CN109396812B - 螺栓锁紧方法、换电电池包安装***及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺栓锁紧方法、换电电池包安装***及安装方法。所述螺栓锁紧方法按对角线规则依次旋拧各个螺栓，并将拧紧过程分成预拧紧阶段和分步拧紧阶段，在每个分步拧紧阶段同样按对角线规则依次旋拧各个螺栓，在各过程中对拧紧扭矩和角度进行实时监测分析，如果不符合旋拧要求则解锁螺栓拧紧并重新开始拧紧操作。

Description

螺栓锁紧方法、换电电池包安装***及安装方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车快换电技术领域；具体地说，本发明涉及一种螺栓锁紧方法，并进一步涉及一种新能源汽车换电电池包安装***及安装方法。

背景技术

新能源汽车具有噪音低、能源利用效率高、无移动废气排放等特点，发展迅速。

新能源汽车的能源供应可分为插充和换电两种模式。插充式汽车的充电时间太长，与当前传统能源汽车的加油或者加气相比其获取能源的便捷性远不能满足人们的需要；采用换电模式一般可在几分钟内完成换电过程，即使与常规能源车相比其便捷性也毫不逊色。从这一方面来看，换电模式的前景更显广阔。

在新能源汽车的快换电时，对于螺栓拧紧效率及可靠性要求高，传统制造领域中对螺栓锁紧的手工操作、手持电动工具操作及简单机械操作等的拧紧方法不能满足需要。

发明内容

本发明的一方面的目的是提供一种改进的螺栓锁紧方法。

本发明的其它方面的目的包括提供一种改进的新能源汽车换电电池包安装***及安装方法。

为了实现前述目的，本发明的第一方面提供了一种螺栓锁紧方法，其中，所述方法包括：

步骤A：按对角线规则依次旋拧各个螺栓，分别对每个螺栓旋拧预定圈数或者使其扭矩出现拐点，以先到者为准，如果先旋拧至预定圈数则前进至步骤B，如果扭矩先出现拐点则前进至步骤C；

步骤B：判断扭矩是否出现拐点，是则前时至步骤D，否则前进至步骤G；

步骤C：判断旋拧的圈数是否在第一误差允许范围内，是则前进至步骤D，否则前进至步骤G；

步骤D：分预定步数N继续旋拧各个螺栓，在每步中按对角线规则依次旋拧各个螺栓并判断每次旋拧预定扭矩后所述螺栓转过的角度是否在第二误差允许范围内，是则前进至步骤E，否则前进至步骤G；

步骤E：判断从所述拐点到最终扭矩所述螺栓转过的角度是否在第三误差允许范围内，是则前进到步骤F，否则前进到步骤G；

步骤F：按对角线规则依次旋拧各个螺栓至最终扭矩，并判断所旋拧的角度是否在第四误差允许范围内同时所旋拧的扭矩变化是否在第五误差允许范围内，是则结束旋拧螺栓，否则重复步骤F，直至重复预定次数M则前进到步骤G；

