SE508963C2 - Metod för åtdragning av skruvförband - Google Patents

Description

97704-970825 508 963 förspänningens målvärde alltid uppnås vid en lägre hastighet och med en lägre rörelseenergi lagrad i de roterande delarna hos verktyget. Då förmår också åtdragningsverktyget att stanna i tid för att undvika överdragning. En allmän reduktion av arbetshastigheten hos åtdragningsverktyget kan alltså ha en positiv effekt på noggrannheten och spridningen av den uppnådda slutliga förspänningsnivån. En låg allmän hastighet är emellertid av nackdel i det att åtdragningsprocessen skulle bli oacceptabelt långsamt, speciellt vid veka förband där momenttillväxten per rotationsvinkelenhet är låg.

En tidigare föreslagen metod för att uppnå en snabb och ändå noggrann åtdragningsprocess oavsett typen av skruvförband beskrivs i US patent nr 5,245,747.

Denna tidigare kända metod innefattar ett åtdragningssteg i vilket rotatatonshastigheten hos átdragningsverktyget successivt ökas från noll till en förutbestämd maximinivå.

Den relativt låga hastigheten i början av åtdragningssteget är avsedd att förhindra överdragning av styva förband.

Denna successiva fartökning har emellertid en förutbestämd takt och är inte anpassad till det aktuella skruvförbandets karakteristik. Detta innebär att även om farten successivt ökas mot slutet av processen kommer åtdragningsprocessen att bli onödigt långsam för veka förband.

Allmänt sett använder tidigare kända metoder en momenttröskel och/eller tidpunkt för införande av en tillräcklig hastighetsreduktion före avstängningspunkten i avsikt att kontrollera det överskott som förorsakas av levande kraft och/eller samplingsintervall Gemensamt för dessa strategier är att de är baserade på antagandet att förbanden kommer att ha ett visst uppförande, vanligen en linjär momenttillväxt över tiden, 97704~980407 508 963 och att hastighetsförändringen är baserad på vad som förutsetts kommer att hända därefter. Skulle förbandet emellertid uppföra sig på ett icke-linjärt sätt kan oväntade resultat erhållas.

Metoden enligt det ovannämnda US patentet 5,245,747 beskrivs till exempel i samband med tre skruvförbandsexempel som uppvisar olika momenttillväxt, och metoden visas ha en kompenserande effekt på det förväntade överskottet på styva förband. Alla tre förbanden har emellertid en linjär momenttillväxt, vilket innebär att metoden är avsedd att kontrollera överdragningen av sådana ideala förband där momenttillväxtens karakteristik förutsetts vara linjär hela vägen fram till màlvärdet. Om denna metod istället skulle användas på ett förband som uppvisar en icke-linjär momenttillväxt, exempelvis en momenttillväxt som är låg under det initiala àtdragningssteget och hög i slutet av processen, skulle en hög sluthastighet åstadkomma en väsentlig överdragning.

Nackdelarna med denna kända metod undvikes genom metoden enligt uppfinningen såsom den definieras i patentkraven.

Utföringsformer av uppfinningen illustreras i diagrammen som visas pà de bifogade ritningarna.

Ritningsförteckning: Fig 1 visar ett diagram som illustrerar en âtdragningsprocess i ett steg enligt uppfinningen.

Fig 2 visar ett diagram som illustrerar en åtdragningsprocess i tvà steg enligt uppfinningen.

Fig 3 visar ett diagram som illustrerar fyra alternativa hastighetsreduceringsstrategier under den slutliga àtdragningsfasen, varav en tillhör tidigare känd teknik. ha 97704-980401 508 963 Fig 4 visar ett diagram som illustrerar olika varaktigheter hos åtdragningsfasen för de fyra alternativa hastighetsreduktionsstrategierna.

Fig 5 visar ett diagram som illustrerar hastighetsjusteringen vid ett delrelaxerande skruvförband.

Fig 6 visar schematiskt ett kraftverktyg med styrenhet för utförande av metoden enligt uppfinningen.

