CN116000615A - 一种螺栓自动紧固系统及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓自动紧固系统及计算方法，包括辅助工装和拧紧机构；所述辅助工装包括安装支架、旋转支臂和伺服电机，所述安装支架与工件可拆卸地连接，所述伺服电机设置在安装支架上，且能够驱动旋转支臂在安装支架上转动；所述旋转支臂的两端均设有拧紧机构，所述拧紧机构包括拧紧轴和升降气缸，所述升降气缸设置在旋转支臂的端部，并与拧紧轴相连接，所述拧紧轴的端部设有拧紧套筒。使用上述一种螺栓自动紧固系统及计算方法，通过将辅助工装将装置固定在工件上，能够快速完成拧紧机构与螺栓的定位，并且精度较高。若装置与工件有误差，可通过紧固基准螺栓计算辅助工装的实际中心坐标，不需要花费较多时间校准装置，大幅提升了工作效率。

Description

一种螺栓自动紧固系统及计算方法

技术领域

本发明涉及风电机组安装技术领域，具体涉及一种螺栓自动紧固系统及计算方法。

背景技术

机组大型化是风电市场的发展趋势，目前业内最大风机单机容量已超过20MW，随着风机大型化，机组零部件的尺寸重量增大且零部件的数量增多。偏航轴承和变桨轴承作为风电机组车间装配使用螺栓最多的部件，单个部件有着近百颗螺栓，若工作人员采用传统方式工作逐一拧紧螺栓，不仅螺栓紧固工作效率低且劳动强度大，还具有着极大的安全隐患。

目前，虽然有专门用于自动紧固螺栓的装置，但这类紧固装置都是与工件相分离的，需要让紧固装置对准工件的螺栓以进行紧固，每次都需要对中调整精度，工作效率较低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种螺栓自动紧固系统，能够固定在工件上并紧固螺栓。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种螺栓自动紧固系统，包括辅助工装和拧紧机构；

所述辅助工装包括安装支架、旋转支臂和伺服电机，所述安装支架与工件可拆卸地连接，所述伺服电机设置在安装支架上，且能够驱动旋转支臂在安装支架上转动；

所述旋转支臂的两端均设有拧紧机构，所述拧紧机构包括拧紧轴和升降气缸，所述升降气缸设置在旋转支臂的端部，并与拧紧轴相连接，所述拧紧轴的端部设有拧紧套筒。

将通过安装支架将辅助工装固定安装在工件上，通过私服电机驱动旋转臂在安装支架上转动，即可带动拧紧机构转动，使拧紧机构依次对准工件上的各个螺栓点，通过升降气缸带动拧紧轴和拧紧套筒移动，即可拧紧螺栓，完成螺栓的紧固。

上述一种螺栓自动紧固系统的有益效果是：通过将辅助工装固定在工件上，能够快速完成拧紧机构与螺栓的定位，并且精度较高，提升了工作效率。

进一步地，所述安装支架为三角安装支架，绕周向、间隔均匀地设有三个基准臂，所述基准臂通过螺栓可拆卸地连接有快换臂，所述快换臂通过螺栓与工件可拆卸地连接。

将三角支架的三个基准臂通过快换臂与工件连接，能够形成三角状的稳定结构，确保装置稳固地安装在工件上，根据不同型号的工件，可以更换不同长度的快换臂，具有较高的适用性。

进一步地，所述旋转支臂上设有丝杠、伸缩臂和偏移气缸，所述旋转支臂的两端均转动连接有丝杠，所述丝杠能够驱动伸缩臂轴向移动，所述偏移气缸设置在伸缩臂上，并与拧紧机构相连接。

辅助工装与工件固定后，如中心与工件的圆心有偏差，可通过丝杠带动伸缩臂移动和偏移气缸带动拧紧机构移动，来调节拧紧机构的位置，对误差进行补偿，从而不需要花费较长的时间来对中调整精度，大幅提升了工作效率。

