CN110160772B - 一种螺栓失效检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓失效检测装置，包括：固定在连接结构上的螺栓，所述螺栓外部设置有与螺栓配合吸附的吸引部件，所述螺栓脱离连接机构时在吸附部件的吸附力作用下沿着吸附路径掉落；所述螺栓与吸附部件之间设置有紧绷状态的撞线，所述撞线与吸附路径相交；所述撞线的两个端部中至少有一个与传感单元触发连接；所述传感单元与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。通过这样的设计，当螺栓疲劳失效时，从连接结构上脱落，便可以在吸附部件的吸附力作用下沿着吸附路径掉落至吸附部件表面并被吸附固定，在掉落过程中同时撞击撞线，撞线触发传感单元，实现报警，实现螺栓的安全检测和回收，结构简单，稳定，有效。

Description

一种螺栓失效检测装置

技术领域

本发明涉及监测设备技术领域，尤其涉及螺栓失效检测装置。

背景技术

螺栓连接广泛使用于建筑、桥梁、机械设备、钢结构、风力发电组件等领域，螺栓连接的可靠性对设备的持续安全操作和运行安全性至关重要，关键高强度螺栓连接失效可能导致设备损坏甚至危及生命安全。尤其是在环境复杂而恶劣服役的高强度螺栓，不仅仅要承受动载荷冲击又承受环境腐蚀，所用连接螺栓疲劳失效高达85%，螺栓的主要失效模式是疲劳。

然而，在现有技术中，对于螺栓的监测采取的主要措施是人工巡检，定期维护，以及安装螺栓监控系统，比如采用光纤光栅智能螺栓监测系统，利用光纤应变监测技术实时感知螺栓张力变化，类似的方案还有应变片技术、超声波技术等。上述技术在使用过程中，本领域技术人员至少发现的技术问题：

1）通过人工巡检，需要工作人员针对每个螺栓认真仔细的检查，往往需要大量时间进行，同时的增加了人力成本；

2）通过现有技术的监控系统进行监测的，大多需要更换上大量安装传感器的螺栓，安装与维护比较复杂，成本高，而且不能全面监控。

因此，有必要提供螺栓失效检测装置，解决上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供螺栓失效检测装置，其安装简单，结构简单，可以精确的对螺栓失效进行检测报警，并且可以将失效的螺栓收集，防止其落入其他关键组件中。

本发明提供螺栓失效检测装置，包括：

一种螺栓失效检测装置，包括：固定在连接结构上的螺栓102，所述螺栓102外部设置有与螺栓102配合吸附的吸附部件100，所述螺栓102脱离连接机构时在吸附部件100的吸附力作用下沿着吸附路径101掉落；

所述螺栓102与吸附部件100之间设置有紧绷状态的撞线301，所述撞线301与吸附路径101相交；

所述撞线301的两个端部中至少有一个与传感单元触发连接；所述传感单元与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

通过这样的设计，当螺栓102疲劳失效时，从连接结构上脱落，便可以在吸附部件100的吸附力作用下沿着吸附路径101掉落至吸附部件100表面并被吸附固定，在掉落过程中同时撞击撞线301，撞线301触发传感单元，实现报警，实现螺栓102的安全检测和回收，结构简单，稳定，有效。

作为优选的，所述吸附部件100为磁铁，例如电磁铁或者永磁铁。优选永磁铁，吸附力稳定，受外部电力系统影响小，固定简单，可以直接吸附在连接结构上，现有的连接结构，例如法兰多为铁质。

作为优选的，所述螺栓102外部还设置有螺栓收纳盒200，所述螺栓收纳盒200靠近螺栓102的端部开设有配合螺栓102落入的开口，所述吸附部件100设置在螺栓收纳盒200内部。这样的设计，可以在螺栓102脱落后，掉入螺栓收纳盒200内，防止螺栓102进入其他的组件中，造成更加严重的后果。

作为优选的，所述撞线301一端固定，另一端与传感单元触发连接；所述撞线301上与螺栓102相撞的区域为撞击段3012，所述撞击段3012两端分别通过导向件302导向过渡；所述撞击段3012设置在螺栓收纳盒200内。这样的设计，可以通过导向件302将撞击段3012调整至最佳位置，避免撞线位置变化而使得撞击无法实现。

