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　　--浅析轴力安全监测
 

　　上海朝辉压力仪器有限公司

 

　　传感器在各行各业应用的非常多，满足了设备生产、建筑物监测、介质检测、运行监控等多种需求，是数据生产的核心工业品。
 

　　而因为螺栓的松动、脱落造成的事故却屡见不鲜：
 

　　2010年6月29日16时45分深圳东部华侨城“太空迷航”娱乐设施的太空舱垮塌，造成6人死亡，10人受伤，事故原因是有一颗螺栓松动。
 

　　2010年12月14日，深圳地铁1号线国贸站5号手扶电梯突然由上行倒转，致使25名乘客受伤。事故原因是扶梯主机固定螺栓松脱，其中1个被切断，令主机支座移位，驱动链条脱离链轮，在乘客重量的作用下，上行的扶梯下滑。
 

　　2021年，美国渡轮“Wenatchee”号在大修后发生严重主机故障，美国国家运输安全委员会(NTSB)出具了一份报告。一个颗拧紧的螺栓突然松动，主机上的一根连杆和半个活塞甩出检修孔，从而引发了火灾。螺栓松动的原因是大修期间扭矩不足导致的，导致活塞衬套无法与曲轴校准，失去润滑，从而导致过热及轴承失灵。在极端力的作用下，连杆松动，并通过检修口弹出，气体从曲轴箱中喷出，引发了火灾，造成380万美元的损失。
 

　　2023年4月，一起油缸螺栓掉落导致的安全事故在某机械加工厂发生。当时工人在操作压力机时，突然听到了一声巨响，随后发现油缸在运动中突然停止，机器无法正常运转。经过检查，发现是油缸上的一个螺栓掉落了，导致油缸和机器失去了支撑。虽然没有造成人员伤亡，但损失惨重。
 

　　随着各类安全事故的频繁曝光，各种设施对安全监测的需求越来越多，也越来越高，传感器在其中当然功不可没。但是很多安全监测、PHM(Prognostics & Health Mangement故障预测与健康管理)都着重于电、气、重要结构等装置，往往底层设施或者结构件被忽略，其实结构安全越基础越重要，所谓“千里之堤毁于蚁穴”，就好比螺栓，是所有结构件的核心紧固件，对于它的检测、监测需要更有针对性的方案。
 

　　螺栓是利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力，循序渐进紧固器物的机件，因此螺栓紧固与否很大程度，在于和固定物的螺纹区域啮合是否紧密，但是这个紧密的“关系”还是会分手。不管是螺栓螺母，还是被固定的材料，表面大都是硬的，不会彼此迁就，而机械的工作状态大多是带有重复性的运动，有的运动还伴随着剧烈的振动和冲击。在频繁的振动下，原本紧密咬合的螺纹，就会产生微小的缝隙甚至变形，积累到一定程度，就会导致细微的位移和自旋随着时间的推移就会造成松动。
 

　　传统的方法就是使用扭力扳手测量螺栓的预紧力或者张力，由人工进行逐一测试，但是由于螺栓的数量往往很多，单纯使用人力测试非常繁琐和吃力，且容易遗漏。而使用超声波的方式进行检测，不仅需要对螺栓表面的凸起文字进行打磨，且还需要涂抹耦合剂，日常操作比较繁琐。
 

　　“智能轴力检测预警系统”是全新一代的螺栓检测监测系统，将探测装置直接安装在螺栓顶部，利用高精度的内部装置，直接测量螺栓的微位移，精度达到3μm，无需打磨螺栓，无需其他手段，全天候监测，无线或有线数据发送，方便准确。无人值守的设计，特别适合环境恶劣、不借助器具人员无法触及的位置等，起到了很好的监测覆盖功能。配合立体动态模型或者数字孪生技术，可以在任何地点和时间，随时掌握全部结构的螺栓状态，对安全检测、风险预判、事件溯源等需求，起到了重要的参考作用。
 

　　除了可以检测螺栓的紧固力、张力、扭矩、应力、变形等参数，以确保螺栓连接的安全性和可靠性，而且其应用领域非常广泛，包括：
 

　　结构工程：在建筑、桥梁、塔吊、钢结构等领域中，可以用于监测紧固螺栓的张力，以确保结构的稳定性和安全性。
 

　　汽车制造：在汽车制造业中，可以在线检测引擎部件、悬挂系统、制动系统等螺栓的紧固状态，以确保汽车的安全性和性能。
 

　　航空航天：在飞机、火箭和卫星制造中，可用于监测关键螺栓的紧固状态，以确保航空器的安全性和可靠性。
 

　　能源领域：应用于风力和太阳能发电设备中，用于监测风力涡轮机和太阳能面板的螺栓连接状态，监测风筒的稳定性，以提高设备的效率和寿命。
 

　　铁路和轨道交通：在火车和地铁系统中，用于监测轨道螺栓的紧固状态，以确保列车的安全和运行。
 

　　制造业：在制造业中，可用于自动化装配线，用于监测活动装置中的螺栓连接状态，以确保产品质量和一致性。
 

　　压力容器和管道：在化工工程和石油工业中，可以用于监测压力容器和管道的螺栓紧固状态，以确保安全运行。
 

　　在需要确保螺栓连接的安全性、可靠性和性能的各种工程和制造应用中都有广泛的用途。通过实时监测螺栓状态，可以预防螺栓松动、断裂或过紧等问题，从而提高设备和结构的安全性和可维护性，也可以根据微变的趋势进行风险判断。
 

　　总的来说，“在风险预警中不仅需要数学、计算机科学、运筹学、物理、化学、材料科学、工程等各个方面的知识，现场的微变形监测也是非常重要的参数，智能轴力检测预警系统”则是日常监测、PHM系统的重要组成部分，为今天和未来的安全保驾护航。