連接聯(lián)軸器，這樣 拉伸液壓缸就可以對拉軸進(jìn)行拉伸。材料為1Crl7Ni2,總長480mm，最大直徑 145mm。③ 軸承16。推力軸承安裝在拉軸上，主要用來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與軸向運(yùn)動的分 離；角接觸軸承用來安裝扳手到扳手座上。 彈簧17、 26、 30。彈簧在擰緊扳手中非常重要，沒有它就不可能完成螺母 的擰入。由于法蘭連接工具作業(yè)環(huán)境為水下，所以材料都必須進(jìn)行防腐處理，如 對其進(jìn)行噴鋁涂層陰極保護(hù)等措施，但是由于作業(yè)次數(shù)很少，工期短，所以非工 作期間做好保養(yǎng)即可。⑤ 擋圈19。擋圈在扳手中用的比較多，起限位的作用。⑥ 轉(zhuǎn)軸21。轉(zhuǎn)軸是扳手最復(fù)雜的軸，它主要把液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給扳 手套筒13。端蓋在轉(zhuǎn)軸前端花鍵上軸向滑動，后端以圓螺母把扳手套筒安裝到 扳手座中。該轉(zhuǎn)軸只要完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，它的工作載荷很小。內(nèi)圈要求加工精度比 較高，因?yàn)槔S和轉(zhuǎn)軸要有相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。材料為9Crl8Mo，總長150mm，最 大直徑100mm。⑦ 齒輪23、 24。該齒輪和普通齒輪不一樣，作為離合器的一部分，通過定力 器中的鋼球把它固定到定力器上(合)，當(dāng)脫離定力器的時候通過定力器的外徑 與之配合旋轉(zhuǎn)(離)。其內(nèi)側(cè)開有半球形孔。該齒輪不要求傳動精度，不要求傳 動平穩(wěn)，厚度做得很小，只要求傳遞轉(zhuǎn)動。⑧ 端蓋25。端蓋安裝在扳手套筒的后端，真正的作用卻不是用于抵擋外界介 質(zhì)侵入。內(nèi)部加工有矩形花鍵槽，用以在轉(zhuǎn)軸花鍵上軸向滑動以實(shí)現(xiàn)螺母位置補(bǔ) 償。材料為9Crl8Mo，最大直徑為160mm，總長30mm，軸向補(bǔ)償距離10mm(10mm的補(bǔ)償距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總體誤差，但仍然正比于管道初始距離)。(D定力座29。定力器直徑110mm，厚15mm。在扳手中有兩個，功能一樣， 安裝到轉(zhuǎn)軸和拉軸的方式不一樣，安裝到轉(zhuǎn)軸上是通過軸向螺栓連接，安裝到拉軸上是通過普通平鍵。該定力器徑向上開有8個孔以安裝彈簧和鋼球。 本扳手系統(tǒng)主要由兩個運(yùn)動鏈組成拉伸運(yùn)動鏈和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈。 結(jié)合圖3，其為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈圖，功能是擰入螺母，而不一定要擰緊 螺母。理論上只要扳手把螺母擰入進(jìn)給到固定法蘭端面即可(此臨界位置為螺母 剛好貼到法蘭端面，而螺母并沒有使螺栓產(chǎn)生變形)，但實(shí)際中我們不僅需要把 螺母進(jìn)給到法蘭端面，而且要把螺母從臨界位置再次進(jìn)給一個很小的距離，這就 需要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈不但要克服摩擦等阻力的力矩而且要克服這一部分距離需要的力矩。