專利名稱：控制螺栓桿例如螺桿或定位銷拉應(yīng)力的方法以及執(zhí)行所述方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過冷預(yù)應(yīng)力夾緊螺栓的領(lǐng)域，特別是，涉及用來控制螺栓桿例如螺桿或定位銷拉應(yīng)力以檢查桿在夾緊結(jié)束時(shí)是否加了足夠的預(yù)應(yīng)力的方法。本發(fā)明還涉及執(zhí)行所述方法的裝置。
背景技術(shù)：
螺栓的變形能傳遞到支撐在待組裝結(jié)構(gòu)上的螺母。因而各構(gòu)件利用夾緊保持在合適位置。
包括桿的螺栓例如螺桿或銷以及一個(gè)或多個(gè)螺母用來通過夾緊組裝多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。已知，為了得到高質(zhì)量的夾緊，為了通過拉預(yù)應(yīng)力執(zhí)行夾緊，其中夾緊桿的拉伸利用致動(dòng)器例如液壓千斤頂?shù)妮o助來執(zhí)行，然后壓緊螺母形成接觸，無需在待組裝結(jié)構(gòu)面上施加大的扭矩，隨后桿上的拉力被釋放。釋放的桿趨于恢復(fù)其靜止時(shí)的長度，但是被螺母阻止。在拉伸步驟期間施加到桿上的變形能傳遞到支撐在待組裝結(jié)構(gòu)上的桿/螺母組件。因而各構(gòu)件利用夾緊或預(yù)應(yīng)力保持在位。
這種方法避免了向螺母施加螺旋扭矩來緊固螺母。這提供了更高精度的實(shí)際夾緊力并且具有的優(yōu)點(diǎn)是，一方面在待夾緊構(gòu)件的荷載下不會(huì)導(dǎo)致摩擦因此避免了損壞構(gòu)件表面，另一方面不會(huì)在桿體中產(chǎn)生扭矩從而減小了桿體中的等效應(yīng)力水平，此外消除了在振動(dòng)情況下不合時(shí)宜松開的風(fēng)險(xiǎn)。這種方法很適合夾緊任何材料，例如傳統(tǒng)的用在螺栓制造中的合金鋼，而且適用于對摩擦和扣緊和/或扭矩非常敏感的不銹鋼、鈦或合成材料。
然而，一旦實(shí)現(xiàn)夾緊，有必要確保桿的殘余張力足夠，即桿施加到待組裝結(jié)構(gòu)上的預(yù)應(yīng)力的力量足夠。
簡單的控制方法包括僅測量通過致動(dòng)器施加到桿上使螺母形成接觸的張力或拉力，隨后，取決于特定的應(yīng)用，推斷在拉力釋放之后得到的最終殘余夾緊力的值。一般借助于曲線或試驗(yàn)數(shù)據(jù)的輔助來進(jìn)行這種推斷。不過，這種控制方法對于許多應(yīng)用不能提供滿意的精度。在現(xiàn)場夾緊之前，經(jīng)常有必要在與所關(guān)心的應(yīng)用的條件相同的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，這是尤其昂貴的。此外，由于低精度，一般采用誤差幅度，這通常導(dǎo)致要提供過大尺寸的螺栓。
另一種方法是確定桿在釋放之后的殘余伸長。為此，在桿被夾緊之前和之后借助于位移測量裝置例如追蹤器型傳感器如比較儀或感應(yīng)傳感器或超聲波裝置測量桿的殘余伸長。在涉及比較儀或感應(yīng)傳感器時(shí)，一般有必要在夾緊桿的中心處機(jī)加工的軸向通道中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)，因而引發(fā)了高的機(jī)加工和制造成本。
文件FR-A-2 586 098描述了在量規(guī)的輔助下控制銷的拉伸延長的裝置，其包括布置在標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)和銷的相鄰端上的追蹤器型傳感器，追蹤器的輸出連接到處理單元，不可超出的名義壓力值和伸長值輸入到該處理單元中。
如上所述，夾緊桿的長度測量可備選地利用超聲波傳感器的輔助進(jìn)行，該超聲波傳感器可測量超聲波執(zhí)行或通過桿兩端之間的所耗的時(shí)間。該方法需要使用超聲波測量設(shè)備，其一般很昂貴。
這些控制方法的缺點(diǎn)是需要先期標(biāo)定。標(biāo)定包括為特定應(yīng)用的各種類型的桿確定夾緊狀態(tài)下的部件的伸長和桿中拉力之間的對應(yīng)關(guān)系。在采用大量夾緊桿的應(yīng)用的情況下，這被證明是特別冗長和高成本的，并且在需要高精度的情況下，使其必須校準(zhǔn)每根桿，這樣，每根桿不得不進(jìn)行標(biāo)注。實(shí)用的例子是核反應(yīng)堆容器的夾緊。
