CN114061820A - 一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脚手架技术领域，公开了一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，包括壳体，设置有用于容纳扣件螺母的容置槽，槽底设置有供扣件螺栓穿过的通孔，槽底置于扣件螺母与脚手架扣件之间；信息采集模块，内置于槽底中，用于采集扣件螺母挤压槽底时的电压变化信息；控制模块，内置于壳体中，与信息采集模块电连接，控制模块根据信息采集模块采集的电压变化信息计算得到脚手架扣件的拧紧力矩；报警模块，与控制模块电连接，脚手架扣件的拧紧力矩超过预设阈值范围时，控制模块控制报警模块发出警报。本发明可在脚手架安装及浇筑过程中实时测量脚手架扣件的拧紧力矩，自动化程度高，在拧紧力矩超过预设阈值范围时，可发出警报，降低安全隐患。

Description

一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及脚手架技术领域，特别是涉及一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置及监测方法。

背景技术

钢管脚手架扣件的抗滑性能和抗扭转性能与扣件螺栓的拧紧程度密切相关。《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130—2011)中规定，扣件螺栓的拧紧扭力矩不应小于40N·m，且不应大于65N·m。但是在实际施工过程中却存在大量拧紧力矩不达标的情况，施工工人通常靠手感经验紧固扣件螺栓，缺乏对脚手架扣件拧紧力矩的有效监测，即使在扣件螺栓安装后进行拧紧力矩检查，也以人工使用扭力扳手抽查为主，效率低下且存在一定危险性。另外，在混凝土浇筑过程中，也存在因缺乏对脚手架扣件拧紧力矩的有效监测，使得扣件螺栓松动导致脚手架扣件滑落的情况，易造成安全隐患。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置及监测方法，以解决现有缺乏对脚手架扣件拧紧力矩的有效监测，导致拧紧力矩不达标，易造成安全隐患的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面是提供一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，包括：

壳体，所述壳体设置有用于容纳扣件螺母的容置槽，所述容置槽的槽底设置有供扣件螺栓穿过的通孔，所述容置槽的槽底置于所述扣件螺母与脚手架扣件之间；

信息采集模块，所述信息采集模块内置于所述容置槽的槽底中，所述信息采集模块用于采集所述扣件螺母挤压槽底时的电压变化信息；

控制模块，所述控制模块内置于所述壳体中，所述控制模块与所述信息采集模块电连接，所述控制模块根据所述信息采集模块采集的电压变化信息计算得到所述脚手架扣件的拧紧力矩；

报警模块，所述报警模块与所述控制模块电连接，所述脚手架扣件的拧紧力矩超过预设阈值范围时，所述控制模块控制所述报警模块发出警报。

优选地，所述信息采集模块为压电陶瓷传感器。

优选地，所述监测装置还包括无线传输模块和上位机，所述无线传输模块设置于所述壳体的内部，所述无线传输模块与所述控制模块通信连接，所述无线传输模块与所述上位机通信连接，以将所述脚手架扣件的拧紧力矩传输至所述上位机。

优选地，所述壳体包括底座、中盖板和上盖板，所述底座设置有凹槽，所述上盖板设置有凸起，所述信息采集模块设置在所述凹槽的槽底板上，所述中盖板覆盖在所述信息采集模块上，所述上盖板盖合在所述底座上，所述凸起与所述中盖板固定，所述控制模块设置于所述凹槽的槽壁与所述凸起之间。

优选地，所述报警模块包括多个警示灯，多个所述警示灯周向设置在所述上盖板上。

优选地，所述壳体内还设置有环形电路板，所述环形电路板套设在所述凸起上，所述控制模块安装在所述环形电路板上。

优选地，所述环形电路板上还设置有供电模块，所述控制模块、所述信息采集模块、所述报警模块均与所述供电模块电连接。

优选地，所述信息采集模块、所述中盖板和所述控制模块均呈圆环状，所述中盖板的内径等于所述信息采集模块的内径，所述中盖板的外径大于所述信息采集模块的外径，所述中盖板的外径小于所述环形电路板的内径。

本发明的另一个方面是提供一种脚手架扣件拧紧力矩的监测方法，包括：

步骤S1，选取拧紧力矩监测点；

步骤S2，在所述拧紧力矩监测点对应的扣件螺栓上套设如上所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，并在扣件螺栓上安装扣件螺母；

