小身材大作用 --淺析軸力安全監(jiān)測

2023年11月23日 13:39:56人氣：1277來源：上海朝輝壓力儀器有限公司

　　傳感器在各行各業(yè)應(yīng)用的非常多，滿足了設(shè)備生產(chǎn)、建筑物監(jiān)測、介質(zhì)檢測、運(yùn)行監(jiān)控等多種需求，是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的核心工業(yè)品。

　　而因?yàn)槁菟ǖ乃蓜?dòng)、脫落造成的事故卻屢見不鮮：

　　2010年6月29日16時(shí)45分深圳東部華僑城“太空迷航”娛樂設(shè)施的太空艙垮塌，造成6人死亡，10人受傷，事故原因是有一顆螺栓松動(dòng)。

　　2010年12月14日，深圳地鐵1號線國貿(mào)站5號手扶電梯突然由上行倒轉(zhuǎn)，致使25名乘客受傷。事故原因是扶梯主機(jī)固定螺栓松脫，其中1個(gè)被切斷，令主機(jī)支座移位，驅(qū)動(dòng)鏈條脫離鏈輪，在乘客重量的作用下，上行的扶梯下滑。

　　2021年，美國渡輪“Wenatchee”號在大修后發(fā)生嚴(yán)重主機(jī)故障，美國國家運(yùn)輸安全委員會(NTSB)出具了一份報(bào)告。一個(gè)顆擰緊的螺栓突然松動(dòng)，主機(jī)上的一根連桿和半個(gè)活塞甩出檢修孔，從而引發(fā)了火災(zāi)。螺栓松動(dòng)的原因是大修期間扭矩不足導(dǎo)致的，導(dǎo)致活塞襯套無法與曲軸校準(zhǔn)，失去潤滑，從而導(dǎo)致過熱及軸承失靈。在極端力的作用下，連桿松動(dòng)，并通過檢修口彈出，氣體從曲軸箱中噴出，引發(fā)了火災(zāi)，造成380萬美元的損失。

　　2023年4月，一起油缸螺栓掉落導(dǎo)致的安全事故在某機(jī)械加工廠發(fā)生。當(dāng)時(shí)工人在操作壓力機(jī)時(shí)，突然聽到了一聲巨響，隨后發(fā)現(xiàn)油缸在運(yùn)動(dòng)中突然停止，機(jī)器無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)是油缸上的一個(gè)螺栓掉落了，導(dǎo)致油缸和機(jī)器失去了支撐。雖然沒有造成人員傷亡，但損失慘重。

　　隨著各類安全事故的頻繁曝光，各種設(shè)施對安全監(jiān)測的需求越來越多，也越來越高，傳感器在其中當(dāng)然功不可沒。但是很多安全監(jiān)測、PHM(Prognostics & Health Mangement故障預(yù)測與健康管理)都著重于電、氣、重要結(jié)構(gòu)等裝置，往往底層設(shè)施或者結(jié)構(gòu)件被忽略，其實(shí)結(jié)構(gòu)安全越基礎(chǔ)越重要，所謂“千里之堤毀于蟻穴”，就好比螺栓，是所有結(jié)構(gòu)件的核心緊固件，對于它的檢測、監(jiān)測需要更有針對性的方案。

　　螺栓是利用物體的斜面圓形旋轉(zhuǎn)和摩擦力，循序漸進(jìn)緊固器物的機(jī)件，因此螺栓緊固與否很大程度，在于和固定物的螺紋區(qū)域嚙合是否緊密，但是這個(gè)緊密的“關(guān)系”還是會分手。不管是螺栓螺母，還是被固定的材料，表面大都是硬的，不會彼此遷就，而機(jī)械的工作狀態(tài)大多是帶有重復(fù)性的運(yùn)動(dòng)，有的運(yùn)動(dòng)還伴隨著劇烈的振動(dòng)和沖擊。在頻繁的振動(dòng)下，原本緊密咬合的螺紋，就會產(chǎn)生微小的縫隙甚至變形，積累到一定程度，就會導(dǎo)致細(xì)微的位移和自旋隨著時(shí)間的推移就會造成松動(dòng)。

