[發(fā)明專利]一種電動沖擊扳手輸出扭矩控制方法

有效

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• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113510651B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王留軍;劉明;萬里瑞;張志輝;張劼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵路鄭州局集團有限公司科學(xué)技術(shù)研究所;鄭州時享電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: B25B21/02
• 分類號: B25B21/02;B25B23/147
• 代理公司: 鄭州金成知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41121
• 代理人: 白毅明

1.一種電動沖擊扳手輸出扭矩控制方法，其特征在于：

1）基于以無刷電機為動力的電動沖擊扳手，針對待施扭螺紋副規(guī)格和類型以及工件特征，采用沖擊扭矩校準裝置通過試驗建立轉(zhuǎn)速-扭矩、轉(zhuǎn)速-沖擊次數(shù)-扭矩、螺紋副規(guī)格-電流和螺紋副類型-電流關(guān)系數(shù)據(jù)表，并存儲于電動沖擊扳手控制器的微處理器中；

2）微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)扭矩并利用轉(zhuǎn)速-沖擊次數(shù)-扭矩關(guān)系數(shù)據(jù)表和用戶選擇的計算依據(jù)，計算與預(yù)設(shè)扭矩對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速和沖擊次數(shù)，所述計算依據(jù)包括控扭準確度優(yōu)先或作業(yè)效率優(yōu)先；當選擇控扭準確度優(yōu)先時，將從多種有效組合中優(yōu)先選擇低轉(zhuǎn)速和高沖擊次數(shù)，否則優(yōu)先選擇高轉(zhuǎn)速和低沖擊次數(shù)；并且，當選擇轉(zhuǎn)速和沖擊次數(shù)為控扭主要參數(shù)時，還根據(jù)預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和沖擊次數(shù)，利用轉(zhuǎn)速-沖擊次數(shù)-扭矩關(guān)系數(shù)據(jù)表查表計算對應(yīng)的輸出扭矩值；

3）微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)的螺紋副規(guī)格-電流和螺紋副類型-電流關(guān)系數(shù)據(jù)表查表并計算確定與用戶所選螺紋副對應(yīng)的在旋緊空程時的電流閾值或電流變化率閾值；

4）微處理器根據(jù)控制開關(guān)信號控制無刷電機以預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)，通過實時檢測電機電流或電流變化率，智能判斷沖擊動作開始時刻并對預(yù)設(shè)沖擊次數(shù)減計數(shù)，計數(shù)減為零時關(guān)閉無刷電機，使電動沖擊扳手輸出扭矩準確可控。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動沖擊扳手輸出扭矩控制方法，其特征在于：微處理器與無刷電機及其驅(qū)動器，霍爾位置傳感器，霍爾電流傳感器構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；當負載或/和電源電壓變化引起電機轉(zhuǎn)速變化時，微處理器根據(jù)當前轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速間的差值，采用PID算法實時計算并動態(tài)調(diào)整輸出到無刷電機驅(qū)動器的控制信號的PWM占空比，實現(xiàn)無刷電機維持恒速運轉(zhuǎn)，使扳手套筒以恒定的角速率沖擊螺紋副，向螺紋副輸出可重復(fù)的扭矩水平。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動沖擊扳手輸出扭矩控制方法，其特征在于：用戶根據(jù)工件特征和待施扭螺紋副規(guī)格和類型，通過外部裝置的圖形界面配置電動沖擊扳手的控扭模式，形成配置文件并發(fā)送到控制器，控制器接收該配置文件并將其存儲在微處理器中；所述控扭模式為一組特征組合以及與每個特征相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，包括組合模式和/或程序模式，所述特征包括：輸出扭矩，電機轉(zhuǎn)速，沖擊次數(shù)，螺紋副規(guī)格，螺紋副類型，螺紋副個數(shù)，緊固次數(shù)，旋緊，旋松，旋松圈數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動沖擊扳手輸出扭矩控制方法，其特征在于，所述組合模式是將相關(guān)特征及其參數(shù)進行有效組合，控制電動沖擊扳手輸出特定扭矩值，組合模式包括：

1）將無刷電機轉(zhuǎn)速和旋緊兩個特征組合為一種控扭模式，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速-扭矩關(guān)系數(shù)據(jù)表查表計算并顯示此轉(zhuǎn)速下的扭矩，為螺紋副接受沖擊到不再轉(zhuǎn)動時的最大輸出正扭矩；

2）將旋松和旋松圈數(shù)兩個特征組合為一種控扭模式，用于旋松過程中避免螺栓或螺母互相脫離，以提高作業(yè)效率；工作時首先控制無刷電機維持最大反向轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)，輸出最大反向扭矩旋松螺紋副，同時檢測無刷電機的電流變化，當電流變化率大于等于設(shè)定閾值時，判斷為螺紋副已經(jīng)旋松，這時將無刷電機轉(zhuǎn)速降低到原轉(zhuǎn)速的1/2或1/3，同時檢測霍爾位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置信號，根據(jù)特定扳手速比計算設(shè)定旋松圈數(shù)對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)圈數(shù)，達到時控制無刷電機制動停止；

3）將無刷電機轉(zhuǎn)速，沖擊次數(shù)，螺紋副規(guī)格，螺紋副類型和旋緊五個特征組合為一種控扭模式，根據(jù)轉(zhuǎn)速-沖擊次數(shù)-扭矩關(guān)系數(shù)據(jù)表查表計算并顯示此模式的輸出扭矩，根據(jù)螺紋副規(guī)格-電流和螺紋副類型-電流關(guān)系數(shù)據(jù)表查表得所選螺紋副空程時的電流閾值，工作時將轉(zhuǎn)速控制在設(shè)定轉(zhuǎn)速施扭，同時檢測無刷電機的電流，當電流大于等于空程時的電流閾值時，判斷螺紋副旋緊空程結(jié)束且已就位，同時對設(shè)定的沖擊次數(shù)進行減計數(shù)，等于零時關(guān)閉無刷電機，此時的輸出扭矩為電動沖擊扳手旋緊設(shè)定螺紋副時在設(shè)定轉(zhuǎn)速和沖擊次數(shù)下的輸出扭矩；

4）將輸出扭矩，螺紋副規(guī)格，螺紋副類型和旋緊四個特征組合為一種控扭模式，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速-沖擊次數(shù)-扭矩關(guān)系數(shù)據(jù)表和用戶選擇的計算依據(jù)，查表計算并顯示此扭矩下的轉(zhuǎn)速和沖擊次數(shù)推薦值，根據(jù)螺紋副規(guī)格-電流和螺紋副類型-電流關(guān)系數(shù)據(jù)表查表得所選特殊螺紋副在旋緊空程時的電流閾值，工作時將轉(zhuǎn)速控制在推薦轉(zhuǎn)速并施扭，同時檢測無刷電機的電流，當電流大于等于電流閾值時，判斷螺紋副就位，同時按推薦的沖擊次數(shù)進行減計數(shù)，等于零時關(guān)閉電機，此時的扭矩等于設(shè)定的輸出扭矩。