最終擰緊螺母的力矩7;-7;-7v，其中乙為定力矩裝置預(yù)設(shè)的力矩，rm/ 為摩擦阻力損失的力矩。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈?zhǔn)┘拥牧?;折算到螺栓上，就給螺栓一個很小的預(yù)緊力K， i^與螺栓最終的預(yù)緊力相比可以忽略不計(jì)，但7;在量上可以忽略，而在質(zhì)上尤為重要，如果不能貼緊到法蘭端面，該螺栓螺母最終就會產(chǎn)生 一個小于預(yù)設(shè)的預(yù)緊力，甚至連預(yù)緊力都產(chǎn)生不了。其主要包括扳手套筒i3、左擋圈19、轉(zhuǎn)軸21、圓螺母22、齒輪23、端蓋25、彈簧26、右擋圈27、定力 座29、擋圈31。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈的動力來源為液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)的功能為擰入螺母。工作過程為液 壓馬達(dá)驅(qū)動齒輪機(jī)構(gòu)，帶動齒輪23轉(zhuǎn)動，定力矩裝置由于安裝在轉(zhuǎn)軸上，所以 帶動轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸的一端通過花鍵帶動端蓋25轉(zhuǎn)動，與端蓋相連的扳手套 筒13承載著螺母進(jìn)行擰入螺母運(yùn)動，這一條運(yùn)動鏈就是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈，流程為 23—29—21—25—13。結(jié)合圖4，其為本發(fā)明拉伸運(yùn)動鏈圖，功能是拉伸預(yù)緊螺栓，與普通扳手相 比，是把大力矩轉(zhuǎn)化為大拉力，以液壓缸為主，液壓馬達(dá)為輔的形式實(shí)現(xiàn)擰緊螺 母。該拉伸運(yùn)動鏈中，拉伸螺栓達(dá)到預(yù)設(shè)的預(yù)緊力幾乎就等于液壓缸所提供的拉力，因?yàn)橛尚D(zhuǎn)運(yùn)動鏈產(chǎn)生的螺栓預(yù)緊力f;相對于由拉伸運(yùn)動鏈產(chǎn)生的預(yù)緊力i^小很多，而最終的螺栓的預(yù)緊力可以近似為^。其主要包括拉軸14、墊圈15、推力軸承16、彈簧17、齒輪24、定力座29、擋圈31、卡環(huán)33、普通平鍵 34、聯(lián)軸器35、液壓缸36。液壓缸31拉伸拉軸之后，扳手要相對拉軸有一個軸 向移動，這時，扳手相對于拉軸的轉(zhuǎn)動通過推力軸承16隔開了，扳手相對于拉 軸的軸向移動，通過彈簧17補(bǔ)償了 。該拉軸補(bǔ)償運(yùn)動鏈為36—35—14~15—16—17。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動鏈與拉伸運(yùn)動鏈共同作用下，扳手系統(tǒng)的工作過程如下-(1) 驅(qū)動液壓馬達(dá)，使馬達(dá)驅(qū)動齒輪副嚙合旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動進(jìn)給液壓缸9，使 扳手座軸向進(jìn)給。(2) 主動齒輪帶動扳手齒輪23和拉軸齒輪24 —起旋轉(zhuǎn)(主動齒輪較從動齒輪 厚， 一個主動齒輪帶動兩個薄齒輪)。(3) 扳手套筒13承載螺母擰入螺栓，拉軸14前端的螺紋和螺栓構(gòu)成運(yùn)動副， 也擰入螺栓。(4) 當(dāng)螺母3沿著螺栓進(jìn)給到法蘭外壁時繼續(xù)進(jìn)給，液壓馬達(dá)6的輸出力矩越 來越大。