步骤S3，旋拧扣件螺母，在所述扣件螺母紧固过程中，利用信息采集模块实时采集电压变化信息；

步骤S4，控制模块根据采集到的电压变化信息，计算得到脚手架扣件的拧紧力矩；

步骤S5，脚手架扣件的拧紧力矩超过预设阈值范围时，控制模块控制报警模块发出警报。

优选地，所述步骤S4包括：

步骤S41，将采集到的电压变化信息转化为数字信号；

步骤S42，根据数字信号计算扣件螺母的预紧力；

步骤S43，根据扣件螺母的预紧力计算得到脚手架扣件的拧紧力矩。

本发明实施例一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置及监测方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，通过信息采集模块实时采集扣件螺母紧固过程中的电压变化信息，并根据电压变化信息计算得到脚手架扣件的拧紧力矩，从而可在脚手架安装及浇筑过程中实时测量脚手架扣件的拧紧力矩，自动化程度高。并且，在脚手架扣件的拧紧力矩超过预设阈值范围时，可发出警报，以警醒施工人员，避免拧紧力矩不达标导致脚手架扣件松动脱落，而造成安全隐患的情况，从而提高脚手架扣件施工过程中的安全性。

并且，本发明的监测装置安装在脚手架扣件与扣件螺母之间的扣件螺栓上即可，安装方便快捷，无需更改脚手架扣件的原本结构。

附图说明

图1是本发明实施例所述脚手架扣件拧紧力矩的监测装置的工作状态示意图；

图2是本发明实施例所述脚手架扣件拧紧力矩的监测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例所述脚手架扣件拧紧力矩的监测装置的爆炸示意图；

图中，100、监测装置；200、扣件螺母；300、扣件螺栓；400、脚手架扣件；500、脚手架立杆；

1、壳体；101、容置槽；102、通孔；11、底座；111、凹槽；112、电源开关；113、充电插口；12、中盖板；13、上盖板；131、凸起；2、信息采集模块；21、连接线；3、控制模块；4、警示灯；5、环形电路板；51、连接线接口；6、供电模块；7、无线传输模块；8、报警模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置100，安装在脚手架扣件400与扣件螺母200之间的扣件螺栓300上，通过拧紧扣件螺母200，将脚手架扣件400固定在脚手架立杆500上。监测装置100安装在脚手架扣件400与扣件螺母200之间，在扣件螺母200紧固过程中，可以实时测量脚手架扣件400的拧紧力矩，自动化程度高，且安装方便快捷。

如图2和图3所示，监测装置100包括壳体1和设置在壳体1内的信息采集模块2、控制模块3、报警模块8，壳体1由不锈钢材料制作而成，所述壳体1设置有用于容纳扣件螺母200的容置槽101，所述容置槽101的槽底设置有供扣件螺栓300穿过的通孔102，所述容置槽101的槽底置于所述扣件螺母200与脚手架扣件400之间；所述信息采集模块2内置于所述容置槽101的槽底中，所述信息采集模块2用于采集所述扣件螺母200挤压槽底时的电压变化信息；所述控制模块3内置于所述壳体1中，所述控制模块3与所述信息采集模块2电连接，所述控制模块3根据所述信息采集模块2采集的电压变化信息计算得到所述脚手架扣件400的拧紧力矩；所述报警模块8与所述控制模块3电连接，所述脚手架扣件400的拧紧力矩超过预设阈值范围时，所述控制模块3控制所述报警模块8发出警报，其中，预设阈值范围优选为40N·m～65N·m，超过预设阈值范围包括拧紧力矩小于40N·m，和拧紧力矩大于65N·m。旋拧扣件螺母200，扣件螺母200在扣件螺栓300上移动，将脚手架扣件400紧固在脚手架立杆500上，在扣件螺母200紧固的过程中，扣件螺母200逐渐挤压监测装置100，使得信息采集模块2中的电压发生变化，通过采集电压变化信息可以获得扣件螺母200的预紧力，从而根据预紧力获得拧紧力矩。