Den åtdragningsprocess för skruvförband som visas i Fig 1 innefattar en primär àtdragningsfas I) som genomförs vid en relativt hög hastighet vi samt en slutlig àtdragningsfas II) i vilken rotationshastigheten successivt reduceras från hastigheten v¿ i den primära åtdragningsfasen till en relativt låg slutlig hastighet vr Den primära åtdragningsfasen I) innefattar en nedgängningsdel och en förspänningsdel. Därefter slutförs åtdragningsförloppet vid en successivt reducerad rotationshastighet till málmomentnivàn TF där hastigheten har blivit vz såsom avsetts.

I detta exempel reduceras rotationshastigheten v genom en regressivt lägre grad, vilket innebär att hastighetsreduktionen är brantast i början och blir successivt mindre brant mot avstängningspunkten. Denna hastighetsreduktion styrs av en algoritm vilken använder vridmomentet såsom en parameter för utförande av hastighetsstyrningen. Närmare bestämt styr denna algoritm fortlöpande hastighetsreduktionen i relation till förhållandet mellan det aktuellt överförda momentet T och målmomentnivàn TP I detta fall är hastigheten vid màlmomentnivàn I; den förutbestämda variabeln liksom den initiala första 97704-970825 508 965 åtdragningsfasens hastighet vl. Styralgoritmen som använder momentinformationen som erhålles från motorns drivsystem eller från en momentgivare anpassar kontinuerligt rotationshastigheten hos motorn så att den når målmomentnivån I; med en förutbestämd hastighet V2 utan att spilla någon tid med att arbeta med denna låga hastighet V2 under mer än en mindre del av cykeltiden.

I Fig 3 visas fyra olika strategier för reducering rotationshastigheten under den slutliga åtdragningsfasen II) och för att nå målmomentnivån TF vid en förutbestämd låg hastighet V2. Det gemensamma målet för alla dessa strategier är att reducera hastigheten för att begränsa det masskraftberoende momentöverskottet vid màlmomentnivån.

Strategi 1), tillhör emellertid tidigare känd teknik och innebär att hastigheten reduceras i ett enda steg direkt från den första hastighetsnivån vi till hastighetsnivån V, då en vâxlingsmomentnivå uppnåtts. Detta innebär att hela den slutliga åtdragningsfasen II) utförs vid låg hastighet varvid mycket tid förspills.

Strategi 2) innebär att hastigheten reduceras progressivt brantare allteftersom det aktuella momentvärdet närmar sig màlmomentnivån, dvs. med en ökande branthet. Detta innebär att hastigheten hålls uppe så länge som möjligt för att reducera cykeltiden. Denna mycket branta hastighetsreduktionen i slutet av det slutliga åtdragningsfasen II) gör emellertid systemet mycket känsligt för variationer i momenttillväxten mellan olika förband. Det kan uppstå problem att undvika momentöverskott vid mycket styva förband, dvs. förband som en har en mycket brant momenttillväxt per rotationsvinkel. 97704-970825 508 963 Det är viktigt att komma ihåg att inverkan av rotationshastígheten på den levande kraftens bidrag till det avgivna momentet är kvadratiskt relaterad.

Strategi 3) innebär att rotationshastígheten reduceras linjärt, dvs. i direkt proportion till skillnaden mellan málmomentet TF och det aktuella momentet T.

Strategi 4) är den som illustreras och beskrivs ovan i samband med metoden som illustreras i Fig 1 och innebär att rotationshastígheten är låg under ett längre intervall innan målmomentnivän uppnås jämfört med den linjära strategin 3). Detta innebär endast en litet långsammare process men också att systemet är mindre känsligt för variationer i momenttillväxt mellan olika förband.

Sammantaget innebär detta att en säkrare överdragningskontroll uppnås i huvudsak utan att förorsaka några längre cykeltider.