此外，標(biāo)定必須在實(shí)驗(yàn)室在高精度牽引機(jī)上進(jìn)行，進(jìn)行這種操作是高成本的。而且，有必要確保標(biāo)定狀態(tài)與所關(guān)心的應(yīng)用的夾緊狀態(tài)相同或相似，因此標(biāo)定是相關(guān)的。
還應(yīng)該注意到，成熟測量裝置例如超聲波傳感器或感應(yīng)傳感器的使用增加了執(zhí)行該方法的成本。在有多個(gè)桿不得不同時(shí)控制的應(yīng)用中，特別是這樣。
最后，隨著殘余伸長和夾緊力之間對應(yīng)關(guān)系的確定，對于特定的應(yīng)用，仍然需要確定必須施加多大的拉伸力以實(shí)現(xiàn)夾緊所需的殘余力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用來控制桿的拉伸應(yīng)力的精確和可靠的方法，其可以低成本地容易執(zhí)行并且不需要任何先前的標(biāo)定。
在這種用來控制桿例如螺桿或銷的拉伸應(yīng)力的方法中，在桿被釋放前，通過所述桿的軸向伸長和定位至少一個(gè)保持部件，桿在有效夾緊長度的兩端被阻止，且在夾緊長度中具有殘余張力，通過將拉伸期間和釋放之后由至少一個(gè)傳感器提供的值與拉伸之前由該傳感器提供的基準(zhǔn)值對比，做出了代表?xiàng)U在測得拉伸力下處于拉伸狀態(tài)的伸長和桿在釋放之后相對于桿在拉伸之前即沒有力時(shí)的靜止?fàn)顟B(tài)下的伸長的測量結(jié)果。然后，基于這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出了桿的有效夾緊長度中的殘余夾緊力。
夾緊長度是桿在被釋放時(shí)保持在張力下被夾緊所阻止的長度。夾緊長度中的殘余力是實(shí)際夾緊力，其適當(dāng)考慮了夾緊預(yù)應(yīng)力的精確估計(jì)。
這種用來控制桿的拉伸應(yīng)力的方法不需要桿在先前做任何標(biāo)定，因?yàn)樽龀龅臏y量是相對測量。因此，不需要確定桿的初始長度。在拉伸步驟之前，記錄由傳感器提供的并且代表?xiàng)U的長度的夾緊桿在靜止?fàn)顟B(tài)下的基準(zhǔn)值，但是如果沒有該值，有必要直接確定桿的長度。隨后，記錄桿被拉伸時(shí)由傳感器提供的值，并且將該值與基準(zhǔn)值比較以從該值推導(dǎo)出桿在拉伸期間的伸長。在釋放之后，由該傳感器提供的值與基準(zhǔn)值對比以從該值推導(dǎo)出桿在夾緊釋放之后的伸長。因而可高精度地確定桿在夾緊釋放之后是否被加有正確的預(yù)應(yīng)力。
施加到桿的拉伸力可基于用來拉伸桿的致動(dòng)器來估計(jì)。
優(yōu)選地，執(zhí)行桿的伸長的相對測量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是有可能高精度地計(jì)算殘余夾緊力。
有利地，執(zhí)行桿上端位移的相對測量。借助于這種執(zhí)行桿上端位移的相對測量的方法，可使用比較儀或感應(yīng)傳感器，在這種情況下，可免除夾緊桿的中心孔和測量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。
在一個(gè)實(shí)施例中，拉伸力借助于液壓致動(dòng)器施加到桿，并且基于致動(dòng)器的饋送壓力和承壓面積計(jì)算所述拉伸力。
因此，拉伸力是壓力與施加壓力的千斤頂活塞或各活塞面積的乘積。當(dāng)然，同樣有可能直接通過力傳感器測量力。然而，這種布置需要額外的成本。
有利地，被釋放的桿的夾緊長度中的殘余夾緊力被確定為拉伸力、處于拉伸狀態(tài)的桿的所述有效夾緊長度的伸長或桿的上端的位移的伸長、以及桿的夾緊被釋放時(shí)的所述夾緊長度的殘余伸長的函數(shù)，特別是其線性函數(shù)。因而，釋放的桿的有效夾緊長度中的殘余夾緊力通過施加的拉伸力乘以釋放的桿的夾緊長度的伸長并除以被拉伸的桿的所述夾緊長度的伸長來算出。
有利地，被拉伸的桿的有效夾緊長度的伸長從拉伸力和被拉伸的桿的伸長推導(dǎo)出。