本发明将壳体1套设在扣件螺栓300上，即可完成监测装置100的安装；通过设置的容置槽101容纳扣件螺母200，信息采集模块2内置于槽底，使得扣件螺母200可以直接与容置槽101的槽底接触，扣件螺母200施加的挤压力可以直接作用于信息采集模块2上，从而使得信息采集模块2采集的信息更加精准，根据电压变化信息计算得到的拧紧力矩的准确度更高。

本实施例中，所述信息采集模块2为压电陶瓷传感器。压电陶瓷传感器因扣件螺母200的挤压作用发生机械变形，产生电场，当扣件螺母200的拧紧程度发生变化时，压电陶瓷传感器的机械变形程度发生变化，进而产生的电场信号发生变化。因此，根据压电陶瓷传感器产生的电场变化信号，可以获得扣件螺母200的拧紧程度，进而得到脚手架扣件400的拧紧力矩的变化程度，实现对脚手架扣件400的拧紧力矩的监测。优选地，压电陶瓷传感器由表面覆盖有环氧树脂保护层的压电陶瓷片制成。进一步地，压电陶瓷片呈环状，套设在扣件螺栓300上。压电陶瓷片上焊接有连接线21，连接线21用于与控制模块3连接。在压电陶瓷片和连接线21的焊点表面覆盖有环氧树脂保护层，以起到绝缘效果，从而保证电压信号传输效果。

控制模块3为单片机，包括A/D转换单元和计算单元，其中，A/D转换单元用于将电压信号转化为计算单元可以识别的数字信号，计算单元用于根据数字信号进行计算，得到脚手架扣件400的拧紧力矩。

所述监测装置100还包括无线传输模块7和上位机，所述无线传输模块7设置于所述壳体1的内部，所述无线传输模块7与所述控制模块3通信连接，所述无线传输模块7与所述上位机通信连接，无线传输模块7接收控制模块3计算得到的脚手架扣件400的拧紧力矩，并将脚手架扣件400的拧紧力矩传输至所述上位机，从而实现对脚手架扣件400的拧紧力矩的无线监测。并且，在脚手架安装及浇筑过程中，可以全程监测。当脚手架扣件400的拧紧力矩超过预设阈值范围时，上位机可以及时报警，提示监测人员异常情况。

如图2和图3所示，所述壳体1包括底座11、中盖板12和上盖板13，所述底座11设置有凹槽111，所述上盖板13设置有凸起131，所述信息采集模块2设置在所述凹槽111的槽底板上，所述中盖板12覆盖在所述信息采集模块2上，所述上盖板13盖合在所述底座11上，所述凸起131与所述中盖板12固定，所述控制模块3设置于所述凹槽111的槽壁与所述凸起131之间。底座11呈圆柱状，底座11的一端开口，底座11中的凹槽111呈圆柱状，凹槽111的槽底板上开设有供扣件螺栓300穿过的通孔102。中盖板12呈圆环状，中盖板12的内孔供扣件螺栓300穿过；上盖板13包括上盖底板和设置在上盖底板上的凸起131，上盖底板呈圆环状，凸起131为圆环柱体，上盖底板盖合固定在底座11上，具体固定在底座11的槽壁顶面上，凸起131插入至凹槽111中，凸起131远离上盖底板的一端抵靠固定在中盖板12上。凸起131的外径小于凹槽111的直径，使得凸起131与凹槽111的槽壁之间具有空间，便于放置控制模块3。

所述报警模块8包括多个警示灯4，多个所述警示灯4周向设置在所述上盖板13上，根据拧紧力矩的变化，警示灯4发出不同颜色的灯光，便于监督指导施工工人对扣件螺母200的旋拧工作，使得脚手架扣件400的拧紧力矩达标。例如，当脚手架扣件400的拧紧力矩在预设阈值范围之内时，警示灯4显示绿灯；当脚手架扣件400的拧紧力矩超过预设阈值范围时，警示灯4显示红色，起到预警作用。设置多个警示灯4，使得一个警示灯4故障时，不影响其他警示灯4发出警报，进一步提高安全性。警示灯4优选为LED灯。

本实施例中，所述壳体1内还设置有环形电路板5，所述环形电路板5套设在所述凸起131上，所述控制模块3安装在所述环形电路板5上。环形电路板5的设置，方便了控制模块3的安装。进一步地，环形电路板5上还设置有连接线接口51，连接线接口51具体与压电陶瓷片上的连接线21连接。通过连接线接口51实现控制模块3与信息采集模块2之间的连接，信息采集模块2采集的电压变化信息经连接线接口传输至控制模块3中。优选地，无线传输模块7安装在环形电路板5上。