作为优选的，所述导向件302为导向环或者定滑轮。这样的设计是对方案的进一步优化。

作为优选的，所述导向件302为定滑轮，所述吸附路径101与定滑轮轮轴垂直设置。这样的设计，当螺栓102与撞线301撞击时，撞线301可以在定滑轮的导向下移动，撞线驱动定滑轮转动，将动摩擦转变与静摩擦，较小对撞线的损伤，提高设备的稳定性和使用周期。

作为优选的，单根撞线301上设置有一个或者两个或者多个撞击段3012，相邻的撞击段3012之间为导向段3011，每个导向段3011两端均通过定滑轮与撞击段3012过渡导向；每个撞击段3012均匹配一个螺栓收纳盒200和吸附部件，每个螺栓收纳盒200与一个螺栓102位置相对应。这样的设计，通过单根撞线301上串联多个撞击段3012可以同时对多个螺栓102实施检测，可以降低传感单元的使用个数，提高系统整体的稳定性。

作为优选的，所述单根撞线及其与其匹配的螺栓收纳盒200、吸附部件100、定滑轮、传感单元组成一个传感单元组；所述监测装置包括一个、两个或者多个传感单元组，每个传感单元组均与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。这样的设计，适用于螺栓102数量较多的情况下，分区域对螺栓102进行检测，提高检测系统的适用范围。

作为优选的，所述传感单元为拉绳位移传感器。这样的设计，可以通过拉绳位移传感器的拉线结构，实现对撞线触发端部的连接，由于拉绳位移传感器内部设置有回弹结构，在撞线301与螺栓102相撞时，拉绳位移传感器会触发，同时拉绳位移传感器将检测信号传输至报警机构，撞击完成后拉绳位移传感器可以依靠回弹结构恢复原状。

作为优选的，所述传感单元为位移传感器340，所述撞线301与传感单元配合的端部为触发端部，所述触发端部通过弹簧320与外部连接，所述撞线301上还固定有待检测部件330，所述待检测部件330与位移传感器340配合检测。在撞线301与螺栓102相撞时，待检测部件330随撞线301发生位移，同时位移传感器340检测到位移信号并将检测信号传输至报警机构，撞击完成后待检测部件330可以依靠弹簧320恢复原位。

作为优选的，所述的报警机构包括：

报警单元401；及

中间继电器402，所述中间继电器402与各个传感单元通讯连接；

所述报警单元401与中间继电器402电连接。

这样的设计，可以将多个传感单元（传感单元组）连接为一个系统。报警机构的中间继电器402接收到监测信号，在监测信号驱动下闭合报警单元401的电回路；

报警单元401发出警报。

与相关技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过这样的设计，当螺栓102疲劳失效时，从连接结构上脱落，便可以在吸附部件100的吸附力作用下沿着吸附路径101掉落至吸附部件100表面并被吸附固定，在掉落过程中同时撞击撞线301，撞线301触发传感单元，实现报警，实现螺栓102的安全检测和回收，结构简单，稳定，有效。

附图说明

图1为本发明的实施例1的连接结构示意图；

图2为本发明的实施例2的连接结构示意图；

图3为本发明多个传感单元组在单个法兰中的检测分布示意图；

图4为螺栓失效监测系统的系统框图；

图5为本发明的检测系统与整个风电控制逻辑图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

同时，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

并且，在本申请中，所述的“设置”、“设于”、“设有”可以为固定连接设置，也可以为一体设置，也可以为可拆卸固定连接设置，本领域技术人员可以根据不同状况选择合适的设置方式。

下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请参照图1，一种螺栓失效检测装置，包括：固定在连接结构上的螺栓102，所述螺栓102外部设置有与螺栓102配合吸附的吸附部件100，所述螺栓102脱离连接机构时在吸附部件100的吸附力作用下沿着吸附路径101掉落；

所述螺栓102与吸附部件100之间设置有紧绷状态的撞线301，所述撞线301与吸附路径101相交；

所述撞线301的两个端部中至少有一个与传感单元触发连接；所述传感单元与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

所述吸附部件100为磁铁。

所述螺栓102外部还设置有螺栓收纳盒200，所述螺栓收纳盒200靠近螺栓102的端部开设有配合螺栓102落入的开口，所述吸附部件100设置在螺栓收纳盒200内部。

