CN107339309A - 一种智能紧固件的预紧力监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能紧固件的预紧力的监测系统，包括至少一智能紧固件、数据接收端、数据处理器和远端服务器，所述智能紧固件包括螺栓本体，所述螺栓本体的头部向杆部的中部设置有轴向孔，在所述轴向孔内固定有一拉伸测量杆，所述螺栓本体的头部还设置有保护盖，所述保护盖内部设置有用于感应所述拉伸测量杆的轴向位移量的高精度位移测量单元，所述高精度位移测量单元具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块；所述数据接收端与所述高精度位移测量单元的有线或无线信号发射模块连接，所述数据接收端将数据送至所述数据处理器进行处理，将拉伸测量杆的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力，之后再送至所述远端服务器。
Description
技术领域
本发明涉及紧固件领域，特别涉及一种智能紧固件的预紧力监测系统。
背景技术
由于生产操作上的需要以及制造、安装、检修、运输的方便，容器经常做成可拆卸的结构，法兰连接是最常见的可拆卸连接结构。法兰连接除了满足法兰强度、刚度的要求外，还要保证在操作工况下法兰面之间不发生泄露。法兰连接依靠螺栓压紧法兰，从而把垫片压紧达到密封效果。所以，事先要施加给螺栓多大的预紧力对法兰满足以上要求有相当重要的作用。
目前，控制螺栓预紧力的方法有：力矩法、螺母转角法、液压拉伸法。各种方法特点如下：
力矩法是用测力矩扳手控制预紧力，是国内外长期以来应用广泛的控制预紧力的方法。由于其通过扭力间接测量预紧力，相同的扭力不同的摩擦系数对应不同的预紧力。所以其误差达+/-25％以上。
螺母转角法是先把螺栓副拧紧到“紧贴”位置，再转过一定角度，误差在+/-15％以上。其“紧贴”位置不好判断，对人员的经验有高的要求。
液压拉伸法是用螺栓在弹性范围内时的预紧力控制。误差在+/-10％以上。而且使用麻烦，费用高，对空间的要求高，只能使用于特殊场合。
以上方法都不能很好精确地控制螺栓预紧力。
为此，目前有中国专利授权公告号CN201925305U(授权公告日2011.08.10)公开了一种预紧应力指示螺栓，但是该螺栓只能通过变化的标记颜色与标准色板进行比较，即通过螺栓的应变值确定螺栓所承受的预紧力的大小，这种判断方法误差大，不适用于高精度场合。而且目前也没有紧固件的预紧力监测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能紧固件的预紧力的监测系统。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，包括至少一智能紧固件、数据接收端、数据处理器和远端服务器，所述智能紧固件包括螺栓本体，所述螺栓本体的头部向杆部的中部设置有轴向孔，在所述轴向孔内固定有一拉伸测量杆，所述螺栓本体的头部还设置有保护盖，所述保护盖内部设置有用于感应所述拉伸测量杆的轴向位移量的高精度位移测量单元，所述高精度位移测量单元具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块；所述数据接收端与所述高精度位移测量单元的有线或无线信号发射模块连接，所述数据接收端将数据送至所述数据处理器进行处理，将拉伸测量杆的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力，之后再送至所述远端服务器。
在本发明的一个优选实施例中，所述远端服务器还与报警装置连接，当所述远端服务器接收到智能紧固件的预紧力超过预设定值时，所述报警装置发出警报。
在本发明的一个优选实施例中，所述拉伸测量杆的外表面沿轴向设置有外螺纹，所述轴向孔为轴向螺纹孔，所述拉伸测量杆与所述轴向螺纹孔之间通过螺纹连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述拉伸测量杆的外壁与所述轴向孔之间的内壁通过胶水固定。
在本发明的一个优选实施例中，所述拉伸测量杆与所述轴向孔之间通过过盈配合固定。
在本发明的一个优选实施例中，所述高精度位移测量单元为高精度位移传感器。
由于采用了如上的技术方案，本发明的监测系统能够通过智能紧固件的高精度位移测量单元测量拉伸测量杆的轴向位移量，进而推算出预紧力，与现有技术的预紧应力指示螺栓相比具有精度高、结果数据化的优点。而且能够将测量到的预紧力值通过有线或无线信号发射模块传输到远端服务器中，作预紧力值在线监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例的一种智能紧固件的结构示意图。
图2是本发明一种实施例的一种智能紧固件的预紧力的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种智能紧固件，包括螺栓本体100，螺栓本体100由第一端向第二端依次包括螺纹段110、中部光杆段120、头部130。螺栓本体100的头部130向杆部的中部设置有轴向孔140，在轴向孔140内固定有一拉伸测量杆200。本实施例中的拉伸测量杆200的外表面沿轴向设置有外螺纹210，轴向孔140为轴向螺纹孔，拉伸测量杆210与轴向螺纹孔140之间通过螺纹连接。当然拉伸测量杆200与轴向孔140之间还有别的固定方式，例如拉伸测量杆200的外壁与轴向孔140之间的内壁通过胶水固定；或者，拉伸测量杆200与轴向孔140之间通过过盈配合固定。