Såsom visas i Fig 4 är det en väsentlig skillnad mellan de olika tidsintervall som åtgår för de fyra alternativa hastighetsreduktionsstrategierna för att uppnå málmomentnivàn. Den tidigare kända konstanta hastighetsalternativet 1) tar längst tid och förorsakar en oönskad lång cykeltid. Förloppet är inte avslutat förrän vid tr Strategi 2) resulterar å andra sidan i ett mycket snabbt förlopp som slutar vid tz där málmomentet uppnås.

Strategierna 3) och 4) är båda två snabbare än strategi 1) men långsammare än strategi 2). I synnerhet strategi 4) kombinerar ett säkert átdragningsförlopp vad gäller risken för masskraftöverdragning med en rimligt kort slutlig åtdragningsfas. 97704-970825 508 963 Ur ergonomisk synpunkt resulterar hastighetsreduktionen i enlighet med uppfinningen i en lägre reaktionskraftspàverkan pà operatören, eftersom det mänskliga muskulära styrsystemet föredrar mjuka lastförändringar framför abrupta sådana. Detta innebär att hastighetsreduktionsstrategierna som omfattas av konceptet av denna uppfinning också ger en fördelaktig reaktionsmomentkarakteristik för operatören. Ur denna synvinkel är det uppenbart att den förut kända strategin 1) är mindre fördelaktig genom att den innefattar ett knä i momenttillväxtkarakteristiken dM/dt vid den plötsliga hastighetsändringen vid växlingsmomentnivàn TA. Detta förorsakar en diskontinuitet i reaktionskraften vilket är besvärligt och tröttsamt för operatören att utsättas för.

Den átdragnignsprocess som visas i diagrammet i Fig 2 innefattar en primär àtdragningsfas I) vilken är uppdelad i tvâ steg IA och IA utförda vid olika rotationshastighetsnivåer_ Således är det första steget IA utfört vid en relativt hög hastighet vn och slutar då det avgivna momentet när en tröskelnivà TS. Från och med denna punkt tar det andra steget IB över och fortsätter det primära åtdragningssteget vid en lägre hastighet vw.

Genom uppdelning av den primära átdragningsfasen i två steg med olika rotationshastigheter uppnås en kortare cykeltid beroende på en högre initial nedgängningshastighet hos förbandet utan ökning av risken för momentöverskott vid mycket styva förband.

Att konstruera algoritmer som ger successiva hastighetsförändringar med olika karaktärer inom ramen för uppfinningen och som beskrivs ovan är en renodlad matematisk uppgift och kan utföras på ett antal olika sätt. 97704-970825 508 963 Exempelvis kan hastigheten bestämmas genom jämförelse av produkten av den avsedda slutliga hastigheten V, och kvoten av det slutliga momentet TF och det aktuella momentet T med v¿-värdet. Då det aktuella momentet T ökar närmar sig värdet av T; ßï x V2 värdet hos V3 dvs kvoten I; / T närmar sig 1 och hastigheten inriktas mot vr Den initiala konstanta hastigheten vi i den process som illustreras i Fig 1 bestäms av maximumhastigheten hos motorns drivsystem och är inte resultatet av den hastighetsstyrande algoritmen. Då det styrande värdet hos algoritmen blir lägre än vz startar emellertid hastighetsreduktionen. Åtdragningsmetoden enligt uppfinningen skiljer sig från tidigare känd teknik på ett distinkt sätt genom att rotationshastigheten under átdragningsfasen styrs i förhållande till den aktuella skillnaden mellan den aktuella momentnivàn T och màlmomentniván TF. Detta innebär att om momentmotstándet i skruvförbandet skulle sjunka under ett visst intervall skulle rotationshastigheten ökas momentant under detta intervall, ty under detta intervall skulle skillnaden mellan det aktuella momentet T och màlmomentniván TF öka. Vid slutet kommer momentmotstàndet alltid att öka för att nä màlmomentniván TF. Denna metod illustreras i Fig 5.

Den successiva anpassningen av rotationshastigheten till det aktuella gapet mellan det aktuella momentnivàn T och màlmomentniván TF ger fördelen av att hälla uppe àtdragningshastigheten utan att riskera att den slutliga momentnivàn T, nalkas med en för hög hastighet.