在一個(gè)實(shí)施例中，被拉伸的桿的有效夾緊長度的伸長被推導(dǎo)為在被致動(dòng)器拉伸階段期間被拉伸的桿的伸長減去額外自由長度的伸長估計(jì)值再減去嚙合長度的伸長估計(jì)值，其中所述額外自由長度將桿的有效夾緊長度延長超過保持部件的支撐面，握緊部件在所述嚙合長度上產(chǎn)生嚙合以允許借助于致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)桿的拉伸。
在一個(gè)實(shí)施例中，將桿的有效夾緊長度延長超過保持部件的支撐面的額外自由長度的伸長基于被拉伸的桿的伸長和拉伸力計(jì)算。
在一個(gè)實(shí)施例中，握緊部件在其上產(chǎn)生嚙合以拉伸桿的嚙合長度的伸長基于被拉伸的桿的伸長和拉伸力計(jì)算。
在被拉伸前，桿一般是初始靜止的。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用于已經(jīng)被夾緊并且因此預(yù)加應(yīng)力的夾緊桿。例如，為了在桿夾緊之后執(zhí)行控制例如周期性控制或?yàn)榱嗽诳刂浦笮薷臈U的預(yù)應(yīng)力。
在一個(gè)實(shí)施例中，在桿被初始預(yù)加應(yīng)力并且被所述保持部件阻止的情況下，施加到桿的拉伸力以及相對于拉伸前的預(yù)應(yīng)力桿的桿伸長的相對測量結(jié)果逐漸增加，將傳感器提供的值與拉伸前的初始值比較，拉伸力/伸長關(guān)系的變化被控制直到檢測到斜率突變，所述突變表明拉伸力超過了桿的初始預(yù)應(yīng)力，然后由傳感器指明的桿在靜止時(shí)的基準(zhǔn)值被確定為超出所述斜率突變的拉伸力/伸長關(guān)系中的變化的函數(shù)，并且該新值用作桿的伸長的相對測量結(jié)果的基準(zhǔn)值并且用來控制桿的張力。
本發(fā)明還涉及一種用來執(zhí)行控制夾緊桿張力的方法的裝置，包括致動(dòng)器、力傳感器、桿伸長傳感器。所述裝置包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元能夠接收來自伸長傳感器的輸出信號(hào)和來自力傳感器的輸出信號(hào)，所述單元包括一種模塊，通過將伸長傳感器在拉伸期間和在釋放之后提供的值與該傳感器在拉伸之前提供的基準(zhǔn)值進(jìn)行對比，所述模塊能夠計(jì)算代表拉伸的桿和在釋放之后的桿的有效夾緊長度的數(shù)據(jù)項(xiàng)，因此，所述模塊能夠從所述計(jì)算結(jié)果中推導(dǎo)出桿的有效夾緊長度中的殘余夾緊力。這有可能特別是確定桿在釋放之后是否加有正確預(yù)應(yīng)力。
這里，桿伸長傳感器意味的是能夠直接測量所述桿的伸長或測量桿上端的位移的傳感器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述單元包括能夠計(jì)算桿的伸長的模塊。
所述單元包括能夠計(jì)算桿的上端的位移的模塊。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括用來獲得桿的參數(shù)和致動(dòng)器參數(shù)的接口以及用來儲(chǔ)存這些參數(shù)的存儲(chǔ)器裝置。


通過研究實(shí)施例的詳細(xì)說明，將更清楚地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，所述實(shí)施例由附圖示出并且絕非是限制性的實(shí)例，其中圖1圖示了預(yù)應(yīng)力裝置的示意圖，其包括以截面示出并且布置在夾緊桿螺紋端的致動(dòng)器；圖2是桿的軸向截面的示意圖，在桿的兩端帶有螺紋，一端擰入第一構(gòu)件中，另一端被形成保持部件的螺母接收；和圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的曲線，圖示了當(dāng)執(zhí)行用來控制具有初始預(yù)應(yīng)力的桿的方法時(shí)，伸長傳感器和力傳感器的輸出信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，待夾緊構(gòu)件1具有位于構(gòu)件1的支撐表面3一側(cè)的通道2。構(gòu)件1當(dāng)然可以包括一疊待組裝構(gòu)件。夾緊桿4布置在通道2中并且具有在支撐表面3的一側(cè)突出的螺紋端5。螺母6嚙合在螺紋端5上直到其與支撐表面3接觸為止。