一种螺栓自动紧固系统的计算方法，采用上述一种螺栓自动紧固系统，包括以下计算步骤：

S1，拧紧4颗十字对称分布的基准螺栓；

S2，计算辅助工装的中心坐标；

S3，根据辅助工装的中心坐标位置计算拧紧机构与待拧螺栓的伸缩距离和偏移角度；

S4，根据拧紧机构与待拧螺栓的距离和偏移距离，丝杠和偏移气缸对拧紧机构进行伸缩距离和偏移角度的调节。

进一步地，辅助工装固定在工件上后，启动装置使拧紧机构到达预设基准螺栓，其中一个拧紧机构指向螺栓圆心，并手动调节伸缩臂使其对准螺栓圆心，再手动调节伸缩臂和偏移气缸，使另一端拧紧机构对准螺栓圆心。

进一步地，步骤S2具体为：以工件的圆心为原点(X₀，Y₀)建立直角坐标系，以步骤S1中的第一个基准螺栓圆心在X轴上，设辅助工装的中心坐标为(X₁，Y₁)，第二个基准螺栓坐标为(X₂，Y₂)；

设辅助工装中心与第一个基准螺栓的距离为L₁，拧紧机构与第二基准螺栓对准后辅助工装中心与伸缩臂端部的距离为L₂，工件圆心与螺栓圆心的距离为L₀，拧紧机构对准第二个基准螺栓时相对于X轴的垂直偏移距离为L₃，则辅助工装的中心坐标为：

X₁＝L₁*cos[arctan{L₃/(L₁+L₂)}]-L₀；

Y₁＝L₁*sin[arctan{L₃/(L₁+L₂)}]。

进一步地，步骤S3具体为：通过预设的待拧螺栓的圆心坐标和辅助工装的中心坐标，可算出待拧螺栓圆心与辅助工装中心的伸缩距离，以及待拧螺栓圆心相对于辅助工装中心的偏移角度。

进一步地，步骤S4具体为：根据待拧螺栓圆心与辅助工装中心的距离，丝杠带动伸缩臂伸长或缩短以补偿伸缩距离，根据待拧螺栓的圆心相对于辅助工装中心的偏移距离，偏移气缸带动拧紧机构移动以补偿偏移角度。

上述一种螺栓自动紧固系统的计算方法的有益效果是：若辅助工装与工件的圆心不重合，通过记录手动调节丝杠和偏移气缸的移动距离，即可算出辅助工装的实际位置，在自动紧固螺栓的过程中，即可通过丝杠和偏移气缸来调节拧紧机构的位置，以补偿伸缩距离和偏移角度，不需要花费额外的时间来校准调整精度，大幅提升了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的一种螺栓自动紧固系统的主视图；

图2为图1所示的一种螺栓自动紧固系统的示意图；

图3本发明一实施例提供的一种螺栓自动紧固系统的计算方法的辅助工装中心点计算示意图；

图4本发明一实施例提供的一种螺栓自动紧固系统的计算方法的待拧螺栓计算示意图；

附图标记：

10-辅助工装、11-安装支架、111-基准臂、112-快换臂、12-旋转支臂、121-丝杠、122-伸缩臂、123-偏移气缸、13-伺服电机；

20-拧紧机构、21-拧紧轴、22-升降气缸。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1至图2，本发明提供一种螺栓自动紧固系统，包括辅助工装10和拧紧机构20，将辅助工装10固定在工件上，拧紧机构20绕工件转动依次紧固螺栓。

具体地，如图1和图2所示，辅助工装10包括安装支架11、旋转支臂12和伺服电机13，安装支架11与工件可拆卸地连接，旋转支臂12可转动地设置在安装支架11上，且两端均设有拧紧机构20，伺服电机13设置在安装支架11上，能够驱动旋转支臂12在安装支架11上转动。在本实施方式中，安装支架11为三角安装支架11，绕周向、间隔均匀地设有三个基准臂111，基准臂111的外端通过螺栓连接有快换臂112，快换臂112通过螺栓与工件连接。呈三角形状的安装支架11与工件连接具有较好的稳定性，且通过更换快换臂112，可适用于不同直径尺寸的工件，适用性较广，且安装方便快捷，提升了工作的效率。

具体地，拧紧机构20包括拧紧轴21和升降气缸22，升降气缸22设置在旋转支臂12上，并与拧紧轴21相连接，拧紧轴21的端部设有转动连接的拧紧套筒，当拧紧机构20对准螺栓时，升降气缸22带动拧紧轴21移动，并通过拧紧套筒将螺栓紧固。