所述撞线301一端固定，另一端与传感单元触发连接；所述撞线301上与螺栓102相撞的区域为撞击段3012，所述撞击段3012两端分别通过导向件302导向过渡；所述撞击段3012设置在螺栓收纳盒200内。

所述导向件302为导向环或者定滑轮。螺栓收纳盒200过磁铁与塔筒或壁固定，或用胶水固定，磁力大小和胶水根据具体情况选型。保护盒内拉线支撑为定滑轮，滑轮尺寸根据螺栓102和拉线尺寸确定，比如4.2mm直接拉线，选用200kg的滑轮，槽深8mm，最窄处3mm,607轴承，这一规格可以承受螺母30mm-68mm的螺栓，涵盖风电所用主要螺栓。

所述导向件302为定滑轮，所述吸附路径101与定滑轮轮轴垂直设置。

单根撞线301上设置有一个或者两个或者多个撞击段3012，相邻的撞击段3012之间为导向段3011，每个导向段3011端均通过定滑轮与撞击段3012过渡导向；每个撞击段3012均匹配一个螺栓收纳盒200和吸附部件，每个螺栓收纳盒200与一个螺栓102位置相对应。

所述单根撞线301及其与其匹配的螺栓收纳盒200、吸附部件100、定滑轮、传感单元组成一个传感单元组；所述监测装置包括一个、两个或者多个传感单元组，每个传感单元组均与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

其特征在于，所述传感单元为拉绳位移传感器。

其特征在于，所述传感单元为位移传感器340，所述撞线301与传感单元配合的端部为触发端部，所述触发端部通过弹簧320与外部连接，所述撞线上还固定有待检测部件330，所述待检测部件330与位移传感器340配合检测。

所述的报警机构包括：

报警单元401；及

中间继电器402，所述中间继电器402与各个传感单元通讯连接；

所述报警单元401与中间继电器402电连接。

实施例1

请参照图1、3，一种螺栓失效检测装置，包括：固定在连接结构上的螺栓102，所述螺栓102外部设置有与螺栓102配合吸附的吸附部件100，所述螺栓102脱离连接机构时在吸附部件100的吸附力作用下沿着吸附路径101掉落；

所述螺栓102与吸附部件100之间设置有紧绷状态的撞线301，所述撞线301与吸附路径101相交；

所述撞线301的两个端部中至少有一个与传感单元触发连接；所述传感单元与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

所述吸附部件100为磁铁。

所述螺栓102外部还设置有螺栓收纳盒200，所述螺栓收纳盒200靠近螺栓102的端部开设有配合螺栓102落入的开口，所述吸附部件100设置在螺栓收纳盒200内部。

所述撞线301一端固定，另一端与传感单元触发连接；所述撞线301上与螺栓102相撞的区域为撞击段3012，所述撞击段3012两端分别通过导向件302导向过渡；所述撞击段3012设置在螺栓102收纳盒200内。

所述导向件302为导向环或者定滑轮。

所述导向件302为定滑轮，所述吸附路径101与定滑轮轮轴垂直设置。

单根撞线301上设置有一个或者两个或者多个撞击段3012，相邻的撞击段3012之间为导向段3011，每个导向段3011两端均通过定滑轮与撞击段3012过渡导向；每个撞击段3012均匹配一个螺栓102收纳盒200和吸附部件，每个螺栓收纳盒200与一个螺栓102位置相对应。

所述单根撞线301及其与其匹配的螺栓收纳盒200、吸附部件100、定滑轮、传感单元组成一个传感单元组；所述监测装置包括一个、两个或者多个传感单元组，每个传感单元组均与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

所述传感单元为拉绳位移传感器。

请参照图4， 所述的报警机构包括：

报警单元401；及

中间继电器402，所述中间继电器402与各个传感单元通讯连接；

所述报警单元401与中间继电器402电连接。

本申请的适用领域为螺栓连接广泛使用领域，例如建筑、桥梁、机械设备、钢结构、风力发电组件等领域；以风力发电设备为例，风叶片与轮毂之间通过法兰连接，法兰通过多个高强度螺栓连接。