步骤G：将所有螺栓解锁，然后返回步骤A。

可选地，在如前所述的方法中，在步骤A中，所述预定圈数为所述螺栓与螺母的咬合圈数。

可选地，在如前所述的方法中，所述第一误差允许范围为所述预定圈数±2圈。

可选地，在如前所述的方法中，在步骤D中，在每步中旋拧的预定扭矩为最终扭矩的1/N。

可选地，在如前所述的方法中，在步骤D中，所述预定步数N为2~4。

可选地，在如前所述的方法中，在步骤D中，所述预定步数N为3，所述第二误差允许范围为4±2°，并且，在步骤E中，所述第三误差允许范围为12±2°。

可选地，在如前所述的方法中，在步骤A和步骤B中，如果所述扭矩的值超过所述螺栓和螺母螺纹空转时所需的扭矩，则判定出现拐点。

为了实现前述目的，本发明的第二方面提供了一种新能源汽车换电电池包安装***，其中，所述***包括：

一个锁紧头，用于依次与所述换电电池包的螺栓契合以完成所述螺栓的拧紧；

位移控制模块，用于控制所述锁紧头的移动从而依次契合各个所述螺栓；以及

拧紧控制模块，所述拧紧控制模块用于控制所述锁紧头依据如前述第一方面中任一项所述的方法执行拧紧动作。

可选地，在如前所述的***中，所述***进一步包括：

载物平台，所述载物平台用于承载和运送所述换电电池包，并且所述载物平台上具有用于定位所述锁紧头位置与所述换电电池包的螺栓契合的锁紧头定位孔；

抬升装置，所述抬升装置用于升降所述换电电池包从而使其与所述汽车上的安装位置契合；

数据采集装置，所述数据采集装置用于采集所述锁紧头在拧紧过程中的扭矩和角度数据；以及

抬升控制模块，所述抬升控制模块用于控制所述抬升装置的升降高度。

为了实现前述目的，本发明的第三方面提供了一种使用新能源汽车换电电池包安装***安装换电电池包的方法，其中，所述方法包括通过如前述第一方面中任一项所述的方法拧紧多个螺栓的步骤。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1以示意性俯视图示出了一种带有锁紧螺栓的换电电池包；

图2以示意性俯视图示出了一种带有锁紧头的载物平台；

图3以示意性侧视图示出了图2的载物平台；

图4以示意性俯视图示出了图1的换电电池包置于图2的载物平台上；

图5示意性地示出了图2中的载物平台的控制***的框图；以及

图6示意性地示出了根据本发明的一种实施方式的螺栓锁紧方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。在各附图中，相同的附图标记表示相同或相应的技术特征。

图1以示意性俯视图示出了一种带有锁紧螺栓的换电电池包。

图中示出了方形的换电电池包1，并且在换电电池包1的每个周向侧面上布置有两个（共八个）锁紧螺栓2，换电池池包1将通过这些锁紧螺栓2而安装并固定至新能源汽车的车身。在可选的实施方式中可以将换电电池包设计成其它形状、可以在换电电池包设置成在其它位置具有其它数量的多个锁紧螺栓。

在图1的示例中将八个锁紧螺栓2按对角线规则排序分别标示为ABCDEFG。此处的对角线规则是一种螺栓拧紧顺序的规则，其中先旋拧一个螺栓，再旋拧与其成对角、距离最远的螺栓，然后换一个角度，照此例继续进行旋拧，待所有螺栓都拧紧，然后再重复上面的操作进行紧固。如图1中所示，A和B、C和D、E和F、G和H分别呈对角关系并且各对之间两两呈一定角度。

图2以示意性俯视图示出了一种带有锁紧头的载物平台。

图中示出了方形的载物平台3，并且在其载物平面上布置有一个锁紧头4，用于依次与换电电池包1的锁紧螺栓2契合以逐步完成所有螺栓的拧紧。载物平台3还具有与图1中的换电电池包上的螺栓数量相同、位置相应的锁紧头定位孔6，用于定位锁紧头位置与换电电池包锁紧螺栓契合。

载物平台3用于承载换电电池包1。锁紧头4能够自由地依次移动到各个锁紧头定位孔6而与锁紧螺栓2的螺栓头契合，可以用于依次锁紧或解锁换电电池包上所有锁紧螺栓的拧紧。载物平台3的下方布置有抬升装置5，用于抬升换电电池包1使之与新能源汽车上的安装位置契合。在可选的实施方式中可以将载物平台设计成其它形状。在可选的实施方式中也可以改变抬升装置5的数量和布置位置。

图3以示意性侧视图示出了图2的载物平台，在图中能够从另一个角度看到该载物平台3的锁紧头4、抬升装置5等。另外，还可以看到，在锁紧头4处还设置了拧紧控制器8、数据采集装置9等；在每个抬升装置5处还设置了抬升控制器10等。数据采集装置9可以用于采集锁紧头拧紧过程中的扭矩和角度数据。位移控制器7可以用于控制锁紧头移动到不同的锁紧头定位孔。拧紧控制器8可以用于控制锁紧头的拧紧动作。抬升控制器10可以用于控制抬升装置的升降高度。