进一步地，所述环形电路板5上还设置有供电模块6，所述控制模块3、所述信息采集模块2、所述报警模块8均与所述供电模块6电连接。供电模块6为整个监测装置100供电。连接线接口、控制模块3、无线传输模块7和供电模块6沿环形电路板5的周向间隔布置，将连接线接口、控制模块3、无线传输模块7和供电模块6等均集成在环形电路板5上，简化了监测装置100的结构组成，且方便对控制模块3、无线传输模块7等部件的安装。

底座11上设置有电源开关112和充电插口113，充电插口113与环形电路板5上的供电模块6连接，用于对供电模块6进行充电。电源开关112与压电陶瓷传感器连接，用于控制压电陶瓷传感器的开启或关闭。

本实施例中，所述信息采集模块2、所述中盖板12和所述控制模块3均呈圆环状，所述中盖板12的内径等于所述信息采集模块2的内径，均用于供扣件螺栓300穿过，所述中盖板12的外径大于所述信息采集模块2的外径，使得中盖板12完全覆盖于信息采集模块2之上，将信息采集模块2挤压在中盖板12与底座11的槽底板之间，对信息采集模块2起到缓冲和保护的作用；中盖板12的材质为绝缘不锈钢；所述中盖板12的外径小于所述环形电路板5的内径，便于上盖板13的凸起131与中盖板12连接，且便于环形电路板5套设安装在凸起131上。

本发明实施例的一种脚手架扣件拧紧力矩的监测方法，包括：

步骤S1，选取拧紧力矩监测点；具体地，根据数值模拟或力学计算的最不利结果，选取有代表性的脚手架立杆500的关键节点作为扣件拧紧力矩监测点，如脚手架单元受力大的脚手架立杆500和脚手架单元的角部的脚手架立杆500均可以布置拧紧力矩监测点。在脚手架立杆500的高度区间内，监测装置100可安装在位于脚手架立杆500的顶部的脚手架扣件400与扣件螺母200之间的扣件螺栓300上，相邻两测点的水平间距优选为不大于10m；

步骤S2，在所述拧紧力矩监测点对应的扣件螺栓300上套设如上所述的脚手架扣件400拧紧力矩的监测装置100，并在扣件螺栓300上安装扣件螺母200；

步骤S3，旋拧扣件螺母200，在所述扣件螺母200紧固过程中，利用信息采集模块2实时采集电压变化信息；

步骤S4，控制模块3根据采集到的电压变化信息，计算得到脚手架扣件400的拧紧力矩；

步骤S5，脚手架扣件400的拧紧力矩超过预设阈值范围时，控制模块3控制报警模块8发出警报。具体地，若脚手架扣件400的拧紧力矩位于40N·m～65N·m的范围内，控制警示灯4显示绿灯；当脚手架扣件400的拧紧力矩不在40N·m～65N·m的范围内时，控制警示灯4显示红色，提示工人将扣件螺母200紧固至要求范围内。

本发明的监测方法通过在扣件螺栓300上套设监测装置100，对脚手架扣件400的拧紧力矩进行实时测量，避免了拧紧力矩不达标导致脚手架扣件400脱落，而造成安全隐患。本发明可以在脚手架扣件400的安装过程中，直至混凝土浇筑完毕，持续不间断地采集压电陶瓷传感器的电压变化信息，对拧紧力矩进行实时监测，避免扣件螺母200出现松动。

进一步地，所述监测方法还包括：利用无线传输模块7将脚手架扣件400的拧紧力矩实时传输至上位机中，实现对脚手架拧紧力矩的无线监测，实现无人值守现场的监测，及时发现异常情况，而无需在脚手架扣件400安装结束后，人工逐一对脚手架扣件400的安装进行检查，降低劳动强度。