　　傳統(tǒng)的方法就是使用扭力扳手測量螺栓的預(yù)緊力或者張力，由人工進(jìn)行逐一測試，但是由于螺栓的數(shù)量往往很多，單純使用人力測試非常繁瑣和吃力，且容易遺漏。而使用超聲波的方式進(jìn)行檢測，不僅需要對螺栓表面的凸起文字進(jìn)行打磨，且還需要涂抹耦合劑，日常操作比較繁瑣。

　　“智能軸力檢測預(yù)警系統(tǒng)”是全新一代的螺栓檢測監(jiān)測系統(tǒng)，將探測裝置直接安裝在螺栓頂部，利用高精度的內(nèi)部裝置，直接測量螺栓的微位移，精度達(dá)到3μm，無需打磨螺栓，無需其他手段，全天候監(jiān)測，無線或有線數(shù)據(jù)發(fā)送，方便準(zhǔn)確。無人值守的設(shè)計(jì)，特別適合環(huán)境惡劣、不借助器具人員無法觸及的位置等，起到了很好的監(jiān)測覆蓋功能。配合立體動(dòng)態(tài)模型或者數(shù)字孿生技術(shù)，可以在任何地點(diǎn)和時(shí)間，隨時(shí)掌握全部結(jié)構(gòu)的螺栓狀態(tài)，對安全檢測、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判、事件溯源等需求，起到了重要的參考作用。

　　除了可以檢測螺栓的緊固力、張力、扭矩、應(yīng)力、變形等參數(shù)，以確保螺栓連接的安全性和可靠性，而且其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括：

　　結(jié)構(gòu)工程：在建筑、橋梁、塔吊、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中，可以用于監(jiān)測緊固螺栓的張力，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

　　汽車制造：在汽車制造業(yè)中，可以在線檢測引擎部件、懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等螺栓的緊固狀態(tài)，以確保汽車的安全性和性能。

　　航空航天：在飛機(jī)、火箭和衛(wèi)星制造中，可用于監(jiān)測關(guān)鍵螺栓的緊固狀態(tài)，以確保航空器的安全性和可靠性。

　　能源領(lǐng)域：應(yīng)用于風(fēng)力和太陽能發(fā)電設(shè)備中，用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能面板的螺栓連接狀態(tài)，監(jiān)測風(fēng)筒的穩(wěn)定性，以提高設(shè)備的效率和壽命。

　　鐵路和軌道交通：在火車和地鐵系統(tǒng)中，用于監(jiān)測軌道螺栓的緊固狀態(tài)，以確保列車的安全和運(yùn)行。

　　制造業(yè)：在制造業(yè)中，可用于自動(dòng)化裝配線，用于監(jiān)測活動(dòng)裝置中的螺栓連接狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和一致性。

　　壓力容器和管道：在化工工程和石油工業(yè)中，可以用于監(jiān)測壓力容器和管道的螺栓緊固狀態(tài)，以確保安全運(yùn)行。

　　在需要確保螺栓連接的安全性、可靠性和性能的各種工程和制造應(yīng)用中都有廣泛的用途。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測螺栓狀態(tài)，可以預(yù)防螺栓松動(dòng)、斷裂或過緊等問題，從而提高設(shè)備和結(jié)構(gòu)的安全性和可維護(hù)性，也可以根據(jù)微變的趨勢進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判斷。

　　總的來說，“在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警中不僅需要數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、物理、化學(xué)、材料科學(xué)、工程等各個(gè)方面的知識，現(xiàn)場的微變形監(jiān)測也是非常重要的參數(shù)，智能軸力檢測預(yù)警系統(tǒng)”則是日常監(jiān)測、PHM系統(tǒng)的重要組成部分，為今天和未來的安全保駕護(hù)航。

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