具体地，旋转臂上有丝杠121、伸缩臂122和偏移气缸123，旋转支臂12的两端均转动连接有丝杠121，伸缩臂122也设置在旋转支臂12上，丝杠121能够驱动伸缩臂122沿旋转支臂12的轴向移动，偏移气缸123设置在伸缩臂122上，拧紧机构20通过偏移气缸123与伸缩臂122连接。当辅助工装10安装好后，其中心可能会与工件的中心有较小的偏差，可通过系统的计算来控制丝杠121带动伸缩臂122伸长或缩短，偏移气缸123带动拧紧机构20移动，来补偿伸缩距离和偏移角度，从而不需要花费较多的时间来校准工装。

具体的计算方法包括以下步骤：

S1，拧紧4颗十字对称分布的基准螺栓；

S2，计算辅助工装的中心坐标；

S3，根据辅助工装的中心坐标位置计算拧紧机构与待拧螺栓的伸缩距离和偏移角度；

S4，根据拧紧机构与待拧螺栓的距离和偏移距离，丝杠和偏移气缸对拧紧机构进行伸缩距离和偏移角度的调节。

其中，步骤S1中具体为：4颗基准螺栓分两次拧紧，每次操作流程拧紧两颗基准螺栓。将辅助工装固定在工件上后，启动装置使拧紧机构到达基准螺栓的预设位置。如若辅助工装的中心与工件圆心有偏差，则两个拧紧机构均与对应的基准螺栓有偏移，手动调节伺服电机，使其中一个拧紧机构指向对应的基准螺栓的圆心，通过调节伸缩臂使该拧紧机构对准螺栓圆心，再手动调节另一侧的伸缩臂和偏移气缸，使另一端拧紧机构对准螺栓圆心。

其中，步骤S2中具体为：以工件的圆心为原点(X₀，Y₀)建立直角坐标系，以步骤S1中的第一个拧紧机构对准的基准螺栓为准，设该基准螺栓的Y值为0，即圆心在X轴上，从而建立直角坐标系，并且可以得知另一个基准螺栓的圆心也在X轴上；

设辅助工装的中心坐标为(X₁，Y₁)，第二个基准螺栓坐标为(X₂，Y₂)，设手动调节后的辅助工装中心与两个伸缩臂的端部距离分别为L₁和L₂，即辅助工装中心与第一个基准螺栓圆心的距离为L₁，辅助工装中心与靠近第二个基准螺栓的伸缩臂的端部的距离为L₂，L₁和L₂均为手动调节伸缩臂后系统记录的数据，工件圆心与螺栓圆心的距离为L₀，L₀根据工件预设的螺栓点位可得。拧紧机构对准第二个基准螺栓后相比于X轴的垂直偏移距离为L₃，L₃为通过手动调节偏移气缸后系统记录的数据，从而能够得到辅助工装的中心坐标：

X₁＝L₁*cos[arctan{L₃/(L₁+L₂)}]-L₀；

Y₁＝L₁*sin[arctan{L₃/(L₁+L₂)}]；

以图3为例，L₁＝151，L₂＝148.99，L₀＝150，

则：

X₁＝151*cos{arctan{1.99/(151+148.99)}}-150＝0.996677；

Y₁＝151*sin{arctan{1.99/(151+148.99)}}＝1.001644；

可得辅助工装的中心坐标为(0.996677，1.001644)。

其中，步骤S3中具体为：通过预设的待拧螺栓的圆心坐标和辅助工装的中心坐标，可算出待拧螺栓圆心与辅助工装中心的伸缩距离，以及待拧螺栓圆心相对于辅助工装中心的偏移角度。

步骤S4具体为：根据待拧螺栓圆心与辅助工装中心的距离，丝杠带动伸缩臂伸长或缩短以补偿伸缩距离，根据待拧螺栓的圆心相对于辅助工装中心的偏移距离，偏移气缸带动拧紧机构移动以补偿偏移角度。

以图4为例，设待拧螺栓的圆心坐标为(X_P，Y_P)，辅助工装中心与待拧螺栓圆心的距离为L_p，通过L_p为斜边建立直角三角形，则L_p ²＝(X_P－X₁)²+(Y_P－Y₁)²，待拧螺栓相对于辅助工装中心的角度为φ，通过三角函数即可得到φ。

