便携式力矩智能装置的研制及应用

便携式力矩智能装置的研制及应用

陈瑞峰吕小浩苗国立庄培

（河南送变电建设有限公司，河南郑州，450051）

摘要：目前市场上力矩扳手种类很多，其中手动指针式是市场上的主流产品，价格便宜，缺点是精度较低。其它几种相对来说价格昂贵，不过在一些对螺纹紧固件的拧紧力矩的精度能很高，但需要人及效率要求较高的行业，需求也越来越大。定值报警式力矩扳手多采用微处理器数字化处需要查有一些理技术，以应变片作为传感器，预设最大力矩值，施加力矩达到预设值时报警提醒。气动、电动和液压过载失效式力矩扳手则是在力矩值达到预设值之后动力模块卸载实现力矩失效。而且都具有力矩值监控，峰值设定及预警等功能，有的还具有无线传输功能，与配备的无线传输终端进行通讯，终端进行数据的记录和管理。从传统的指针式力矩报手到现在的具有多种功能的数量力矩报手伴随着科技的发展

实现了质的飞跃。

关键词：便携式力矩智；数显力矩；系统分析；

现有的力矩扳手具有以下优点：①技术成熟、性能稳定；②操作界面人性化；③数据处理功能强等。1、系统组件多操作复杂：厂家提出了一种智能担矩报手系统包含电子标签，招矩板手，信息管理软件等，通过一系列的智能芯片完成所需功能。使用该板手系统时，需要同时启动计算机，并对螺栓信息进行编号，使用效率比较低，操作比较复杂。同类的担矩扳手均存在结构复杂的问题。2、精度和价格难两全：目前市场上的力矩扳手存在着精度和价格难两全的困境，精度较高的板手通常是数显式力矩扳手，进口产品居多，价格普遍较高。价格较低的多为结构简单的指针式担矩板手，其精度低，难以满足使用要求。这也是力矩板手在相关领域应用不够广泛的原因之一。3、智能化程度低：现有的力矩报手都具有施加和监控力矩值的功能，但是对于规格不同的螺栓施加多大的力矩值仍需要人工设定。4、动力供应通用化、对于数显式力矩扳手都有传感器和控制电路，通常采用充电电池供电。在电池电量不足时会直接影响精度。5、性能稳定的人性化产品，设计时应增强产品的实用性及稳定性。另外，力矩扳手的设计应该充分遵循人机工程学的设计原则，手柄长度可以随着所施加的力矩值的大小的设定来调整。通过调整力臂的大小可使操作更加便捷。6、参数设定智能化。在更换套简时力矩扳手的电控系统应该对套筒的规格进行识别，根据套筒规格与螺栓规格的关联关系自动设定所需施加的柠紧力矩最大值，实现拧紧力矩峰值自动设定，避免对经验的依赖。

项目研究内容的原理简述；现有的力矩扳手系统组件多操作复杂，包含电子标签，招矩板手，信息管理软件等，需要同时启动计算机，并对螺栓信息进行编号，信息录入管理软件，使用效率比较低，操作比较复杂，并且精度和价格难两全，是个矛盾体。精度较高的板手通常是数显式力矩扳手，进口产品居多，价格普遍较高。价格较低的多为结构简单的指针式担矩板手，其精度低，难以满足使用要求。而且智能化程度低，现有的力矩报手都具有施加和监控力矩值的功能，但是对于规格不同的螺栓施加多大的力矩值仍需要人工设定。针对不同螺栓的预紧力矩值的大小需要查询相关手册或者运用公式计算得知。本项目主要研究包括力矩测量系统、快速安装拆卸系统、配套软件系统。利用既有的扳手进行快速安装，通过手机小程序与数据库进行各种螺母的预设力矩，实现测量力矩和智能传输至终端并记录的功能，当力矩不符合要求时，该装置会发出警报，同时管理者手机会发出警报提醒并标注位置。降低成本，多重使用，方便快捷，省时省力。

