CN205175602U - 监测螺栓状态的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种监测螺栓状态的系统。其中，该系统包括：智能螺栓，用于生成螺栓状态参数；螺栓预紧力测试仪，与智能螺栓通信连接，用于采集螺栓状态参数；数据处理终端，与螺栓预紧力测试仪通信连接，用于依据螺栓状态参数计算智能螺栓的预紧力，并在智能螺栓的预紧力在预设安全范围内的情况下，上传预紧力。本实用新型解决了由于无法准确监控螺栓的预紧力，导致无法掌握螺栓预紧力的衰减状况而带来的安全隐患的技术问题。

Description

监测螺栓状态的系统

技术领域

本实用新型涉及电子应用技术领域，具体而言，涉及一种监测螺栓状态的系统。

背景技术

螺栓副是机械应用中常见的一种机械结构，其中，具体的应用场景中，以铁路结构装配为例，在铁路的各个系统中，扣件系统、声屏障系统或道岔区等大部分结构均采用螺栓副的装配方式。而螺栓副接口的装配质量主要取决于对螺栓预紧力的控制，当螺栓在紧固时没有达到预设的预紧力，将会降低螺栓副的使用寿命，同时在铁路运营过程中，若对重点结构重点部位的螺栓预紧力监控不到位，将会导致螺栓副突然失效，影响行车安全。

在相关技术中，对螺栓副的控制方式为力矩法，即，对螺栓副施加固定的力矩控制螺栓的预紧力。但是，力矩法紧固螺栓时预紧力往往会因为螺栓是否涂油润滑、力矩扳手紧固螺栓时的速度快慢等外界因素干预，以使得螺栓的预紧力精度较差，因此，由于无法准确控制螺栓的预紧力，导致无法掌握螺栓预紧力的衰减状况而带来的安全隐患。

针对上述由于无法准确监控螺栓的预紧力，导致无法掌握螺栓预紧力的衰减状况而带来的安全隐患的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种监测螺栓状态的系统，以至少解决由于无法准确监控螺栓的预紧力，导致无法掌握螺栓预紧力的衰减状况而带来的安全隐患的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种监测螺栓状态的系统，包括：智能螺栓，用于生成螺栓状态参数；螺栓预紧力测试仪，与智能螺栓通信连接，用于采集螺栓状态参数；数据处理终端，与螺栓预紧力测试仪通信连接，用于依据螺栓状态参数计算智能螺栓的预紧力，并在智能螺栓的预紧力在预设安全范围内的情况下，上传预紧力。

进一步地，数据处理终端，还用于向螺栓预紧力测试仪发送获取螺栓状态参数的控制指令。

进一步地，控制指令为脉冲电信号。

进一步地，螺栓预紧力测试仪，还用于向智能螺栓转发控制指令，并标记智能螺栓在返回的螺栓状态参数时的时间。

进一步地，智能螺栓包括：信号限位装置和压电陶瓷装置，其中，信号限位装置，用于接收螺栓预紧力测试仪转发的控制指令；压电陶瓷装置，与信号限位装置电连接，用于将控制指令由脉冲电信号转换为同频的机械纵波获取螺栓状态参数。

进一步地，压电陶瓷装置，还用于将螺栓状态参数由机械纵波转换为脉冲电信号；信号限位装置，与压电陶瓷装置电连接，还用于将螺栓状态参数返回至螺栓预紧力测试仪。

进一步地，该系统还包括：温度补偿装置，其中，温度补偿装置，与螺栓预紧力测试仪通信连接，用于采集温度参数。

进一步地，该系统还包括：服务器，其中，服务器，与数据处理终端通信连接，用于存储智能螺栓的预紧力。

进一步地，该系统还包括：通信中继设备，其中，通信中继设备，分别与数据处理终端和螺栓预紧力测试仪通信连接，用于向螺栓预紧力测试仪转发数据处理终端发送的控制指令；或，向数据处理终端转发螺栓预紧力测试仪接收的螺栓状态参数。

