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    智能垫片

    螺栓连接具有易装拆可重复使用的特点,应用非常广泛。但在各种极端环境如振动、冲击、载荷变动、温差过大等情况下,螺栓连接往往会产生松动从而导致结构失效。因此对关键节点的螺栓进行实时监测相当重要。

    我公司发明一种具有防松功能的监测螺栓紧固状态的智能垫圈技术。相较于其他基于光栅式、压电传感式或电阻应变片式智能紧固件,本品成本低廉,可靠性高,在具有一定防松功能的同时,能有效监测螺栓紧固状态。

     

    设计原理

    智能垫圈通过监测内部电路的状态变化以表征螺栓的连接状态,主要由金属上片、绝缘片、监测片、超弹性片及金属下片构成。其中,金属上、下片不仅承载防划伤,还起密封保护作用。绝缘片和超弹性片均由绝缘材料制成,使监测电路与金属上、下片互不导通(本例垫圈厚度为3mm,依据GB/T3103.3-2000可适用于 M16及M20螺栓)。其工作原理是根据不同拧紧力矩的要求,通过调整内部监测片和超弹性片的结构和材料参数以实现内部电路的信号状态变化,从而表征螺栓的连接状态。该技术可按照拧紧力矩的大小提供一系列规格产品满足不同型号螺栓(对应不同拧紧力矩)连接状态的监测需求。

     

     

    技术优势

    结构精巧,可靠性高:通过监测内部监测电路状态变化,反馈螺栓的连接情况。

    灵敏度高:对螺栓受力状态的改变比较直接,拧紧力矩变化监测精度可达5%。

    环境适应性强:所用材料和器件可满足-55℃-70℃,过载峰值100g的应用环境。

    监测模块体积小重量轻能耗低:监测模块体积小重量轻,便于装机使用;系统采用低能耗设计(<0.2W),宽电源范围(USB接口5V供电或直流5V~ 48V供电)。

    成本低,通用性强,具防松功能:

    相较于基于光栅式、压电传感式或电阻应变片式智能紧固件,成本低廉,便于更换维修,在有效监测螺栓紧固状 态的同时,还具有一定防松功能。

     

    监测方案 

    实际使用时,根据螺栓不同拧紧力矩的要求,选取对应的具有不同档位的智能垫圈,可藉由内部监测电路通断信号来判断螺栓是否松动:当螺栓处于规定的拧紧力矩时,电路处于通路状态;当螺栓松动(即拧紧力矩小于规定值时,变化监测精度可达5%),电路处于断路状态,通道状态指示灯(LED)由绿色变为红色。电路的通断状态传递至终端信号接收处理模块,巡检周期可根据需要进行设定。对于单个螺栓连接的关重件,可采用单点有线/无线监测,其中基于智能垫圈的螺栓松动单点无线监测方案如图2所示;对于采用多个螺栓连接的结构件,可先采用短距有线组网方式连接,然后采用有线或无线的方式将信号传递于监测模块,其中基于智能垫圈的螺栓松动多点短距有线组网监测方案如图1所示,并可通过“抄水表”的方式来判断故障螺栓,如图2所示。

    图1 基于智能垫圈的螺栓松动单点无线监测方案

    图2 基于智能垫圈的螺栓松动多点短距有线组网监测方案

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