(5) 從動齒輪23和24與扳手套筒13和拉軸14的連接是通過定力距裝置來調(diào) 整力矩的，當(dāng)螺母繼續(xù)進(jìn)給到所需力矩極限時，從動齒輪23和24就脫離開了扳 手套筒13和拉軸14。(6) 主動齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，螺母2和拉軸13不再軸向進(jìn)給。(7) 液壓缸驅(qū)動拉軸13，產(chǎn)生軸向的拉力，使螺栓2產(chǎn)生一個軸向的拉伸變形。(8) 扳手齒輪23又能帶動扳手套筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，拉軸齒輪24由于軸向拉伸螺栓， 已經(jīng)緊固了，所以拉軸齒輪還是處于脫離狀態(tài)。(9) 扳手帶動螺母又一次進(jìn)給到法蘭端面，隨著力矩的增大，扳手齒輪脫離， 至此兩個齒輪23和24都達(dá)到一定的力矩。(10) 液壓缸卸荷，螺栓2與螺母3牢固鎖緊，產(chǎn)生設(shè)定的預(yù)緊力。(11) 液壓馬達(dá)6反轉(zhuǎn)，扳手齒輪繼續(xù)脫離，拉軸齒輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動，帶動拉軸14 從螺栓2中后退。(12) 扳手套筒在扳手座的后退下平行后退。(13) 當(dāng)扳手脫離螺母時，扳手齒輪23又一次恢復(fù)轉(zhuǎn)動，和拉軸一起旋轉(zhuǎn)并后退。(14) 直到扳手的端部完全退出了螺栓為止，停車。結(jié)合圖5，其為本發(fā)明的扳手主要裝置圖，主要有扳手補(bǔ)償裝置，拉軸補(bǔ)償 裝置和定力矩裝置等三個關(guān)鍵裝置。扳手補(bǔ)償裝置用以補(bǔ)償初始螺栓和螺母的間9距以及末端扳手和法蘭面的間距，以便螺母能夠擰入螺栓并擰緊螺栓；拉軸補(bǔ)償 裝置用以補(bǔ)償拉軸的擰入螺栓和后退時的緩沖；定力矩裝置用以設(shè)定預(yù)緊力矩， 使螺母擰入螺栓力矩一致。其主要包括扳手補(bǔ)償裝置37、拉軸補(bǔ)償裝置38、定 力矩裝置39。結(jié)合圖6，其為本發(fā)明的扳手補(bǔ)償裝置圖。每半個扳手座安裝有8個扳手， 當(dāng)螺栓插入螺母的時候(在初始位置時)，由于誤差存在等等，理論上有且僅有 1個螺栓能夠插入螺母，其他的螺栓和螺母都有一個間距。正是由于間距的存在， 無論怎樣轉(zhuǎn)動螺母，螺母和螺栓都不可能配合，也就不可能產(chǎn)生擰緊運(yùn)動。如果 一對螺栓與螺母剛好貼合，此時轉(zhuǎn)動螺母，由于沒有軸向的初始推力，也很難擰 入螺母；只有螺母受到一個初始軸向推力，插入螺栓一部分，此時轉(zhuǎn)動螺母，螺 母才會擰入螺栓。引起只有一對螺栓螺母配合的一個原因就是誤差的存在不可避 免，于是這里用一個裝置來補(bǔ)償，這就是扳手補(bǔ)償裝置。其具體包括推力軸承 16、彈簧17、彈簧墊圈40、螺栓18、擋圈19、扳手13、端蓋25、螺栓20、彈 簧墊圈41、彈簧26、擋圈27、轉(zhuǎn)軸21、拉軸14。該補(bǔ)償裝置主要由左擋圈19、 端蓋25、彈簧26、右擋圈27和轉(zhuǎn)軸21組成。轉(zhuǎn)軸前端花鍵使端蓋在其上軸向 滑動來補(bǔ)償偏差，兩個擋圈限制扳手端蓋的軸向行程，這個行程必須大于補(bǔ)償偏 差，圖中AI為最大補(bǔ)償偏差，彈簧是偏差補(bǔ)償?shù)闹苯訄?zhí)行零件，它不僅能夠推 動端蓋軸向位移，還能夠?qū)β菽甘┘右欢ǖ妮S向初始推力。補(bǔ)償過程如下-① 當(dāng)扳手座中一組扳手軸向進(jìn)給到使螺母貼近螺栓時，擰緊運(yùn)動開始了。