用來張緊桿并且用來控制的裝置包括總體上用附圖標(biāo)記7表示的致動(dòng)器，致動(dòng)器7布置在構(gòu)件1和桿4的螺紋端5之間以在桿4上施加軸向拉伸力。
致動(dòng)器7，例如液壓千斤頂并且具有一般環(huán)形的形狀，圍繞桿4的螺紋端5布置。致動(dòng)器7包括力吸收裙部8、缸9，在缸9內(nèi)形成環(huán)形室10，環(huán)形室的一側(cè)通過能夠相對于缸9軸向滑動(dòng)的活塞11封閉，同時(shí)活塞11可驅(qū)動(dòng)握緊支架12。致動(dòng)器7包括用來將承壓流體輸送到室10中的饋送裝置13。支架12具有管狀的軸向部分14，其可在缸9的中心處形成的中心通道中滑動(dòng)，軸向部分14具有能夠擰在桿4的螺紋端5上的螺紋孔。此外，支架12具有徑向向外突出的凸緣15，該凸緣15處于活塞11可作用在其上的大直徑區(qū)上。
如圖1所示，如此布置致動(dòng)器7以致力吸收裙部8抵靠構(gòu)件1的支撐表面3支撐接觸，缸9在套筒8的與構(gòu)件1相對的側(cè)面上支撐接觸，活塞11可在構(gòu)件1的相對側(cè)上位移同時(shí)驅(qū)動(dòng)支架12。支架12擰在螺紋端5上。
伸長傳感器16布置在桿4的端部。如此處所示，該傳感器16可以是超聲波傳感器。也可以提供任何其他類型的能夠提供作為桿頂部位移或桿伸長的函數(shù)而改變信號(hào)的傳感器，例如追蹤器型傳感器、比較儀或感應(yīng)傳感器。關(guān)于追蹤器型傳感器的伸長測量，桿必須配備有設(shè)置在中心孔中的測量計(jì)。
還可以設(shè)想，通過傳感器(未示出)例如量規(guī)代替?zhèn)鞲衅?6，使其有可能直接確定拉伸力并且軸向位于活塞11和支架12之間或甚至位于裙部8和缸9之間。
這樣，當(dāng)桿4被拉伸時(shí)，可手動(dòng)接觸螺母6，因?yàn)榱ξ杖共?配備有孔口17。用來擰螺母6的裝置包括環(huán)18，其布置在螺母周圍并且具有與螺母6的外表面形狀相配的內(nèi)表面，以及致動(dòng)桿19，其穿過孔口17并且插入到設(shè)置在環(huán)18外圍的口20中。當(dāng)然，還可以設(shè)想提供能夠被自動(dòng)化的電動(dòng)裝置以執(zhí)行螺母6的擰緊，為了適配所述裝置，裙部8的配置基本上有所不同。
為了將軸向預(yù)應(yīng)力引入桿4，承壓流體被輸入缸9的室10中。缸9通過抵靠構(gòu)件1的支撐表面3支撐的力吸收裙部8保持。室10中的承壓流體在活塞11上產(chǎn)生與流體壓力和包圍在室10中的沿徑向平面突出的活塞表面的突出面積成比例的軸向力?；钊?1在支撐表面的相反側(cè)被軸向位移，同時(shí)驅(qū)動(dòng)支架12。與桿4的螺紋端5嚙合的支架12將拉伸力傳遞到桿。當(dāng)桿被拉伸時(shí)，實(shí)現(xiàn)接觸的裝置18和19用來使得螺母6與構(gòu)件1的支撐表面3接觸，同時(shí)使得螺母6在桿19和環(huán)18的幫助下旋轉(zhuǎn)。隨后，由致動(dòng)器7施加的拉伸力被釋放。前面被致動(dòng)器7拉伸的桿4趨于收縮，但是被支撐在構(gòu)件1上的螺母6保持。其結(jié)果是在桿4中保持了殘余力，使其有可能夾緊構(gòu)件1。
用來張緊和控制的裝置包括第二傳感器21，其信號(hào)代表致動(dòng)器7施加的力。這里設(shè)置的第二傳感器的形式為布置在饋送承壓流體的裝置13上的壓力傳感器。
來自第一傳感器16和第二傳感器21的信號(hào)輸入到中央單元22，其包括處理模塊23，該處理模塊能夠計(jì)算桿4在拉伸狀態(tài)下的夾緊長度的相對伸長值，能夠記錄或確定作為第二壓力傳感器21信號(hào)的函數(shù)的施加到桿4的張力或拉伸力，并且能夠記錄桿在釋放之后的夾緊長度的相對伸長值。最后，處理模塊23此外能夠從所述計(jì)算結(jié)果、判斷和記錄推斷出在桿4的有效夾緊長度中的殘余夾緊力，這使其有可能精確確定桿4在釋放之后是否加有正確的預(yù)應(yīng)力。所述裝置還包括用來獲得桿4、螺母6和致動(dòng)器7參數(shù)的接口24以及用來儲(chǔ)存這些參數(shù)的存儲(chǔ)器裝置25。
在圖2中，桿4在與第一螺紋端5相對的一側(cè)包括第二螺紋端26，其從構(gòu)件1的通道2突出并且嚙合在第二構(gòu)件28中設(shè)置的相應(yīng)螺紋孔27中，該第二構(gòu)件抵靠第一構(gòu)件1支撐在支撐表面3的相對側(cè)。