当伺服电机根据预设的螺栓位置驱动旋转臂转动，带动拧紧机构移动至待拧螺栓处后，丝杠和偏移气缸即可根据辅助工装的中心坐标做出相应的补偿，使拧紧机构对准待拧螺栓。

使用上述一种螺栓自动紧固系统及计算方法，通过将辅助工装将装置固定在工件上，能够快速完成拧紧机构与螺栓的定位，并且精度较高。若装置与工件具有误差，可通过紧固基准螺栓计算辅助工装的实际中心坐标，通过丝杠和偏移气缸对误差进行补偿，不需要花费较多时间校准装置，从而大幅提升了工作效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种螺栓自动紧固系统，其特征在于：包括辅助工装和拧紧机构；

所述辅助工装包括安装支架、旋转支臂和伺服电机，所述安装支架与工件可拆卸地连接，所述伺服电机设置在安装支架上，且能够驱动旋转支臂在安装支架上转动；

所述旋转支臂的两端均设有拧紧机构，所述拧紧机构包括拧紧轴和升降气缸，所述升降气缸设置在旋转支臂的端部，并与拧紧轴相连接，所述拧紧轴的端部设有拧紧套筒。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓自动紧固系统，其特征在于：所述安装支架为三角安装支架，绕周向、间隔均匀地设有三个基准臂，所述基准臂通过螺栓可拆卸地连接有快换臂，所述快换臂通过螺栓与工件可拆卸地连接。

3.根据权利要求1所述的一种螺栓自动紧固系统，其特征在于：所述旋转支臂上设有丝杠、伸缩臂和偏移气缸，所述旋转支臂的两端均转动连接有丝杠，所述丝杠能够驱动伸缩臂轴向移动，所述偏移气缸设置在伸缩臂上，并与拧紧机构相连接。

4.一种螺栓自动紧固系统的计算方法，采用权利要求3所述的一种螺栓自动紧固系统，其特征在于，包括以下计算步骤：

S1，拧紧4颗十字对称分布的基准螺栓；

S2，计算辅助工装的中心坐标；

S3，根据辅助工装的中心坐标位置计算拧紧机构与待拧螺栓的伸缩距离和偏移角度；

S4，根据拧紧机构与待拧螺栓的距离和偏移距离，丝杠和偏移气缸对拧紧机构进行伸缩距离和偏移角度的调节。

5.根据权利要求4所述的一种螺栓自动紧固系统的计算方法，其特征在于，步骤S1具体为：辅助工装固定在工件上后，启动装置使拧紧机构到达预设基准螺栓，其中一个拧紧机构指向螺栓圆心，并手动调节伸缩臂使其对准螺栓圆心，再手动调节伸缩臂和偏移气缸，使另一端拧紧机构对准螺栓圆心。

6.根据权利要求5所述的一种螺栓自动紧固系统的计算方法，其特征在于，步骤S2具体为：以工件的圆心为原点(X₀，Y₀)建立直角坐标系，以步骤S1中的第一个基准螺栓圆心在X轴上，设辅助工装的中心坐标为(X₁，Y₁)，第二个基准螺栓坐标为(X₂，Y₂)；

设辅助工装中心与第一个基准螺栓的距离为L₁，拧紧机构与第二基准螺栓对准后辅助工装中心与伸缩臂端部的距离为L₂，工件圆心与螺栓圆心的距离为L₀，拧紧机构对准第二个基准螺栓时相对于X轴的垂直偏移距离为L₃，则辅助工装的中心坐标为：

X₁＝L₁*cos[arctan{L₃/(L₁+L₂)}]-L₀；

Y₁＝L₁*sin[arctan{L₃/(L₁+L₂)}]。

7.根据权利要求6所述的一种螺栓自动紧固系统的计算方法，其特征在于，步骤S3具体为：通过预设的待拧螺栓的圆心坐标和辅助工装的中心坐标，可算出待拧螺栓圆心与辅助工装中心的伸缩距离，以及待拧螺栓圆心相对于辅助工装中心的偏移角度。

8.根据权利要求7所述的一种螺栓自动紧固系统的计算方法，其特征在于，步骤S4具体为：根据待拧螺栓圆心与辅助工装中心的距离，丝杠带动伸缩臂伸长或缩短以补偿伸缩距离，根据待拧螺栓的圆心相对于辅助工装中心的偏移距离，偏移气缸带动拧紧机构移动以补偿偏移角度。

Images