② 隨著扳手座的進(jìn)給，當(dāng)?shù)谝粋€螺母來不及擰入螺栓，該扳手補(bǔ)償系統(tǒng)開始 工作，彈簧被壓入一小段距離。③ 隨著扳手座的進(jìn)給，其他螺母也以同樣的方式擰入螺栓，待所有螺母都擰 入后，螺母陣列的偏差從原來的螺母初始位置的最大偏差^增大到A與^M的疊加，^M為螺母初始擰入螺栓軸向偏差。④ 扳手座進(jìn)給到使最前端的螺母貼緊法蘭面時，進(jìn)給液壓缸停止進(jìn)給，但由 于滯后和慣性緩沖的存在，扳手座還得進(jìn)給一小段距離，那么就得壓縮該裝置的 彈簧一段距離，這個距離很可觀，該滯后對該補(bǔ)償裝置是十分有利的，就因?yàn)橛?了這個壓縮，才能夠補(bǔ)償更大的偏差。10⑤扳手座停止運(yùn)行之后，其他的螺母也相繼進(jìn)給到法蘭端面，從而使得一組 所有陣列扳手補(bǔ)償?shù)酵黄矫嫔稀?D當(dāng)拉伸螺栓變形后，在軸向上產(chǎn)生了一小段距離《，螺母二次進(jìn)給，這時的進(jìn)給也是通過該補(bǔ)償裝置軸向進(jìn)給，從而又補(bǔ)償了該段距離《。⑦張緊液壓缸卸荷后，該扳手補(bǔ)償裝置工作就完成了。 該扳手補(bǔ)償裝置偏差補(bǔ)償，主要有以下幾個功能① 給螺母一個初始軸向推力；② 補(bǔ)償螺栓與螺母初始位置的最大偏差^， ^由螺栓尺寸長度偏差^、螺 栓插入深度偏差A(yù)、扳手安裝軸向偏差A(yù)、螺母厚度尺寸偏差&、螺母安裝軸 向偏差&、螺母初始擰入螺栓軸向偏差e^疊加組成；③ 補(bǔ)償由同步進(jìn)給產(chǎn)生的軸向偏差& ;④ 補(bǔ)償拉伸后螺母和法蘭面的距離《，《由密封墊圈軸向壓縮變形&、管 道軸向初始間距^、活動法蘭環(huán)軸向偏差&、螺栓拉伸變形^、法蘭變形^疊 加組成。當(dāng)?shù)谝粋€螺母第一次貼近法蘭面時，補(bǔ)償?shù)矫總€螺母都處在同一平面上，而 此時補(bǔ)償?shù)木嚯x是&和&的疊加。當(dāng)拉軸拉伸螺栓變形之后，每個螺母又再次進(jìn)給一個距離《，此時的《就是扳手補(bǔ)償?shù)淖畲缶嚯x，該最大距離來源于管道軸向初始間距，也就是上層工具(接 應(yīng)工具和軸向?qū)?zhǔn)工具)把管道拖拽到的距離。結(jié)合圖7，其為本發(fā)明的拉軸補(bǔ)償裝置圖。當(dāng)所有螺母完全擰入螺栓之后， 拉軸開始擰入螺栓，此時拉軸補(bǔ)償裝置開始工作。只有通過彈簧施加初始的推力， 拉軸才能夠很好的擰入螺栓。當(dāng)拉軸要與轉(zhuǎn)軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，該補(bǔ)償裝置又能 夠促使拉軸一邊轉(zhuǎn)動，還能夠軸向移動。當(dāng)扳手后退的時候，由于進(jìn)給液壓缸的 速度不能階越突變，所以它就可以作為后退的緩沖。其主要包括扳手套筒13、拉軸14、墊圈15、推力軸承16、彈簧17、固定釘18、彈簧墊圈40、左擋圈19、 轉(zhuǎn)軸21、端蓋25、固定釘20、彈簧墊圈41、彈簧26。該拉軸補(bǔ)償裝置主要由拉軸14，墊圈15，推力軸承16，彈簧17組成。圖中可以看出，當(dāng)螺栓進(jìn)給到 拉軸的時候，拉軸2由于彈簧5的作用提供了初始預(yù)緊力，拉軸同樣可以通過推 力軸承4的作用完成旋轉(zhuǎn)與平移的分離，這樣拉伸既可以平行移動補(bǔ)償，也可以 相對于轉(zhuǎn)軸軸向旋轉(zhuǎn)。 補(bǔ)償過程如下① 拉軸隨著整個扳手進(jìn)給到貼近螺栓。② 拉軸不可能立即擰入螺栓，被壓入一小段距離A。③ 拉軸擰入螺栓。