项目研究内容的理论或者实践依据；目完成了整体功能性方案的设计，借鉴现有的扭力扳手进行设计，依据理论知识进行模拟并召集专家进行可行性论证并通过。项目主要研究包括力矩测量系统、快速安装拆卸系统、配套软件系统。利用既有的扳手进行快速安装，通过手机小程序预设力矩，实现测量力矩和智能传输至终端并记录的功能，当力矩不符合要求时，该装置会发出警报，同时管理者手机会发出警报提醒并标注位置。降低成本，多重使用，方便快捷，省时省力。1、力矩测量系统的研究、力矩扳手是利用电阻应变原理的传感器和数字放大仪器数字显示器组成。现在一般使用的传感器是在力矩轴上贴上应变片，当在力矩轴上施加力矩时应变片阻值发生变化，造成桥路不平衡来达到测量力矩大小的目的。主要研究测量原理、预警值发出警报和可以方便的更换应变片，进行拆卸的的装置2、快速安装拆卸系统该系统是为了将力矩智能装置与既有的扳手相结合，实现快速安装与拆卸的功能，并兼顾性能稳定和可靠、方便快捷。还要符合人体工程学原理，在人使劲的时候比较舒服，不会影响施工过程。并且快拆系统适用范围广，不同型号的扳手都可以用。3、软件系统主要包括移动端软件。该软件的作用是将力矩扳手上采集到的数据传输到管理者的手机上，当有不合格的情况发生时，管理者的手机会进行推送并标注位置，同时发生警报。具体的理论研究步骤，现场试验的地点和试验计划1、信息调研：一是调研选定参考对象，手柄人体工程学优化设计，握持舒适，大大降低高强度操作时产生的疲劳感。按照现有的手柄设计快速安装和拆卸系统，确定外观模样。二是功能执行设备调研选型，包括选定改装的扳手、实现功能的设备选定、测量原理类型的选定等。2、硬件研发：需要将目标进行分解，分别研发力矩测量系统、数显装置、信号传输装置、快速安装拆卸系统以及警报装置。对这些装置进行定制化加工，进行组装，搭配现有的普通扳手，组合成力矩扳手，配套合适的底板、走线、扩展模块设计、机械结构设计，设计研发一套轻量化的硬件平台。完成硬件设备的研发。3、测试数据采集及设备调试：当设备进行组装好后，进行根据调研阶段完成的装置进行实验，开展相关不同类螺栓紧固力矩的信息采集，与测量出的准确力矩进行对比分析，同时进行研发出的硬件设备功能性测试，发现硬件设备故障点、不适配点，反馈硬件研发进行硬件设备方案修改。4、测量控制平台+数据传输算法技术研究。根据选定的内置模块硬件，进行平台端和移动端的软件开发适配，使之匹配现有的硬件和各种测量数据，并在平台里植入不同种类螺母的力矩预设值数据库。

结语

创新性的采用模块化的设计，适应不同的施工状况，并将数显装置和高精密应变片的引入，增加了力矩智能装置的精度和耐用性。并将网络适配器应用到装置中来，预设多类型的数据库和预设值，并将力矩数值传输，提高装置的智能化程度，本项目的创新体现在：智能化程度高、便携式力矩智能装置的智能化程度高，有自己的数据库和预设值，当力矩不符合规范时会发出警报并推送至管理者，标注不合格的位置并记录；体积小、创新型的采用模块化的设计，体型小，精度高；适应性强、便携式力矩智能装置适用于多种扳手及螺母；项目解决的主要问题。利用现有的扳手进行改造目前的力矩扳手组成较为复杂，且形式比较少，此项目研制的力矩智能装置采用模数化设计，适用多种类型的扳手，将目前已有的扳手利用起来，通过快速拆卸进行转换，将普通的扳手转换成力矩扳手，节省财力、物力、人力。提高紧固螺母施工质量、目前大多数的施工都采用普通扳手，只能通过工人的经验和感觉来控制力矩的大小，螺母是否紧固到位，通过对现有的扳手进行改造，可以通过控制力矩来进行紧固螺母，符合规范的要求，提高施工质量。降低成本、目前力矩扳手进口产品居多，价格普遍较高。通过研制本装置改造旧扳手使之变为力矩扳手，成本低，精度高，智能化程度高。