可以了解，上述的位移控制器、拧紧控制器、抬升控制器等可以是主控制器的相应的控制模块。

图4以示意性俯视图示出了图1的换电电池包1置于图2的载物平台3上。在该图中，锁紧头可以已经契合到一个锁紧螺栓2，以用于将锁紧螺栓拧紧。

图5示意性地示出了图2中的载物平台的控制***的框图。从图中可以看出，主控制器可以与数据采集装置、位移控制器、拧紧控制器及各个抬升控制器通信连接。具体地，主控制器通过控制抬升控制器抬升载物平台，使得换电电池包与新能源汽车上安装位置契合；主控制器通过控制位移控制器使锁紧头依次进入各个锁紧头定位孔并控制拧紧控制器打紧螺栓。数据采集装置能够检测和采集锁紧头拧紧过程中的扭矩和角度数据，在拧紧过程中，主控制器可以实时读取数据采集装置采集的数据并进行分析。

图6示意性地示出了根据本发明的一种实施方式的螺栓锁紧方法的流程图。图6以简单的形式示出了该方法的各步骤。

根据图6，开始对锁紧螺栓进行拧紧后，在步骤A中，按对角线规则依次旋拧各个螺栓，分别对每个螺栓旋拧预定圈数或者使其扭矩出现拐点（以先到者为准），如果先旋拧至预定圈数则前进至步骤B，如果扭矩先出现拐点则前进至步骤C。

在该步骤A中，预定圈数可以为螺栓与螺母的咬合圈数，或者可以理解为螺栓与螺母螺纹相对彼此空转的圈数。在该步骤A中，如果扭矩的值超过螺栓和螺母螺纹空转时所需的扭矩，则可以判定为完成了前述咬合或空转，出现了拐点。此步骤可以看作对各锁紧螺栓的预拧紧阶段，如果满足条件则进行后面的分步拧紧阶段。

在步骤B中，判断扭矩是否出现拐点，是则前时至步骤D，否则前进至步骤G。在该步骤B中，如果扭矩的值超过螺栓和螺母螺纹空转时所需的扭矩，则可以判定为出现拐点。如果旋拧预定圈数之后并没有拐点出现，则有可能是出现了螺栓或螺母的螺纹打滑、螺栓和螺母未对齐、螺栓过长等问题，此时可以考虑相应的补救措施，例如更换螺栓后再重新开始拧紧操作。

在步骤C中，判断旋拧的圈数是否在第一误差允许范围内，是则前进至步骤D，否则前进至步骤G。在可选的实施方式中，此处第一误差允许范围可以设定为预定圈数±2圈。在其它实施方式中并不排除其它的可选范围。如果扭矩出现了拐点之后仍然没有旋拧达到预定圈数，则有可能是螺栓长度不够、螺栓或螺母的螺纹存在缺陷、螺栓在螺母中倾斜等问题，此时可以考虑相应的补救措施，例如更换螺栓后再重新开始拧紧操作。

从以上可以了解，步骤B和C用以判断是否成功完成了预拧紧阶段的操作。如果是则前进到步骤D进行接下来的分步拧紧阶段的操作。

在步骤D中，可以分预定步数N继续旋拧各个螺栓，在每步中可以按对角线规则依次旋拧各个螺栓并判断每次旋拧预定扭矩后螺栓转过的角度是否在第二误差允许范围内，是则前进至步骤E，否则前进至步骤G。在该步骤D中，可以根据具体需要设置预定步数N的数值，例如但不限于2~4等。在可选的实施方式中在每步中旋拧的预定扭矩可以为相等的，分别为最终扭矩的1/N。应当理解，在可选的实施方式中，在该分步旋拧的预定步数N中每次旋拧的扭矩可以为彼此不同的值。在一种具体的实施方式中，在该步骤D中，预定步数可以为3，而第二误差允许范围例如可以为4±2°。

在步骤E中，判断从拐点到最终扭矩螺栓转过的角度是否在第三误差允许范围内，是则前进到步骤F，否则前进到步骤G。在该步骤E中，第三误差允许范围可以为12±2°。

在步骤F中，可以按对角线规则依次旋拧各个螺栓至最终扭矩，并判断所旋拧的角度是否在第四误差允许范围内同时所旋拧的扭矩变化是否在第五误差允许范围内，是则结束旋拧螺栓，否则重复步骤F，直至重复预定次数M则前进到步骤G。该步骤F为作为拧紧确认，用以检验在分段拧紧后各个螺栓有没有受到其它螺栓的影响而松动，如果松动则进行再次拧紧。

