CN107907096A - 基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置及其检测方法 - Google Patents

基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，以及为了实施所述基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置的检测方法，在不改变被测螺栓的结构和强度的基础上，通过在被测螺栓外侧加装一套基于应变原理的检测系统，用于检测基础和螺栓之间的变形量，通过阈值比较实现螺栓松动检测，实现对大型结构的高负荷承载螺栓连接进行在线监测和分析。

Description

基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置及其检测方法。
背景技术
在大型或者重型机械设备如水轮发电机等，都使用大型紧固件螺栓来承载负荷设备，这些螺栓要使用预应力紧固的安装工艺，在长时间运行中，在振动、冲击、疲劳、摩擦等载荷的长期作用下，螺栓连接的状态往往会发生改变，出现滑动、分离甚至松脱等现象。连接状态的改变会破坏结构的完整性，危害结构的功能性和安全性。螺栓承受拉、压循环作用，在拉、压交变负荷作用下，螺纹发生塑性变形而导致应力松弛，使螺栓预紧力减少，随着预紧力的减少，无法克服螺栓啮合部位产生的摩擦力矩，最终使预紧力消失。螺栓在循环载荷和强迫振动的作用下会出现疲劳损伤和松动现象，甚至造成螺栓的断裂，螺栓的失效会造成灾难性的后果和重大财产损失，因此，为了预防螺栓松动、螺栓的变形、甚至螺栓的断裂，对大型结构的高负荷承载螺栓连接进行在线监测和分析至关重要。
在已知的文献和专利中，大多采用在在螺帽与被连接构件之间安装压电感应元件(带有敏感元件的垫片)，用于监测螺栓在使用过程中螺杆的张力大小变化来判断螺栓是否松动。然而，在重型机械设备中，这种方式存在以下问题：一、螺栓的强度极高，要求能承载大负荷，带敏感元件的垫片要求极大的抗压强度；二、改变了原有螺栓结构的强度和结构，其强度薄弱点反而集中到敏感元件的垫片上；安装垫片后反而会导致螺栓结构的强度发生改变，这对大型机械设备的螺栓结构来说是不安全的。
本发明则并不改变原来螺栓的结构和强度，在其螺栓外侧加装一套基于应变原理的检测系统，用于检测基础和螺栓之间的变形量，通过阈值比较实现螺栓松动检测。
发明内容
本发明的一个目的是在不改变被测螺栓的结构和强度的基础上，在被测螺栓外侧加装一套基于应变原理的检测系统，用于检测基础和螺栓之间的变形量，通过阈值比较实现螺栓松动在线检测。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，其特征在于，包括：
钢质支撑结构，其包括竖直架体和两个横向架体；下端横向架体固定在被连接件上；
上端横向架体设置有第一螺丝和调整螺母；所述第一螺丝穿过上端横向架体，其底端与被测螺栓的螺帽相贴且不受力；所述调整螺母的上端面贴于上端横向架体的下端面以及
敏感元件，其粘贴于所述竖直架体靠近被测螺栓的一侧，所述敏感元件连接采集检测装置。
优选的是，所述敏感元件为焊接式弦式应变片。
优选的是，所述采集检测装置，包括：
供电模块，其为所述焊接式弦式应变片及整个采集检测装置提供电源；
信号调理模块，其将所述焊接式弦式应变片输出的电压信号进行放大、调整、滤波；
A/D采集模块，其直接将所述信号调理模块处理后的电压信号进行模数转换，转换成为计算机可以识别的数字信号；
信号处理模块，其将所述A/D采集模块转换后的信号进行比较、处理，所得结果如果超过预设值，则发出报警信号。
优选的是，所述下端架体通过第二螺丝固定在被连接件上。
优选的是，所述第一螺丝与被测螺栓的螺帽的接触位置在所述被测螺栓轴线偏向所述竖直架体一侧。
优选的是，所述竖直架体与被测螺栓的螺杆的距离为5～15mm。
为了配合所述的基于应变式原理的螺栓松动的在线检测传感装置，本发明还提供了其检测方法，包括：
步骤一、在被测螺栓外侧固定传感装置，从传感装置中引出电源线和信号线，连接采集检测装置；
步骤二、预设变形量阈值；
步骤三、根据所述采集检测装置在预设报警时间内实时检测的应变变形量，如果超过预设的最大阈值，发出报警信号，反之则不报警。
优选的是，所述应变变形量＝实时变形位移-基础变形位移，其中所述基础变形位移为初始安装时测得的变形位移量，所述实时变形位移为预设报警时间内的平均变形量。
优选的是，所述预设报警时间为10s以上，报警时间选在第10s。
优选的是，所述预设的最大阈值根据螺栓的材质和安装预紧力来确定，取安装预紧力的150％～200％时的变形量。
本发明至少包括以下有益效果：本发明在不改变被测螺栓的结构和强度的基础上，通过在线检测基础和螺栓之间的应变大小，并将其与预定的安全阈值进行对比，用以确定螺栓的松动情况。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的传感器装置的示意图；
图2为本发明所述的钢质支撑结构的示意图；
图3为本发明所述基于应变式原理的螺栓松动的在线检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，如图1，本发明提供了一种基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，包括：