螺栓本体100的头部还设置有保护盖300，保护盖300由不具备信号屏蔽效果的材料制成，避免保护盖300的内部形成信号屏蔽区域。保护盖300内部设置有用于感应拉伸测量杆200的轴向位移量的高精度位移测量单元400，高精度位移测量单元400具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块410。高精度位移测量单元400为高精度位移传感器，与有线或无线信号发射模块410在市面上均可以购买，为现有技术。
一种智能紧固件的预紧力的测量方法，包括如下步骤：
1)获取通过如上述技术方案的高精度位移测量单元测量到的拉伸测量杆的轴向位移量△L；
2)将轴向位移量△L代入如下公式：
F＝E×A×△L/L， (1)
其中，F为智能紧固件的预紧力，E为螺栓本体材料弹性模量，A为螺栓本体的中部光杆段的径向截面积，L为螺栓本体的总长度，E、A、L均为固定常量。
上述公式(1)的推导过程如下：
根据拉伸应力固有的公式：
σ＝E×△L/L (2)
σ＝F/A (3)
其中，σ为螺栓的拉伸应力，E为螺栓本体材料弹性模量，A为螺栓本体的中部光杆段的径向截面积，△L为由高精度位移测量单元测量到的拉伸测量杆的轴向位移量，L为螺栓本体的总长度，F为紧固件的预紧力。根据公式(2)、(3)可得到公式(1)：
F＝E×A×△L/L， (1)
由于螺栓的特征参数E、A、L均为固定常量，根据公式(1)可知，测量出高精度位移测量单元测量到的拉伸测量杆的轴向位移量△L就能根据公式(1)计算出紧固件的预紧力F。
参见图2所示的一种智能紧固件的预紧力的监测系统，包括至少一如上述的智能紧固件、数据接收端500、数据处理器600和远端服务器700，数据接收端500与高精度位移测量单元400的有线或无线信号发射模块410连接，数据接收端500将数据送至数据处理器600进行处理，将拉伸测量杆200的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力，之后再送至远端服务器700进行在线监测。本实施例中的智能紧固件可为多个，也可为一个。数据处理器600的计算方法采用如上述的一种智能紧固件的预紧力的测量方法。
为了使得本发明实时发出警报，本实施例中的远端服务器700还与报警装置800连接，当远端服务器700接收到智能紧固件的预紧力超过预设定值时，报警装置800发出警报。
工作时，当给螺栓本体100施加预紧力时，螺栓本体100的中部光杆段120会发生拉伸(如图1中箭头方向所示)，进而带动拉伸测量杆200产生轴向位移量，此时的高精度位移测量单元400便可感应采集拉伸测量杆200产生的轴向位移量，数据接收端500用以接收智能紧固件的有线或无线信号发送模块发出的拉伸测量杆的轴向位移量数据，数据接收端500将数据送至数据处理器600进行处理，将拉伸测量杆200的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力，之后再送至远端服务器700进行在线监测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，包括至少一智能紧固件、数据接收端、数据处理器和远端服务器，所述智能紧固件包括螺栓本体，所述螺栓本体的头部向杆部的中部设置有轴向孔，在所述轴向孔内固定有一拉伸测量杆，所述螺栓本体的头部还设置有保护盖，所述保护盖内部设置有用于感应所述拉伸测量杆的轴向位移量的高精度位移测量单元，所述高精度位移测量单元具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块；所述数据接收端与所述高精度位移测量单元的有线或无线信号发射模块连接，所述数据接收端将数据送至所述数据处理器进行处理，将拉伸测量杆的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力，之后再送至所述远端服务器。
2.如权利要求1所述的一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，所述远端服务器还与报警装置连接，当所述远端服务器接收到智能紧固件的预紧力超过预设定值时，所述报警装置发出警报。
3.如权利要求1或2所述的一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，所述拉伸测量杆的外表面沿轴向设置有外螺纹，所述轴向孔为轴向螺纹孔，所述拉伸测量杆与所述轴向螺纹孔之间通过螺纹连接。
4.如权利要求1或2所述的一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，所述拉伸测量杆的外壁与所述轴向孔之间的内壁通过胶水固定。
5.如权利要求1或2所述的一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，所述拉伸测量杆与所述轴向孔之间通过过盈配合固定。
6.如权利要求1或2所述的一种智能紧固件的预紧力的监测系统，其特征在于，所述高精度位移测量单元为高精度位移传感器。
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