在桿4中可區(qū)別幾個(gè)長度，例如位于桿4側(cè)面的尺寸L1、L2、L3和L4。這里桿4中的長度意味著桿4的具有預(yù)定長度的各部分。
有效夾緊長度L1位于擰入構(gòu)件28中的第二螺紋端和處于與支撐表面接觸位置的螺母6之間。有效長度L1是作用在組裝好的構(gòu)件1、2上的殘余預(yù)應(yīng)力或夾緊力可長久持續(xù)的長度。換言之，有用的長度。
第一嚙合長度L2是與握緊支架12嚙合的長度。額外的自由長度L3是桿的位于有效長度L1或螺母6的支撐面以及第一嚙合長度L2之間的部分。第二嚙合長度L4是第一螺紋端的與螺母6嚙合的部分。
下面考慮為最初靜止的夾緊桿加預(yù)應(yīng)力，再次采用了圖1和2的附圖標(biāo)記。
在桿4處于靜止時(shí)，處理模塊23記錄傳感器16提供的信號(hào)或基準(zhǔn)值VI。該基準(zhǔn)值VI在沒有預(yù)先標(biāo)定的情況下記錄。它代表?xiàng)U的長度，但是如果考慮到桿的真實(shí)長度的話，仍然具有或大或小的誤差。
隨后，控制致動(dòng)器7借助于作用在第一端5或上端的支架12向桿4施加拉伸力或張力。如此拉伸的桿4被拉長。處理模塊23記錄來自第二壓力傳感器21(圖1)的信號(hào)并且據(jù)此推導(dǎo)出施加到桿4的拉伸力FH。處理模塊23同時(shí)記錄第一傳感器16提供的總伸長值VH。
隨后，在操作員使螺母6與支撐表面接觸之后，或者在機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)接觸之后，控制致動(dòng)器7釋放桿4。盡管被螺母6阻止，桿4還是部分收縮。處理模塊23記錄由第一傳感器6提供的殘余值VO。
基于這些數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存的涉及桿4、螺母6和致動(dòng)器7特別是支架12的數(shù)據(jù)，處理模塊23確定桿4的有效夾緊長度L1的殘余夾緊預(yù)應(yīng)力。
根據(jù)以下方程，通過傳感器16提供的基準(zhǔn)值VI和總值VH之間的差值可得到表示桿4在受到該拉伸力時(shí)的伸長值ΔLHΔLH＝VH-VI方程(1)根據(jù)如下方程，桿4在受到拉伸力時(shí)的該總伸長主要對應(yīng)于有效長度L1的伸長ΔLU、額外自由長度L3的伸長ΔLS、第一嚙合長度L2的伸長ΔLP的總和ΔLH＝ΔLU+ΔLP+ΔLS方程(2)額外自由長度L3的伸長ΔLS容易地通過以下方程高精度地確定出ΔLS=FH·LSAS·E]]>方程(3)其中，F(xiàn)H為致動(dòng)器作用在桿上的拉伸力，LS為額外自由長度L3的長度，AS為考慮了額外自由長度的螺紋之后的額外自由長度的等效面積，和E為形成桿4的材料在拉伸力作用下的楊氏模量。
與支架12嚙合的長度L2的伸長可通過以下方程類似確定ΔLP=FH·K1·LPAP·E]]>方程(4)其中，F(xiàn)H為致動(dòng)器作用在桿上的拉伸力，LP為與支架12嚙合的桿的長度L2的長度，AP為與支架12嚙合的長度的等效面積，E為形成桿4的材料的楊氏模量，和K1為與支架12的形狀相關(guān)的修正系數(shù)。
實(shí)際上，有必要提供修正系數(shù)K1，因?yàn)橥ㄟ^支架12傳遞到第一嚙合長度L2的力沿所述長度L2分布，并且其結(jié)果是變形不均勻。因而顯然，實(shí)際上承受全部施加力的有效長度L1一側(cè)的區(qū)域中的變形大于僅承受部分施加力的桿4的自由端一側(cè)的變形。因此，確定出，等效平均力等于施加的拉伸力FH和修正系數(shù)K1的乘積。修正系數(shù)K1取決于桿4的幾何形狀、支架12的幾何形狀特別是其高度、螺紋牙形的幾何形狀，如果合適的話，還有形成這些部件的材料。在文獻(xiàn)中可以找到習(xí)慣上的修正系數(shù)。計(jì)算精度不會(huì)由于使用這種近似而被削弱。
通過結(jié)合上述方程，處理模塊23能夠以非常好的近似性計(jì)算桿4受到拉伸力時(shí)的有效夾緊長度L1的伸長ΔLU。處理模塊23使用以下方程ΔLU=(VH-VI)-FH·LsAS·E-FH·K1·LPAP·E]]>方程(5)隨后，在桿4被釋放后，根據(jù)以下方程通過第一傳感器16確定的基準(zhǔn)值VI和新的給定值VR之間的差值給出桿4的殘余伸長ΔLRΔLR＝VR-VI方程(6)該伸長ΔLR主要對應(yīng)于有效長度L1的殘余伸長ΔLUR和與螺母嚙合的第二嚙合長度L4的殘余伸長ΔLE的總和。則，桿4的第一螺紋端5的超過螺母6的部分不承受拉伸力。換言之，第一螺紋端5的所述部分對應(yīng)于嚙合長度L2以及對應(yīng)于額外長度L3減去嚙合長度L4的那部分。