I Fig 6 visas ett exempel på en utrustning för utförande av uppfinningen. Denna utrustning innefattar en portabel elektrisk kraftmutterdragare 10 uppvisande en roterande 97704-970825 508 963 utgående axel 11 och ett handtag 12. Verktyget 10 är anslutet till en driftstyrenhet CU via en multiledarkabel 13. Styrenheten CU innefattar organ för tillförsel av elektrisk kraft till verktyget 10 samt programmerbara organ för styrning av krafttillförseln till verktyget 10 i förhållande till parametrar såsom spänning, ström och frekvens.

Ett exempel på en lämplig styrenhet är ett system som är kommersiellt tillgängligt under namnet: POWER FOCUS 2000 och som marknadsförs av Atlas Copco.

Claims (8)

97704-980407 508 963 10 Eatentkrayi

1. Metod för àtdragning av skruvförband till en förutbestämd momentnivà (TF) medelst ett kraftverktyg försett med en momentavgivande roterande utgående axel och anslutet till en programerbar driftstyrenhet genom vilken rotationshastigheten hos nämnda utgående axel är varierbar, varvid metoden innefattar en primär àtdragningsfas (I; IN IB) utförd i en eller fler i huvudsak konstanta hastighetsnivàer (v1;'vm, vw) och en slutlig àtdragningsfas (II) utförd med variabel rotationshastighet med ett medelvärde som är lägre än medelvärdet hos nämnda en eller flera hastighetsnivàer (v¿; vu, vw) hos nämnda primära àtdragningsfas (I; IA, IQ, k ä n n e t e c k n a d a v att rotationshastigheten under nämnda slutliga àtdragningsfas (II) successivt och momentant justeras i förhållande till det föränderliga förhållandet mellan den aktuella momentnivån (T) och màlmomentniván (TF) pá ett sätt som bestäms av den mjukvara som inprogrammerats i nämnda driftstyrenhet.

2. Metod enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda slutliga rotationshastighet (v¿) är lägre än 50 % av medelvärdet hos nämnda aktuella hastighet (v1; vw) vid slutet av nämnda primära àtdragningsfas (I; IA, IQ.

3. Metod enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att rotationshastigheten under nämnda slutliga àtdragningsfas (II) reduceras med en progressivt (strategi 2) lägre förändringshastighet då avvikelsen mellan den aktuella momentnivån (T) och màlmomentniván (TF) minskar.

4. Metod enligt kravet 1 eller 2, 97704-980407 508 963 11 k ä n n e t e c k n a d a v att rotationshastigheten under den slutliga átdragningsfasen (II) reduceras med en regressivt (strategi 4) lägre förändringshastighet då avvikelsen mellan den aktuella momentniván (T) och målmomentniván (TQ ndnskar.

5. Metod enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att rotationshastigheten under den slutliga àtdragningsfasen (II) reduceras med en linjärt (strategi 3) lägre förändringshastighet då avvikelsen mellan den aktuella momentniván (T) och slutmomentnivån (lg) minskar.

6. Metod enligt något av kraven 3-5, k ä n n e t e c k n a d a v att rotationshastigheten under den slutliga åtdragningsfasen (II) temporärt ökas i förhållande till en temporärt ökande avvikelse mellan den aktuella momentniván (T) och màlmomentnivàn (TQ.

7. Metod enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda primära àtdragningsfas (I; IA, IB) slutar och nämnda slutliga àtdragningsfas (II) börjar då den aktuella momentniván (T) understiger 85 % av den förutbestämda màlmomentnivân (TQ.

8. Metod enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda primära âtdragningsfas (I; IA, IB) innefattar ett första nedgängningssteg (IA) och ett andra preliminärt àtdragningssteg (IQ, nämnda första nedgängningssteg (IA) utförs vid en högre hastighet än nämnda andra preliminära àtdragningssteg (IQ, nämnda första nedgängningssteg (IA) slutar och nämnda andra preliminära àtdragningssteg (IB) startar vid ett förutbestämd momenttröskelvärde (TQ.