在本实用新型实施例中，通过智能螺栓，用于生成螺栓状态参数；螺栓预紧力测试仪，与智能螺栓通信连接，用于采集螺栓状态参数；数据处理终端，与螺栓预紧力测试仪通信连接，用于依据螺栓状态参数计算智能螺栓的预紧力，并在智能螺栓的预紧力在预设安全范围内的情况下，上传预紧力，达到了准确控制螺栓的预紧力的目的，从而实现了实时监测螺栓预紧力衰减变化的技术效果，进而解决了由于无法准确监控螺栓的预紧力，导致无法掌握螺栓预紧力的衰减状况而带来的安全隐患的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的监测螺栓状态的系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种监测螺栓状态的系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种监测螺栓状态的系统中的智能螺栓的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种监测螺栓状态的系统的系统实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本实用新型实施例的监测螺栓状态的系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：智能螺栓12、螺栓预紧力测试仪14和数据处理终端16，其中，

智能螺栓12，用于生成螺栓状态参数；

螺栓预紧力测试仪14，与智能螺栓12通信连接，用于采集螺栓状态参数；

数据处理终端16，与螺栓预紧力测试仪14通信连接，用于依据螺栓状态参数计算智能螺栓12的预紧力，并在智能螺栓12的预紧力在预设安全范围内的情况下，上传预紧力。

本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统可以适用于铁路结构装配技术中，尤其可以应用于对螺栓副的预紧力监测。

在本申请实施例中数据处理终端16通过与螺栓预紧力测试仪14和智能螺栓12之间的通信连接关系获取当前螺栓的预紧力，具体的，数据处理终端16向螺栓预紧力测试仪14发送获取螺栓状态参数的控制指令，螺栓预紧力测试仪14向智能螺栓12发送获取该螺栓状态参数获取的控制指令，进而，智能螺栓12生成螺栓状态参数，并由螺栓预紧力测试仪14采集智能螺栓12的螺栓状态参数，进一步的将该螺栓状态参数转发至数据处理终端16，由数据处理终端16依据螺栓状态参数计算智能螺栓12的预紧力，若该预紧力在预设安全范围内，则上传该预紧力至服务器。

其中，本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统中，数据处理终端16可以为电脑、笔记本电脑、智能手机、穿戴设备、平板电脑或掌上商务中的一种。

具体的，数据处理终端16依据螺栓状态参数计算智能螺栓12的预紧力的过程如下：

由于螺栓在自由状态下，螺栓内部不存在预紧力，而螺栓在紧固状态下，由于预紧力的作用，螺栓将发生形变，因此此时螺栓的变形量为ΔL，数据处理终端16依据该ΔL与预紧力F之间的数学关系，计算得到预紧力F，该数学关系如下：

$F=\frac{E\·S\·\mathrm{\Δ}L}{L}---\left(1\right)$

其中，F为螺栓的预紧力；E为螺栓材质的弹性模量；S为螺栓截面积；ΔL为螺栓的变形量；L为螺栓副的装夹长度。依据公式(1)，数据处理终端16依据ΔL计算得到当前智能螺栓12的预紧力F。

这里螺栓预紧力测试仪14是发射和接收脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差的设备。螺栓在自由状态下，发射和接收电信号之间的时间差为T0，螺栓在紧固状态下，螺栓发射和接收电信号之间的时间差为T1，由此依据电信号收发时间差与螺栓的变形量的关系，得到螺栓的变形量式中v为机械纵波在螺栓内的传播速度，最终由数据处理终端12依据ΔL结合公式(1)可得到当前状态下的智能螺栓12的预紧力。

本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统，通过智能螺栓，用于生成螺栓状态参数；螺栓预紧力测试仪，与智能螺栓通信连接，用于采集螺栓状态参数；数据处理终端，与螺栓预紧力测试仪通信连接，用于依据螺栓状态参数计算智能螺栓的预紧力，并在智能螺栓的预紧力在预设安全范围内的情况下，上传预紧力，达到了准确控制螺栓的预紧力的目的，从而实现了实时监测螺栓预紧力衰减变化的技术效果，进而解决了由于无法准确监控螺栓的预紧力，导致无法掌握螺栓预紧力的衰减状况而带来的安全隐患的技术问题。

具体的，图2是根据本实用新型实施例的一种监测螺栓状态的系统的结构示意图，如图2所示，本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统具体如下：