因此，可通過以下方程得到殘余伸長ΔLRΔLR＝ΔLUR+ΔLE方程(7)如前所述，對于第一嚙合長度L2，與螺母嚙合的第二嚙合長度L4的伸長可通過以下方程估計(jì)ΔLE=FO·K2·LEAE·E]]>方程(8)其中，F(xiàn)O為桿4的有效夾緊長度中的殘余夾緊力，LE為與螺母6嚙合的長度L4的長度，AE為第二嚙合長度L4的等效面積，E為形成桿4的材料的楊氏模量，和K2為修正系數(shù)。
修正系數(shù)K2取決于桿4的幾何形狀、螺母6的幾何形狀特別是其高度、螺紋牙形的幾何形狀，如果合適的話，還有形成這些部件的材料。在文獻(xiàn)中可以找到習(xí)慣上的修正系數(shù)。
因此通過以下方程，處理模塊23能夠以非常好的近似性計(jì)算桿被釋放之后的有效夾緊長度L1的殘余伸長ΔLURΔLUR=(VR-VI)-FO·K2·LEAE·E]]>方程(9)隨后，基于桿的變形發(fā)生在材料的彈性范圍內(nèi)并且因此這些變形與施加的力成比例的事實(shí)，處理模塊23可利用以下方程確定有效夾緊長度中的殘余力FHΔLU=FOΔLUR]]>方程(10)由此可推導(dǎo)出以下的最終方程，假定FO為期望的或預(yù)應(yīng)力殘余夾緊力FO=FH·(VR-VI)ΔLU+FH·K2·LEAE·E]]>方程(11)其中，所有的變量都從已經(jīng)從傳感器的測量或上述方程中確定出，特別是ΔLU由方程(5)給出。
在圖1和2所示的桿4的實(shí)例中，第一螺紋端5具有恒定的直徑，因此，支架的第一嚙合長度L2的等效面積AP等于額外長度L3的等效面積AS和螺母的第二嚙合長度L4的等效面積AE。當(dāng)然，桿4可以不同，并且具有被例如肩部分開的不同直徑的長度。在這種情況下，等效面積將不同。此外，如果額外的自由長度L3具有不同直徑的各個(gè)部分，在這種情況下有必要在計(jì)算額外自由長度的伸長時(shí)區(qū)分這些部分的各個(gè)等效面積。
此外，前述方程沒有考慮桿4的第二螺紋端26的變形，根據(jù)本發(fā)明的控制方法并非必須將其考慮在內(nèi)。
可以設(shè)想其他的特定情況，取決于桿4是否用在其第二端配備有整體頭的螺桿或在其兩端通過螺母保持的銷來代替。
涉及桿4、螺母6和致動(dòng)器的支架12的特性可在開始張緊桿4的方法之前重新輸入存儲(chǔ)器裝置25。特別是，有必要重新輸入以下值桿4的各種長度、各長度的等效直徑、與支架12和螺母6嚙合的長度的修正系數(shù)(或用來計(jì)算它們的要素)以及桿的材料在拉應(yīng)力下的楊氏模量。
對于每種應(yīng)用，可以重新輸入這些值。值的輸入將適用于相同應(yīng)用的所有相同夾緊桿。還可以設(shè)置存儲(chǔ)器裝置25以包含用于當(dāng)前應(yīng)用的各組當(dāng)前值，并且操作員從預(yù)先記錄的值中選擇那些對應(yīng)于待夾緊結(jié)構(gòu)和/或待控制結(jié)構(gòu)的值。
上面描述了初始靜止的桿的張緊控制。所述控制方法也可以應(yīng)用于已經(jīng)在最初預(yù)加應(yīng)力的桿，如上面提到的和下面將參考圖3解釋的那樣，再次采用了用于圖1和2的附圖標(biāo)記。
最后這幅示了設(shè)置有橫坐標(biāo)軸X和縱坐標(biāo)軸Y的圖表，橫坐標(biāo)軸X上繪制了第二傳感器提供的值，表示施加到桿上的力，縱坐標(biāo)軸Y繪制了第一傳感器提供的值，表示桿的伸長。
曲線C，其代表伸長和施加到已經(jīng)夾緊的桿上的張力或拉伸力之間關(guān)系的改變，該曲線C在各部分中是連續(xù)線性的。曲線C首先在對應(yīng)于零張力和由傳感器表示的伸長為零的0點(diǎn)以及對應(yīng)于由傳感器表示的伸長為VL的第一值FL之間的間隔上呈第一線性。然后，在標(biāo)出的斜率變化之后，曲線C在值FL和對應(yīng)于傳感器表示的伸長為VH的最終值FH之間的間隔上呈更高斜率的線性。
可以清楚看到的是，在表明伸長/力關(guān)系特征的曲線中在張力或拉伸力越過第一值FL時(shí)在斜率中存在突變。