由于每个风叶片与轮毂之间连接的螺栓数量可以达到50个左右，可以将螺栓换分为四个区域，通过四根撞线实现监控；

单根撞线301依次穿过多个螺栓收纳盒200，螺栓收纳盒200侧壁上开设有容纳单根撞线301穿过的孔洞，每个螺栓收纳盒200底部或侧面固定有永磁吸块，螺栓收纳盒200开口端与螺栓102位置对应，撞击段3012在螺栓收纳盒200开口端和永磁吸块之间；

撞线301的一端与法兰固定，另一端（触发端）与拉绳位移传感器触发端连接，拉绳位移传感器固定在法兰上；

当螺栓102脱落时，收到永磁吸块吸附力吸附，沿着吸附路径101运行，撞击撞线301，撞线301的触发端拉动拉绳位移传感器，拉绳位移传感器将检测信号发送至中间继电器402，报警机构的中间继电器402接收到监测信号，在监测信号驱动下闭合报警单元401的电回路；

报警单元401发出警报。检测者可以控制风电设备停机，或者通过合理的程序设计系统自动控制风电设备停机。传感单元中的传感信号可以根据传感器类型进行配置选型，输出为24V电压，可以驱动继电器，进而产生声光报警，可以通过中间继电器402接入风电安全链路。

请参照图5，各传感单元之间属于或逻辑，只要有一个区域出现螺栓102脱落，整个系统产生报警。

所述系统中的拉绳位移传感器型号为：台州量子电子科技有限公司提供的WXY31-0404-A1拉绳位移传感器，当然也可以选用其他型号，本申请对此不作限定。

中继电器的型号为：JYB-714，当然也可以选用其他型号，本申请对此不作限定。

报警单元的型号为：LTE-1101L，当然也可以选用其他型号，本申请对此不作限定。

实施例2

请参照图2、3，一种螺栓失效检测装置，包括：固定在连接结构上的螺栓102，所述螺栓102外部设置有与螺栓102配合吸附的吸附部件100，所述螺栓102脱离连接机构时在吸附部件100的吸附力作用下沿着吸附路径101掉落；

所述螺栓102与吸附部件100之间设置有紧绷状态的撞线301，所述撞线301与吸附路径101相交；

所述撞线301的两个端部中至少有一个与传感单元触发连接；所述传感单元与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

所述吸附部件100为磁铁。

所述螺栓102外部还设置有螺栓收纳盒200，所述螺栓收纳盒200靠近螺栓102的端部开设有配合螺栓102落入的开口，所述吸附部件100设置在螺栓收纳盒200内部。

所述撞线301一端固定，另一端与传感单元触发连接；所述撞线301上与螺栓102相撞的区域为撞击段3012，所述撞击段3012两端分别通过导向件302导向过渡；所述撞击段3012设置在螺栓收纳盒200内。

所述导向件302为导向环或者定滑轮。

所述导向件302为定滑轮，所述吸附路径101与定滑轮轮轴垂直设置。

单根撞线301上设置有一个或者两个或者多个撞击段3012，相邻的撞击段3012之间为导向段3011，每个导向段3011两端均通过定滑轮与撞击段3012过渡导向；每个撞击段3012均匹配一个螺栓收纳盒200和吸附部件，每个螺栓收纳盒200与一个螺栓102位置相对应。

所述单根撞线301及其与其匹配的螺栓收纳盒200、吸附部件100、定滑轮、传感单元组成一个传感单元组；所述监测装置包括一个、两个或者多个传感单元组，每个传感单元组均与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

所述传感单元为位移传感器340，所述撞线301与传感单元配合的端部为触发端部，所述触发端部通过弹簧320与外部连接，所述撞线301上还固定有待检测部件330，所述待检测部件330与位移传感器340配合检测。

请参照图4， 所述的报警机构包括：

报警单元401；及

中间继电器402，所述中间继电器402与各个传感单元通讯连接；

所述报警单元401与中间继电器402电连接。

单根撞线301依次穿过多个螺栓收纳盒200，螺栓收纳盒200侧壁开设有容纳撞线穿过的过孔，每个螺栓收纳盒200底部或侧面固定有永磁吸块，螺栓收纳盒200开口端与螺栓102位置对应，撞击段3012在螺栓收纳盒200开口端和永磁吸块之间；