应当理解，经过此步之后可以判定螺栓的最终扭矩和角度是否正常，如果正常则表示完成各螺栓的拧紧操作。

通过步骤D、步骤E的分段拧紧和步骤F的拧紧确认及数据实时分析能够有效地保证螺栓拧紧的可靠度，防止漏打、螺栓不良、对齐不准等问题发生。

在步骤G中，将所有螺栓解锁，然后返回步骤A。根据之前的步骤B、步骤C、步骤D、步骤E及步骤F可以了解，如果其中任何一步出现异常，则均需将所述螺栓解锁，再从头开始重新进行锁紧螺栓的拧紧操作。

下面结合图1至图6的换电电池包、载物平台、控制***框图及控制方法流程图描述一种具体示例。

在该具体示例中，主控制器通过控制抬升控制器抬升载物平台，使得换电电池包与电动汽车上安装位置契合，然后主控制器通过控制拧紧控制器开始打紧螺栓A。在拧紧过程中，主控制器实时读取数据采集装置采集的数据并进行分析，螺栓A数据需满足以下条件：

① 数据前段12圈旋紧扭矩值小于2N·m，其中，12圈为假定值，具体数值由螺栓和螺母的咬合圈数为准，允许有2圈以内的误差；2N·m为假定值，具体数值为螺栓和螺母螺纹空转时所需的扭矩。

② 12圈后扭矩出现拐点，数据开始上升，其中，扭矩出现拐点时，停止打紧螺栓A，位移控制器控制锁紧头移动到螺栓B，打紧螺栓B至扭矩出现拐点处，依次对锁紧螺栓CDEFGH进行相同操作；继续扭紧螺栓H，达到最终扭矩的1/3时，停止打紧螺栓H，位移控制器控制锁紧头移动到螺栓G，打紧螺栓G至达到最终扭矩的1/3，依次对锁紧螺栓FEDCBA进行相同操作；继续扭紧螺栓A，达到最终扭矩的2/3时，停止打紧螺栓A，位移控制器控制锁紧头移动到螺栓B，打紧螺栓B至达到最终扭矩的2/3，依次对锁紧螺栓CDEFGH进行相同操作；继续扭紧螺栓H，达到最终扭矩时，停止打紧螺栓H，位移控制器控制锁紧头移动到螺栓G，打紧螺栓G至达到最终扭矩，依次对锁紧螺栓FEDCBA进行相同操作；继续扭紧螺栓A，达到最终扭矩时，停止打紧螺栓A，位移控制器控制锁紧头移动到螺栓B，打紧螺栓B至达到最终扭矩，依次对锁紧螺栓CDEFGH进行相同操作。

③ 主控制器对该步骤每一个锁紧螺栓的曲线进行处理分析，角度旋转需小于2°，对应角度变化的扭矩变化小于5N·m，否则需重复该步骤。该步骤重复次数不得超过3次，其中，2°为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化；5N·m为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化；3次为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化。

主控制器对采集数据进行处理分析，每个锁紧螺栓从拐点到最终扭矩过程数据需满足以下条件：

④ 从拐点到最终扭矩转过角度为12°，允许误差为4°，其中，12°为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化；4°为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化。

⑤ 每打紧1/3最终扭矩，角度转过4°，允许误差2°，其中，4°为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化；2°为假定值，具体数值根据不同螺栓型号和材质有所变化。

主控制器对整个过程数据进行处理分析， 8个螺栓的过程数据满足以上①②③④⑤五个条件，则打紧成功；如果 8个螺栓的过程数据不满足以上①②③④⑤五个条件，需要将所有螺栓解锁，再重新按照以上流程打紧，重新记录数据，直到8个螺栓的过程数据满足以上①②③④⑤五个条件，则打紧成功。

结合以上描述，本发明的一个方面还提供了一种新能源汽车换电电池包安装***，其可以包括一个锁紧头、位移控制模块和拧紧控制模块（或如图5中的位移控制器及拧紧控制器），其中该锁紧头用于依次与换电电池包的螺栓契合以完成所述螺栓的拧紧；位移控制模块用于控制锁紧头的移动从而依次契合各个螺栓；拧紧控制模块用于控制锁紧头依据前述任一实施方式的方法执行拧紧动作