④ 當(dāng)螺母第一次到達(dá)法蘭端面不再進(jìn)給時，拉伸液壓缸拉伸拉軸。⑤ 螺母繼續(xù)進(jìn)給，而拉軸不再進(jìn)給，所以彈簧被壓入一個距離《。⑥ 液壓缸卸荷彈簧又恢復(fù)了上一步補(bǔ)償?shù)摹?。該拉軸補(bǔ)償裝置偏差補(bǔ)償，主要有以下幾個功能① 對拉軸施加初始軸向推力；② 補(bǔ)償了初始拉軸被螺栓壓入的距離4 ;③ 補(bǔ)償了末端由于拉伸作用產(chǎn)生的螺母和法蘭面的距離《；④ 扳手座后退緩沖。結(jié)合圖8所示，其為本發(fā)明的定力矩裝置圖。定力矩裝置用來設(shè)定擰緊力矩， 當(dāng)液壓馬達(dá)驅(qū)動扳手進(jìn)給到法蘭端面的時候，不可能再無限制的進(jìn)給下去，這時 候定力矩裝置可以限制一定的力矩。該定力矩過程采用機(jī)械結(jié)構(gòu)完成，減少了液 壓系統(tǒng)的復(fù)雜性。其主要包括拉軸14、轉(zhuǎn)軸21、圓螺母22、固定釘28、定力 座29、彈簧30、彈簧墊圈42、擋圈31、螺栓43、齒輪24、鋼球32、平鍵44、 定力座45、卡環(huán)33。該定力矩裝置主要由定力座29、彈簧30、擋圈31、齒輪 24、鋼球32和定力座45組成。彈簧6安裝在定力器的徑向孔中，頂端壓著一個 鋼球11，當(dāng)轉(zhuǎn)矩小于預(yù)定的力矩時，鋼球壓入齒輪對應(yīng)的半球形槽中，齒輪和 定力器一起運(yùn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)矩大于預(yù)定的力矩時，鋼球就被壓入定力器的徑向孔中， 這時候齒輪就脫離定力器了。定力矩過程如下①液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)把拉軸和螺母擰入螺栓的時候，由于阻力矩較小，兩個定力矩裝置都處于"合"狀態(tài)。② 當(dāng)螺母第一次到達(dá)法蘭端面的時候，隨著擰入深度的增加，擰緊力矩增大， 當(dāng)達(dá)到預(yù)定的力矩時，兩個定力矩裝置的鋼球都被壓入彈簧，齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而 轉(zhuǎn)軸和拉軸都停止轉(zhuǎn)動。此時兩個定力矩裝置都處于"離"狀態(tài)。③ 當(dāng)螺栓被拉伸時，左側(cè)安裝在轉(zhuǎn)軸上的鋼球又被彈簧壓入齒輪內(nèi)部的半球 槽中，處于"合"狀態(tài)，而右側(cè)安裝在轉(zhuǎn)軸上的定力矩裝置由于一端被液壓缸張 緊，仍然處于"離"狀態(tài)。④ 當(dāng)螺母第二次到達(dá)法蘭端面之后，兩個定力矩裝置都處于"離"狀態(tài)。⑤ 拉伸液壓缸卸荷后，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，螺母最終張緊了法蘭，而左側(cè)的定力 矩裝置所提供的轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于能夠擰松螺母的轉(zhuǎn)矩，所以，左側(cè)定力矩裝置仍舊 處于"離"狀態(tài)。右側(cè)定力矩裝置由于液壓缸的卸荷，所以齒輪和定力器一起反轉(zhuǎn)， 處于"合"狀態(tài)。⑥ 扳手座退到使扳手脫離螺母時，兩個定力矩裝置都處于"合"狀態(tài)。 螺母庫的扳手倉內(nèi)安裝拉伸扳手裝置4，每一半的扳手座3安裝有八個扳手裝置，扳手裝置和液壓缸座內(nèi)的液壓缸通過聯(lián)軸器連接，形成一個拉伸擰緊扳手 系統(tǒng)。扳手倉通過外接進(jìn)給液壓缸沿軸向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)整個扳手座的軸向進(jìn)給，從 而實(shí)現(xiàn)法蘭螺栓螺母的自動連接。