优选地，所述步骤S4包括：

步骤S41，将采集到的电压变化信息转化为数字信号；

步骤S42，根据数字信号计算扣件螺母200的预紧力；

步骤S43，根据扣件螺母200的预紧力计算得到脚手架扣件400的拧紧力矩。具体地，通过下式计算拧紧力矩：

T＝kdF

其中，T为拧紧力矩，k为扭矩系数，d为扣件螺栓的公称直径，F为预紧力。

需要说明的是，本发明之脚手架扣件拧紧力矩的监测方法的其他具体实施方式与上述脚手架扣件拧紧力矩的监测装置100的具体实施方式大致相同，在此不再赘述。

综上，本发明实施例提供一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置100及方法，其通过信息采集模块2实时采集扣件螺母200紧固过程中的电压变化信息，并根据电压变化信息计算得到脚手架扣件400的拧紧力矩，从而可在脚手架安装及浇筑过程中实时测量脚手架扣件400的拧紧力矩，自动化程度高。并且，在脚手架扣件400的拧紧力矩超过预设阈值范围时，可发出警报，以警醒施工人员，避免拧紧力矩不达标导致脚手架扣件400松动脱落，而造成安全隐患的情况，从而提高脚手架扣件400施工过程中的安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体设置有用于容纳扣件螺母的容置槽，所述容置槽的槽底设置有供扣件螺栓穿过的通孔，所述容置槽的槽底置于所述扣件螺母与脚手架扣件之间；

信息采集模块，所述信息采集模块内置于所述容置槽的槽底中，所述信息采集模块用于采集所述扣件螺母挤压槽底时的电压变化信息；

控制模块，所述控制模块内置于所述壳体中，所述控制模块与所述信息采集模块电连接，所述控制模块根据所述信息采集模块采集的电压变化信息计算得到所述脚手架扣件的拧紧力矩；

报警模块，所述报警模块与所述控制模块电连接，所述脚手架扣件的拧紧力矩超过预设阈值范围时，所述控制模块控制所述报警模块发出警报。

2.根据权利要求1所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述信息采集模块为压电陶瓷传感器。

3.根据权利要求1所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括无线传输模块和上位机，所述无线传输模块设置于所述壳体的内部，所述无线传输模块与所述控制模块通信连接，所述无线传输模块与所述上位机通信连接，以将所述脚手架扣件的拧紧力矩传输至所述上位机。

4.根据权利要求1所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述壳体包括底座、中盖板和上盖板，所述底座设置有凹槽，所述上盖板设置有凸起，所述信息采集模块设置在所述凹槽的槽底板上，所述中盖板覆盖在所述信息采集模块上，所述上盖板盖合在所述底座上，所述凸起与所述中盖板固定，所述控制模块设置于所述凹槽的槽壁与所述凸起之间。

5.根据权利要求4所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述报警模块包括多个警示灯，多个所述警示灯周向设置在所述上盖板上。

6.根据权利要求4所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述壳体内还设置有环形电路板，所述环形电路板套设在所述凸起上，所述控制模块安装在所述环形电路板上。

7.根据权利要求6所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述环形电路板上还设置有供电模块，所述控制模块、所述信息采集模块、所述报警模块均与所述供电模块电连接。

8.根据权利要求6所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，其特征在于，所述信息采集模块、所述中盖板和所述控制模块均呈圆环状，所述中盖板的内径等于所述信息采集模块的内径，所述中盖板的外径大于所述信息采集模块的外径，所述中盖板的外径小于所述环形电路板的内径。

9.一种脚手架扣件拧紧力矩的监测方法，其特征在于，包括：

步骤S1，选取拧紧力矩监测点；

步骤S2，在所述拧紧力矩监测点对应的扣件螺栓上套设如权利要求1－8任一项所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测装置，并在扣件螺栓上安装扣件螺母；

步骤S3，旋拧扣件螺母，在所述扣件螺母紧固过程中，利用信息采集模块实时采集电压变化信息；

步骤S4，控制模块根据采集到的电压变化信息，计算得到脚手架扣件的拧紧力矩；

步骤S5，脚手架扣件的拧紧力矩超过预设阈值范围时，控制模块控制报警模块发出警报。

10.根据权利要求9所述的脚手架扣件拧紧力矩的监测方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41，将采集到的电压变化信息转化为数字信号；

步骤S42，根据数字信号计算扣件螺母的预紧力；

步骤S43，根据扣件螺母的预紧力计算得到脚手架扣件的拧紧力矩。

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