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　　--淺析軸力安全監測
 

　　上海朝輝壓力儀器有限公司

 

　　傳感器在各行各業應用的非常多，滿足了設備生產、建筑物監測、介質檢測、運行監控等多種需求，是數據生產的核心工業品。
 

　　而因為螺栓的松動、脫落造成的事故卻屢見不鮮：
 

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

　　2010年12月14日，深圳地鐵1號線國貿站5號手扶電梯突然由上行倒轉，致使25名乘客受傷。事故原因是扶梯主機固定螺栓松脫，其中1個被切斷，令主機支座移位，驅動鏈條脫離鏈輪，在乘客重量的作用下，上行的扶梯下滑。
 

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

　　2023年4月，一起油缸螺栓掉落導致的安全事故在某機械加工廠發生。當時工人在操作壓力機時，突然聽到了一聲巨響，隨后發現油缸在運動中突然停止，機器無法正常運轉。經過檢查，發現是油缸上的一個螺栓掉落了，導致油缸和機器失去了支撐。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，各種設施對安全監測的需求越來越多，也越來越高，傳感器在其中當然功不可沒。但是很多安全監測、PHM(Prognostics & Health Mangement故障預測與健康管理)都著重于電、氣、重要結構等裝置，往往底層設施或者結構件被忽略，其實結構安全越基礎越重要，所謂“千里之堤毀于蟻穴”，就好比螺栓，是所有結構件的核心緊固件，對于它的檢測、監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和摩擦力，循序漸進緊固器物的機件，因此螺栓緊固與否很大程度，在于和固定物的螺紋區域嚙合是否緊密，但是這個緊密的“關系”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，而機械的工作狀態大多是帶有重復性的運動，有的運動還伴隨著劇烈的振動和沖擊。在頻繁的振動下，原本緊密咬合的螺紋，就會產生微小的縫隙甚至變形，積累到一定程度，就會導致細微的位移和自旋隨著時間的推移就會造成松動。
 

　　傳統的方法就是使用扭力扳手測量螺栓的預緊力或者張力，由人工進行逐一測試，但是由于螺栓的數量往往很多，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行檢測，不僅需要對螺栓表面的凸起文字進行打磨，且還需要涂抹耦合劑，日常操作比較繁瑣。
 

　　“智能軸力檢測預警系統”是全新一代的螺栓檢測監測系統，將探測裝置直接安裝在螺栓頂部，利用高精度的內部裝置，直接測量螺栓的微位移，精度達到3μm，無需打磨螺栓，無需其他手段，全天候監測，無線或有線數據發送，方便準確。無人值守的設計，特別適合環境惡劣、不借助器具人員無法觸及的位置等，起到了很好的監測覆蓋功能。配合立體動態模型或者數字孿生技術，可以在任何地點和時間，隨時掌握全部結構的螺栓狀態，對安全檢測、風險預判、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、應力、變形等參數，以確保螺栓連接的安全性和可靠性，而且其應用領域非常廣泛，包括：
 

　　結構工程：在建筑、橋梁、塔吊、鋼結構等領域中，可以用于監測緊固螺栓的張力，以確保結構的穩定性和安全性。
 

　　汽車制造：在汽車制造業中，可以在線檢測引擎部件、懸掛系統、制動系統等螺栓的緊固狀態，以確保汽車的安全性和性能。
 

　　航空航天：在飛機、火箭和衛星制造中，可用于監測關鍵螺栓的緊固狀態，以確保航空器的安全性和可靠性。
 

　　能源領域：應用于風力和太陽能發電設備中，用于監測風力渦輪機和太陽能面板的螺栓連接狀態，監測風筒的穩定性，以提高設備的效率和壽命。
 

　　鐵路和軌道交通：在火車和地鐵系統中，用于監測軌道螺栓的緊固狀態，以確保列車的安全和運行。
 

　　制造業：在制造業中，可用于自動化裝配線，用于監測活動裝置中的螺栓連接狀態，以確保產品質量和一致性。
 

　　壓力容器和管道：在化工工程和石油工業中，可以用于監測壓力容器和管道的螺栓緊固狀態，以確保安全運行。
 

　　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用中都有廣泛的用途。通過實時監測螺栓狀態，可以預防螺栓松動、斷裂或過緊等問題，從而提高設備和結構的安全性和可維護性，也可以根據微變的趨勢進行風險判斷。
 

　　總的來說，“在風險預警中不僅需要數學、計算機科學、運籌學、物理、化學、材料科學、工程等各個方面的知識，現場的微變形監測也是非常重要的參數，智能軸力檢測預警系統”則是日常監測、PHM系統的重要組成部分，為今天和未來的安全保駕護航。