開始時(shí)不知道桿的初始預(yù)應(yīng)力。在第一步，只要施加的力不超過有效長度中的初始預(yù)應(yīng)力，桿的有效長度就不會(huì)在張力或拉伸力的作用下伸長，螺母仍然保持接觸并且僅僅桿的位于螺紋之上的部分被伸長。在第二步，當(dāng)施加的力超過初始預(yù)應(yīng)力時(shí)，螺母開始從支撐面松弛，并且桿總體上被伸長，包括有效夾緊長度。
應(yīng)該理解，曲線的第一部分對應(yīng)于第一步，具有更高斜率的第二部分對應(yīng)于第二步。
一旦到達(dá)第二步，通過將曲線的第二部分向負(fù)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)延伸從而與縱坐標(biāo)軸交叉(在圖中由虛線表示)，有可能通過推斷確定出值VI，如果桿被釋放而回到其靜止位置的話該值VI可由第一傳感器表示。如圖所示，從而在縱坐標(biāo)軸上確定出對應(yīng)于施加的力為零的橫坐標(biāo)的該值VI。
實(shí)際上，處理模塊可記錄兩個(gè)曲線部分上的幾個(gè)點(diǎn)，以公知的方式進(jìn)行線性回歸來確定斜率并且因此確定對這兩個(gè)部分給出良好近似的線性方程，并且通過簡單的計(jì)算確定值VI。
由于初始值VI現(xiàn)在是已知的，這表示回到了對初始未加預(yù)應(yīng)力的桿使用該方法的狀態(tài)，并且可使用前述的方程(1)-(11)。
當(dāng)然，借助于可記錄數(shù)據(jù)、可接收輸入、可確保計(jì)算和可產(chǎn)生用來操作致動(dòng)器和用來實(shí)現(xiàn)接觸的合適指令的裝置，可執(zhí)行這種允許對處于初始狀態(tài)的靜止桿進(jìn)行可控夾緊或者允許對已經(jīng)預(yù)加應(yīng)力的桿進(jìn)行控制和/或重新夾緊的方法。
因此，依靠本發(fā)明，得到了用來控制夾緊桿拉伸應(yīng)力的方法，該方法是精確的并且可以簡單的方式執(zhí)行，并且無需預(yù)先標(biāo)定。
權(quán)利要求
1.一種用來控制桿(4)例如螺桿或銷的拉伸應(yīng)力的方法，通過所述桿的軸向伸長并在桿被釋放前定位至少一個(gè)保持部件(6)，使得桿在有效夾緊長度的兩端被阻止，并具有殘余夾緊張力，其特征在于，通過將拉伸(VH)期間和釋放之后(VO)由至少一個(gè)傳感器提供的值與拉伸之前由該傳感器提供的基準(zhǔn)值(VI)對比，做出了代表?xiàng)U在測得拉伸力(FH)下處于拉伸狀態(tài)(ΔLH)的伸長和桿在釋放(ΔLR)之后相對于桿在拉伸之前的伸長的測量結(jié)果，并且基于這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出了被釋放的桿在拉伸之后的有效夾緊長度中的殘余夾緊力(FO)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行的是桿上端位移的相對測量。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行的是桿的伸長的相對測量。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，拉伸力(FH)借助于液壓致動(dòng)器施加到桿，并且基于致動(dòng)器的饋送壓力和承壓面積計(jì)算所述拉伸力。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，被釋放的桿的有效夾緊長度中的殘余夾緊力(FO)被確定為拉伸力(FH)、被拉伸的桿的有效夾緊長度的伸長(ΔLU)和被釋放的桿的有效長度的殘余伸長(ΔLUR)的函數(shù)，特別是其線性函數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，釋放的桿的有效夾緊長度中的殘余夾緊力(FO)基于施加的拉伸力(FH)乘以釋放的桿的有效夾緊長度的伸長(ΔLUR)并除以被拉伸的桿的有效夾緊長度的伸長(ΔLU)來算出。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，被拉伸的桿的有效夾緊長度的伸長(ΔLU)從拉伸力(FH)和被拉伸的桿的伸長(ΔLH)推導(dǎo)出。