进一步地，数据处理终端16，还用于向螺栓预紧力测试仪14发送获取螺栓状态参数的控制指令。

进一步地，控制指令为脉冲电信号。

这里本申请实施例中的数据处理终端16以电脑(PersonalComputer，简称PC)为例进行说明，具体的，PC为获取智能螺栓12的螺栓状态参数，在智能螺栓12生成螺栓状态参数之前，PC向螺栓预紧力测试仪14发送用于获取智能螺栓12的螺栓状态参数的控制指令。其中，该控制指令的传播形式可以为脉冲电信号。

进一步地，螺栓预紧力测试仪14，还用于向智能螺栓12转发控制指令，并标记智能螺栓12在返回的螺栓状态参数时的时间。

其中，当螺栓预紧力测试仪14向智能螺栓12转发控制指令后，依据上述公式(1)中螺栓预紧力测试仪14的功能说明，螺栓预紧力测试仪14标记控制指令发送至智能螺栓12的发射时间，以及接收到的智能螺栓12返回的依据控制指令采集的螺栓状态参数的返回时间，得到时间差T1，以使得数据处理终端16依据该T1计算△L，从而得到预紧力F。

优选地，图3是根据本实用新型实施例的一种监测螺栓状态的系统中的智能螺栓的结构示意图，如图3所示，智能螺栓12包括：信号限位装置121和压电陶瓷装置122，其中，

信号限位装置121，用于接收螺栓预紧力测试仪14转发的控制指令；

压电陶瓷装置122，与信号限位装置121电连接，用于将控制指令由脉冲电信号转换为同频的机械纵波获取螺栓状态参数。

由上可知，本申请实施例中智能螺栓12由信号限位装置121和压电陶瓷装置122组成，通过信号限位装置121和压电陶瓷装置122的电连接结构，在接收螺栓预紧力测试仪14转发的控制指令以及获取螺栓状态参数的过程中，信号限位装置121接收螺栓预紧力测试仪14转发的控制指令，压电陶瓷装置122将该指令由脉冲电信号转换为同频的机械纵波，进一步的获取螺栓地步反射形成的机械回波。

进一步地，压电陶瓷装置122，还用于将螺栓状态参数由机械纵波转换为脉冲电信号；

信号限位装置121，与压电陶瓷装置122电连接，还用于将螺栓状态参数返回至螺栓预紧力测试仪14。

基于上述，在接收到机械回波后，压电陶瓷装置122将该机械回波由机械纵波转换为脉冲电信号，并由信号限位装置121将该脉冲电信号返回至螺栓预紧力测试仪14。

优选地，如图2所示，该系统还包括：温度补偿装置17，其中，温度补偿装置17，与螺栓预紧力测试仪14通信连接，用于采集温度参数。

具体的，为提高螺栓预紧力的监测精度，本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统还包括：温度补偿装置17，其中，温度补偿装置17与螺栓预紧力测试仪14通信连接，用于采集智能螺栓12的温度参数，其中，温度补偿装置17采集的温度参数可以为温度补偿和应力补偿，从而提升预紧力F的测试精度。

优选地，如图2所示，系统还包括：服务器18，其中，服务器18，与数据处理终端16通信连接，用于存储智能螺栓12的预紧力。

本申请实施例通过数据处理终端16、螺栓预紧力测试仪14与智能螺栓12的通信连接结构，实现了对智能螺栓12的预紧力的监测(监控和测量)，其中，当数据处理终端16在监控当前测量的预紧力在预设安全范围内时，将该预紧力上传至服务器18，以使得对智能螺栓12的预紧力构建长期监控历史记录。

在本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统中，服务器18可以为物理服务器外，还可以为云服务器。

这里本申请实施例优选的方案中，在服务器18具备数据处理能力的条件下，服务器18还可以与螺栓预紧力测试仪14通信连接，通过螺栓预紧力测试仪14返回的螺栓状态参数计算智能螺栓12的预紧力，以使得任一接入服务器18的数据处理终端16能够依据服务器18中的智能螺栓12的预紧力历史状态获取智能螺栓12的预紧力衰变规律。

优选的地，如图2所示，系统还包括：通信中继设备19，其中，

通信中继设备19，分别与数据处理终端16和螺栓预紧力测试仪14通信连接，用于向螺栓预紧力测试仪14转发数据处理终端16发送的控制指令；或，向数据处理终端16转发螺栓预紧力测试仪14接收的螺栓状态参数。