如图1至图5中所示，该***还可以包括载物平台、抬升装置、数据采集装置及抬升控制模块（或如图5中的抬升控制器）。载物平台可以用于承载和运送换电电池包，并且所述载物平台上可以具有用于定位所述锁紧头位置与所述换电电池包的螺栓契合的锁紧头定位孔。抬升装置可以用于升降换电电池包从而使其与新能源汽车上的安装位置契合。数据采集装置可以用于采集锁紧头在拧紧过程中的扭矩和角度数据。抬升控制模块可以用于控制抬升装置的升降高度。主控制器与数据采集装置、抬升控制模块、位移控制模块、拧紧控制模块等通信联接，它们可以与主控制器分散布置或者集成在一起。

进一步地，本发明的另一个方面还提供了一种使用新能源汽车换电电池包安装***安装换电电池包的方法，该方法可以包括通过如前述任一实施方式的方法拧紧多个螺栓的步骤。

所属领域的技术人员可以了解，在这些方面中提供的新能源汽车换电电池包安装***及使用新能源汽车换电电池包安装***安装换电电池包的方法则具有与前述方法相应的优点、能够实现相应的有利效果。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种螺栓锁紧方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：按对角线规则依次旋拧各个螺栓，分别对每个螺栓旋拧预定圈数或者使其扭矩出现拐点，以先到者为准，如果先旋拧至预定圈数则前进至步骤B，如果扭矩先出现拐点则前进至步骤C；

步骤B：判断扭矩是否出现拐点，是则前进至步骤D，否则前进至步骤G；

步骤C：判断旋拧的圈数是否在第一误差允许范围内，是则前进至步骤D，否则前进至步骤G；

步骤D：分预定步数N继续旋拧各个螺栓，在每步中按对角线规则依次旋拧各个螺栓并判断每次旋拧预定扭矩后所述螺栓转过的角度是否在第二误差允许范围内，是则前进至步骤E，否则前进至步骤G；

步骤E：判断从所述拐点到最终扭矩所述螺栓转过的角度是否在第三误差允许范围内，是则前进到步骤F，否则前进到步骤G；

步骤F：按对角线规则依次旋拧各个螺栓至最终扭矩，并判断所旋拧的角度是否在第四误差允许范围内同时所旋拧的扭矩变化是否在第五误差允许范围内，是则结束旋拧螺栓，否则重复步骤F，直至重复预定次数M则前进到步骤G；

步骤G：将所有螺栓解锁，然后返回步骤A。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤A中，所述预定圈数为所述螺栓与螺母的咬合圈数。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一误差允许范围为所述预定圈数±2圈。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤D中，在每步中旋拧的预定扭矩为最终扭矩的1/N。

5.如权利要求4所述的方法，其中，在步骤D中，所述预定步数N为2~4。

6.如权利要求5所述的方法，其中，在步骤D中，所述预定步数N为3，所述第二误差允许范围为4±2°，并且，在步骤E中，所述第三误差允许范围为12±2°。

7.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤A和步骤B中，如果所述扭矩的值超过所述螺栓和螺母螺纹空转时所需的扭矩，则判定出现拐点。

8.一种新能源汽车换电电池包安装***，其特征在于，所述***包括：

一个锁紧头，用于依次与所述换电电池包的螺栓契合以完成所述螺栓的拧紧；

位移控制模块，用于控制所述锁紧头的移动从而依次契合各个所述螺栓；以及

拧紧控制模块，所述拧紧控制模块用于控制所述锁紧头依据如权利要求1至7中任一项所述的方法执行拧紧动作。

9.如权利要求8所述的***，其中，所述***进一步包括：

载物平台，所述载物平台用于承载和运送所述换电电池包，并且所述载物平台上具有用于定位所述锁紧头位置与所述换电电池包的螺栓契合的锁紧头定位孔；

抬升装置，所述抬升装置用于升降所述换电电池包从而使其与所述汽车上的安装位置契合；

数据采集装置，所述数据采集装置用于采集所述锁紧头在拧紧过程中的扭矩和角度数据；以及

抬升控制模块，所述抬升控制模块用于控制所述抬升装置的升降高度。

10.一种使用新能源汽车换电电池包安装***安装换电电池包的方法，其特征在于，所述方法包括通过如权利要求1至7中任一项所述的方法拧紧多个螺栓的步骤。

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