8.如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，被拉伸的桿的有效夾緊長度的伸長(ΔLU)被推導(dǎo)為被拉伸的桿的伸長(ΔLH)減去額外自由長度(L3)的伸長估計(jì)值(ΔLS)再減去嚙合長度(L2)的伸長估計(jì)值(ΔLP)，其中所述額外自由長度(L3)將桿的有效夾緊長度延長超過保持部件(6)的支撐面，握緊部件(12)在所述嚙合長度(L2)上產(chǎn)生嚙合借助于致動(dòng)器(7)實(shí)現(xiàn)桿的拉伸。
9.如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將桿的有效長度延長超過保持部件(6)的支撐面的額外自由長度(L3)的伸長(ΔLS)基于被拉伸的桿的伸長(ΔLH)和拉伸力(FH)計(jì)算。
10.如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，握緊部件(12)在其上產(chǎn)生嚙合以拉伸桿的嚙合長度(L2)的伸長(ΔLP)基于被拉伸的桿的伸長(ΔLH)和拉伸力(FH)計(jì)算。
11.如權(quán)利要求3-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在桿被初始預(yù)加應(yīng)力并且被所述保持部件阻止的情況下，施加到桿的拉伸力與桿相對于其拉伸前的伸長的相對測量結(jié)果一起逐漸增加，將傳感器提供的值與拉伸前的初始值比較，力/伸長關(guān)系(曲線C)的變化被控制直到檢測到斜率突變，所述突變表明拉伸力超過了桿的初始預(yù)應(yīng)力，由傳感器指明的桿在靜止時(shí)的基準(zhǔn)值被確定為超出所述斜率突變的力/伸長關(guān)系中的變化的函數(shù)，并且該新值用作桿的伸長的相對測量結(jié)果的基準(zhǔn)值并且用來控制桿的張力。
12.一種用來執(zhí)行控制夾緊桿張力的方法的裝置，包括致動(dòng)器、力傳感器、桿伸長傳感器，其特征在于，其包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元能夠接收來自伸長傳感器的輸出信號(hào)和來自力傳感器的輸出信號(hào)，所述單元包括一種模塊，通過將伸長傳感器在拉伸期間和在釋放之后提供的值與該傳感器在桿處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)提供的基準(zhǔn)值進(jìn)行對比，所述模塊能夠計(jì)算代表?xiàng)U在拉伸狀態(tài)和在釋放之后的有效夾緊長度的伸長的數(shù)據(jù)項(xiàng)，因此，所述模塊能夠從所述計(jì)算結(jié)果中推導(dǎo)出桿的有效夾緊長度中的殘余夾緊力(FO)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述單元包括能夠計(jì)算桿的伸長的模塊。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述單元包括能夠計(jì)算桿的上端的位移的模塊。
15.如權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，其包括用來獲得桿的參數(shù)和致動(dòng)器參數(shù)的接口以及用來儲(chǔ)存這些參數(shù)的存儲(chǔ)器裝置。
全文摘要
一種用來控制桿(4)例如螺桿或銷的拉伸應(yīng)力的方法，通過在桿釋放前，軸向張拉桿和定位至少一個(gè)保持部件(6)來實(shí)施，以這種方式，其有效夾緊長度的兩端利用殘余夾緊張力阻塞，其特征在于，通過將拉伸期間和釋放之后由至少一個(gè)傳感器提供的值與拉伸之前由該傳感器提供的基準(zhǔn)值對比，做出了代表?xiàng)U在拉伸力下處于拉伸狀態(tài)的伸長和桿在釋放之后相對于桿在拉伸之前的伸長的測量結(jié)果，并且基于這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出了被釋放的桿在拉伸之后的有效夾緊長度中的殘余夾緊力。
文檔編號(hào)B25B29/02GK1989400SQ200580025347
公開日2007年6月27日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者讓-米歇爾·蒙維利 申請人:Skf公司