撞线301的一端与法兰固定，另一端（触发端）通过弹簧320与法兰连接，待检测部件330固定在靠近触发端的撞线上；

当螺栓102脱落时，收到永磁吸块吸附力吸附，沿着吸附路径101运行，撞击撞线301，撞线301的触发端拉动弹簧320，待检测部件330（优选检测板）移动，位移传感器340检测到移动信号，位移传感器340将检测信号发送至中间继电器402，报警机构的中间继电器402接收到监测信号，在监测信号驱动下闭合报警单元401的电回路；

报警单元401发出警报。检测者可以控制风电设备停机。

传感单元中的传感信号可以根据传感器类型进行配置选型，输出为24V电压，可以驱动继电器，进而产生声光报警，可以通过中间继电器402接入风电安全链路。

请参照图5，各传感单元之间属于或逻辑，只要有一个区域出现螺栓102脱落，整个系统产生报警。

所述系统中的位移传感器340为接近开关、位移传感器、位置传感器等和位置有关的传感器，技术包含机械类、光电类、磁感应类、超声波类但不限于此；需要说明的是，所述接近开关优选型号为PRL12-4DN，所述位移传感器优选型号优选为LK-G85,Keyence,Japan，所述位置传感器型号优选为SP3-25，当然也可以选用其他型号，本申请对此不作限定。

中继电器的型号为：JYB-714，当然也可以选用其他型号，本申请对此不作限定。

报警单元的型号为：LTE-1101L，当然也可以选用其他型号，本申请对此不作限定。

需要说明的是，本发明的各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种螺栓失效检测装置，其特征在于，包括：固定在连接结构上的螺栓（102），所述螺栓（102）外部设置有与螺栓（102）配合吸附的吸附部件（100），所述螺栓（102）脱离连接机构时在吸附部件（100）的吸附力作用下沿着吸附路径（101）掉落；

所述螺栓（102）与吸附部件（100）之间设置有紧绷状态的撞线（301），所述撞线（301）与吸附路径（101）相交；

所述撞线（301）的两个端部中至少有一个与传感单元触发连接；所述传感单元与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构；

所述吸附部件（100）为磁铁；

所述螺栓（102）外部还设置有螺栓收纳盒（200），所述螺栓收纳盒（200）靠近螺栓（102）的端部开设有配合螺栓（102）落入的开口，所述吸附部件（100）设置在螺栓收纳盒（200）内部；

所述撞线（301）一端固定，另一端与传感单元触发连接；所述撞线（301）上与螺栓（102）相撞的区域为撞击段（3012），所述撞击段（3012）两端分别通过导向件（302）导向过渡；所述撞击段（3012）设置在螺栓收纳盒（200）内；

所述导向件（302）为导向环或者定滑轮。

2.如权利要求1所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，所述导向件（302）为定滑轮，所述吸附路径（101）与定滑轮轮轴垂直设置。

3.如权利要求2所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，单根撞线（301）上设置有一个或者两个或者多个撞击段（3012），相邻的撞击段（3012）之间为导向段（3011），每个导向段（3011）两端均通过定滑轮与撞击段（3012）过渡导向；每个撞击段（3012）均匹配一个螺栓收纳盒（200）和吸附部件，每个螺栓收纳盒（200）与一个螺栓（102）位置相对应。

4.如权利要求3所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，所述单根撞线（301）及其与其匹配的螺栓收纳盒（200）、吸附部件（100）、定滑轮、传感单元组成一个传感单元组；检测装置包括一个、两个或者多个传感单元组，每个传感单元组均与报警机构通讯连接，将监测信号传输于报警机构。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，所述传感单元为拉绳位移传感器。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，所述传感单元为位移传感器（340），所述撞线与传感单元配合的端部为触发端部，所述触发端部通过弹簧（320）与外部连接，所述撞线上还固定有待检测部件（330），所述待检测部件（330）与位移传感器（340）配合检测。

7.如权利要求5所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，所述的报警机构包括：

报警单元（401）；及

中间继电器（402），所述中间继电器（402）与各个传感单元通讯连接；

所述报警单元（401）与中间继电器（402）电连接。

8.如权利要求6所述的螺栓失效检测装置，其特征在于，所述的报警机构包括：

报警单元（401）；及

中间继电器（402），所述中间继电器（402）与各个传感单元通讯连接；

所述报警单元（401）与中间继电器（402）电连接。