这里在螺栓预紧力测试仪14和数据处理终端16之间，为可以依据通信距离的需要，螺栓预紧力测试仪14和数据处理终端16之间的数据通信还可以通过通信中继设备19完成通信需求。其中，通信中继设备19可以依据通信距离的长短分为短距离通信中继设备和中长距离通信中继设备，短距离通信中继设备可以通过蓝牙或红外传输实现，中长距离除无线的基站通信还可以通过卫星中继设备进行通信，本申请实施例以实现监测螺栓状态的系统为准，对通信中继设备19的类型不做限定。

结合图2和图3所示，本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统中，数据处理终端16以电脑为例，在测量智能螺栓12的预紧力的过程中，通过电脑对螺栓预紧力测试仪14进行无线远程控制，螺栓预紧力测试仪14根据电脑的指令发射脉冲电信号，智能螺栓12通过信号限位装置121和压电陶瓷装置122将脉冲电信号转变为同频率的机械纵波，机械纵波经螺栓底部反射形成机械回波，压电陶瓷装置122将机械回波转变为电信号并经过限位装置121将电信号传回至螺栓预紧力测试仪14。螺栓预紧力测试仪14将接收到的回波电信号加以时间标记，经蓝牙或卫星网络等通信中继设备19传送到电脑，通过电脑的后处理程序，即可精确得到智能螺栓12当前的预紧力。电脑可将测得的智能螺栓12的当前预紧力上传至服务器18，并可随时访问下载服务器18中的历史数据，掌握智能螺栓12的预紧力的变化情况。

其中，智能螺栓12是在普通螺栓的基础上，采用了信号限位装置121和压电陶瓷122装置的螺栓结构，并不局限于图2和图3中所示的螺栓形状。

电脑可实现以下功能：(1)设置不同的脉冲电信号频率、脉冲次数等；(2)设置不同螺栓材质的弹性模量、温度补偿参数、应力补偿参数等；(3)设置多螺栓多通道实时测量等管理参数；(4)随时访问云存储设备进行上传和下载数据；(5)提供云存储和云计算等大数据分析功能。

通过本申请实施例提供的监测螺栓状态的系统，对于铁路螺栓装配结构可在紧固螺栓时，精确控制螺栓预紧力，并可在结构使用过程中，实时监测螺栓的预紧力，为铁路设施安全和行车安全提供保障。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种监测螺栓状态的系统，其特征在于，包括：

智能螺栓，用于生成螺栓状态参数；

螺栓预紧力测试仪，与所述智能螺栓通信连接，用于采集所述螺栓状态参数；

数据处理终端，与所述螺栓预紧力测试仪通信连接，用于依据所述螺栓状态参数计算所述智能螺栓的预紧力，并在所述智能螺栓的预紧力在预设安全范围内的情况下，上传所述预紧力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理终端，还用于向所述螺栓预紧力测试仪发送获取所述螺栓状态参数的控制指令。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制指令为脉冲电信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述螺栓预紧力测试仪，还用于向所述智能螺栓转发所述控制指令，并标记所述智能螺栓在返回的所述螺栓状态参数时的时间。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述智能螺栓包括：信号限位装置和压电陶瓷装置，其中，

所述信号限位装置，用于接收所述螺栓预紧力测试仪转发的所述控制指令；

所述压电陶瓷装置，与所述信号限位装置电连接，用于将所述控制指令由脉冲电信号转换为同频的机械纵波获取所述螺栓状态参数。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述压电陶瓷装置，还用于将所述螺栓状态参数由所述机械纵波转换为所述脉冲电信号；

所述信号限位装置，与所述压电陶瓷装置电连接，还用于将所述螺栓状态参数返回至所述螺栓预紧力测试仪。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：温度补偿装置，其中，所述温度补偿装置，与所述螺栓预紧力测试仪通信连接，用于采集温度参数。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：服务器，其中，所述服务器，与所述数据处理终端通信连接，用于存储所述智能螺栓的预紧力。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：通信中继设备，其中，所述通信中继设备，分别与所述数据处理终端和所述螺栓预紧力测试仪通信连接，用于向所述螺栓预紧力测试仪转发所述数据处理终端发送的所述控制指令；或，向所述数据处理终端转发所述螺栓预紧力测试仪接收的所述螺栓状态参数。