钢质支撑结构，其包括竖直架体3和两个横向架体；下端横向架体固定在被连接件1上；上端横向架体设置有第一螺丝6和调整螺母7；所述第一螺丝6穿过上端横向架体，其底端与被测螺栓2的螺帽相贴且不受力；所述调整螺母7的上端面贴于上端横向架体的下端面以及
敏感元件4，其粘贴于所述竖直架体靠近被测螺栓的一侧，所述敏感元件连接采集检测装置。
在其中一个实施例中，所述敏感元件4为焊接式弦式应变片。
在其中一个实施例中，所述采集检测装置，包括：
供电模块，其为所述焊接式弦式应变片4及整个采集检测装置提供电源；
信号调理模块，其将所述焊接式弦式应变片4输出的电压信号进行放大、调整、滤波；
A/D采集模块，其直接将所述信号调理模块处理后的电压信号进行模数转换，转换成为计算机可以识别的数字信号；
信号处理模块，其将所述A/D采集模块转换后的信号进行比较、处理，所得结果如果超过预设值，则发出报警信号。
在其中一个实施例中，所述下端架体通过第二螺丝5固定在被连接件上。
在其中一个实施例中，所述第一螺丝6与被测螺栓2的螺帽的接触位置在所述被测螺栓轴线偏向所述竖直架体一侧。
在其中一个实施例中，所述竖直架体3与被测螺栓2的螺杆的距离为5～15mm。
为了配合所述的基于应变式原理的螺栓松动的在线检测传感装置，本发明还提供了其检测方法，包括：
步骤一、在被测螺栓2外侧固定传感装置，从传感装置中引出电源线和信号线，连接采集检测装置；
步骤二、预设变形量阈值；
步骤三、根据所述采集检测装置在预设报警时间内实时检测的应变变形量，如果超过预设的最大阈值，发出报警信号，反之则不报警。
在其中一个实施例中，所述应变变形量＝实时变形位移-基础变形位移，其中所述基础变形位移为初始安装时测得的变形位移量，所述实时变形位移为预设报警时间内的平均变形量。
在其中一个实施例中，所述预设报警时间为10s以上，报警时间选在第10s。
在其中一个实施例中，所述预设的最大阈值根据螺栓的材质和安装预紧力来确定，取安装预紧力的150％～200％时的变形量。
在其中一个实施例中，当被测螺栓2产生松动时，必然会引起被测螺栓2螺帽的抬升，由于传感支撑架上的第一螺丝6已经压紧在螺帽上，那么被测螺栓2螺帽的抬升将会引起传感支架的拉伸，这个拉伸变型会被紧贴在支架内侧的焊接式弦式应变片4感应，引起焊接式弦式应变片4输出的变化，此时通过采集监测装置检测该信号，并发出报警信号。实际检测流程如图3所示。
本发明在不改变原来螺栓的结构和强度的基础上，在其螺栓外侧加装一套基于应变原理的检测系统，通过在线检测被连接件和螺栓之间的应变大小，并将其与预定的最大阈值进行对比，用以确定螺栓的松动情况。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，其特征在于，包括：
钢质支撑结构，其包括竖直架体和两个横向架体；下端横向架体固定在被连接件上；上端横向架体设置有第一螺丝和调整螺母；所述第一螺丝穿过上端横向架体，其底端与被测螺栓的螺帽相贴且不受力；所述调整螺母的上端面贴于上端横向架体的下端面以及
敏感元件，其粘贴于所述竖直架体靠近被测螺栓的一侧，所述敏感元件连接采集检测装置。
2.如权利要求1所述的基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，其特征在于，所述敏感元件为焊接式弦式应变片。
3.如权利要求1所述的基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，其特征在于，所述采集检测装置，包括：
供电模块，其为所述焊接式弦式应变片及整个采集检测装置提供电源；
信号调理模块，其将所述焊接式弦式应变片输出的电压信号进行放大、调整、滤波；
A/D采集模块，其直接将所述信号调理模块处理后的电压信号进行模数转换，转换成为计算机可以识别的数字信号；
信号处理模块，其将所述A/D采集模块转换后的信号进行比较、处理，所得结果如果超过预设值，则发出报警信号。
4.如权利要求1所述的基于应变式原理的螺栓松动在线检测传感装置，其特征在于，所述下端架体通过第二螺丝固定在被连接件上。
5.如权利要求1或3所述的采集检测装置，其特征在于，所述第一螺丝与被测螺栓的螺帽的接触位置在所述被测螺栓轴线偏向所述竖直架体一侧。
6.如权利要求1或3所述的采集检测装置，其特征在于，所述竖直架体与被测螺栓的螺杆的距离为5～15mm。
7.一种基于权利要求1所述的基于应变式原理螺栓松动的在线检测传感装置的检测方法，其特征在于，包括：
步骤一、在被测螺栓外侧固定传感装置，从传感装置中引出电源线和信号线，连接采集检测装置；
步骤二、预设变形量最大阈值；
步骤三、根据所述采集检测装置在预设报警时间内实时检测的应变变形量，如果超过预设的最大阈值，发出报警信号，反之则不报警。
8.如权利要求7所述的基于应变式原理的螺栓松动的在线检测方法，其特征在于，所述应变变形量＝实时变形位移-基础变形位移，其中所述基础变形位移为初始安装时测得的变形位移量，所述实时变形位移为预设报警时间内的平均变形量。
9.如权利要求7所述的基于应变式原理的螺栓松动的在线检测方法，其特征在于，所述预设报警时间为10s以上，报警时间选在第10s。
10.如权利要求7所述的基于应变式原理的螺栓松动的在线检测方法，其特征在于，所述预设的最大阈值根据螺栓的材质和安装预紧力来确定，取安装预紧力的150％～200％时的变形量。
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