權(quán)利要求
1、一種深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手，其特征是它包括安裝在扳手座[5]上的拉伸扳手[4]，扳手座[5]上安裝有液壓馬達(dá)[6]，拉伸扳手[4]上設(shè)置有與液壓馬達(dá)[6]上的齒輪相嚙合的齒輪，拉伸扳手[4]的后端通過聯(lián)軸器[7]與液壓缸[8]相連，液壓缸[8]后面連接有導(dǎo)向軸[10]，扳手座[5]上連接有液壓缸[9]，液壓缸[9]固定在扳手庫的調(diào)孔器[12]上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手， 其特征是所述的拉伸扳手[4]的組成包括扳手套筒[13]、拉軸[14]、墊圈[15]、 推力軸承[16]、彈簧[17]、螺栓[18]、左擋圈[19]、螺栓[20]、轉(zhuǎn)軸[21]、圓螺母 [22〗、齒輪[23]、齒輪[24]、端蓋[25]、彈簧[26]、右擋圈[27]、固定釘[28]、定 力座[29]、彈簧[30]、擋圈[31]、鋼球[32]、卡環(huán)[33]，扳手套筒[13]與端蓋[25] 通過螺栓[20]連接到一起，端蓋內(nèi)與轉(zhuǎn)軸[21]之間有花鍵，左擋圈[19]和右擋圈 [27]位于端蓋的兩端，彈簧[26]位于端蓋與右擋圈之間，墊圈[15]、推力軸承[16]、 彈簧[17]位于拉軸[14]與左擋圈[19]之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手， 其特征是所述的拉伸扳手[4]上與液壓馬達(dá)[6]上的齒輪相嚙合的齒輪為安裝在 轉(zhuǎn)軸[21]上的兩個齒輪[23、 24]，轉(zhuǎn)軸[21]上固定有定力座[29、 45]，齒輪[23、 24]安裝在定力座上，并且定力座與齒輪之間設(shè)置有彈簧。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種深水全自動液壓拉伸預(yù)緊位置補(bǔ)償定力矩扳手。它包括安裝在扳手座[5]上的拉伸扳手[4]，扳手座[5]上安裝有液壓馬達(dá)[6]，拉伸扳手[4]上設(shè)置有與液壓馬達(dá)[6]上的齒輪相嚙合的齒輪，拉伸扳手[4]的后端通過聯(lián)軸器[7]與液壓缸[8]相連，液壓缸[8]后面連接有導(dǎo)向軸[10]，扳手座[5]上連接有液壓缸[9]，液壓缸[9]固定在扳手庫的調(diào)孔器[12]上。本發(fā)明的裝置固定在螺母庫機(jī)具上，扳手倉周向16個結(jié)構(gòu)相同、各自獨(dú)立的扳手協(xié)調(diào)作用，可以同時完成法蘭周向16個螺栓的螺母擰緊，實(shí)現(xiàn)管道的連接。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)深水海底管道法蘭的全自動連接，在深水海底管道機(jī)械式法蘭連接上具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B23P19/06GK101259586SQ20081006429
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者軍 劉, 劉明珠, 吳旭維, 嵐 張, 偉 李, 林秋紅, 王才東, 王文明, 王立權(quán) 申請人:哈爾濱工程大學(xué)