一种螺栓松断监测装置及螺栓松断监测方法与流程

本发明涉及监测设备技术领域，特别是一种螺栓松断监测装置；本发明还涉及一种螺栓松断监测方法。

背景技术：

机械松动是常见且易发生的故障类型,主要指两种情况,其中一种情况是设备结构框架或底座松动,它带来的后果是引起整个机器松动、振动加剧；另一种情况是零件之间正常的配合关系被破坏,造成配合间隙超差而引起的松动，而产生最主要原因是螺纹松动。螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度，螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。螺纹紧固件损坏的真正原因是松动。

螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。

据统计变桨轴承和轮毂连接的螺栓、偏航轴承和底座连接的螺栓发生松动和断裂是风机常见的故障，其主要原因是与风机的变桨、偏航工作的特性有极大的关系。偏航和变桨工作是螺栓的受力情况非常相似，以变桨为例，变桨系统是风力发电机的重要组成部分，变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时(风速在12m/s到25m/s之间时)，为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间(变桨角度根据风速的变化进行自动调整)，控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定，通过上述变桨工作原理，可以了解到风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连其中关键部件的连接都是采用高强度螺栓连接，分析其螺栓的载荷和疲劳原因主要如下：载荷主要是风电机组的运行和控制产生的运行载荷，包括风轮转速控制和采用叶片变桨控制，风轮启动停机，发电机并网和脱网机偏航期间的机械制动引起的交变载荷，由气动载荷在风电机组上固定和运动零部件引起的交变载荷；由此可见螺栓疲劳原因主要是惯性和重力载荷为振动，旋转重力和地震作用在风电机组的交变载荷，螺栓的松动也是由此引起。

现在市面上并没有用于监测螺栓松断的装置，目前对螺栓的松断进行判断主要是使用工具拧动螺栓头或螺母来进行检测的，这样的监测方式极其不方便，而且需要在停机状态下进行检测。因此需要设计出一种螺栓松断的监测装置，便于用于在机器运行过程中也可进行螺栓的松断进行监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供是一种螺栓松断监测装置，该螺栓松断监测装置具有结构简单、设计合理、使用方便、监测精准度高等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种螺栓松断监测装置，其特点在于包括壳体、松动检测机构、断裂检测机构；其中：

所述壳体中形成有套装通孔，在壳体的顶面形成有与套装通孔连通的安装凹位，在安装凹位中形成有第一转动槽和第二转动槽，第一转动槽、第二转动槽各自是绕套装通孔的轴心布设的，在第一转动槽中设有第一屏蔽区，在第一转动槽中还形成有第一阻挡部，该第一阻挡部处于第一屏蔽区的边缘；在第二转动槽中设有第二屏蔽区，在第二转动槽中还形成有第二阻挡部，该第二阻挡部处于第二屏蔽区的边缘；

所述松动检测机构包括松动检测环、螺柱固定环、传动圈座；所述传动圈座上形成有旋钮圈部和套装圈部，在传动圈座的套装圈部的内周向面上形成有内齿牙，在传动圈座的套装圈部的外周向面上形成有若干阻力凸起；所述螺柱固定环的外周向面上形成有外齿牙，螺柱固定环嵌套于传动圈座的套装圈部内，且螺柱固定环的外齿牙与传动圈座中的内齿牙相啮合；所述松动检测环上形成有套装孔，该松动检测环的套装孔套置于传动圈座的套装圈部上，在松动检测环的套装孔的孔壁上形成有若干与传动圈座上的阻力凸起配合作用的阻力凹位，在松动检测环上还形成第一安装板，该第一安装板插入至第一转动槽中，在第一安装板上安装有松动rfid电子标签；

所述断裂检测机构包括断裂检测环、扭簧、弹性解锁组件、弹性顶针组件；所述断裂检测环可旋转地安装在第二转动槽上，在断裂检测环上形成有处于第二转动槽内的第二安装板，在第二安装板上安装有断裂rfid电子标签，在断裂检测环上还形成有卡锁部，在断裂检测环上还形成有伸出至壳体外的拨动部；所述扭簧安装在壳体上，扭簧的一扭臂与壳体连接，扭簧的另一扭臂与断裂检测环连接；所述弹性解锁组件包括安装于壳体底面上的解锁件，且解锁件是可沿壳体的底面作弹性伸缩活动的，在解锁件上形成有过孔；在壳体中形成有顶针活动孔，顶针活动孔的一端连通壳体的底面，顶针活动孔的另一端连通第二转动槽；所述弹性顶针组件安装于壳体的顶针活动孔中，弹性顶针组件包括有可在解锁件与断裂检测环之间作弹性伸缩活动的顶针，该顶针的一端与断裂检测环的卡锁部配合卡装，顶针的另一端顶置于解锁件上。

进一步地，在传动圈座上还形成有限位环部，该限位环部处于旋钮圈部与套装圈部之间；所述套装圈部包括2个相对设置的短弧形板和2个相对设置的长弧形板，在2个短弧形板各自的底边上分别形成有卡勾部，且卡勾部是朝套装圈部的内侧弯折的，在2个长弧形板各自的内侧面上分别形成所述的内齿牙，在2个长弧形板各自的外周向面上还分别形成有外卡装部；所述螺柱固定环通过传动圈座的卡勾部与限位环部配合而嵌套在传动圈座的套装圈部中；所述松动检测环通过传动圈座的外卡装部与限位环部配合而套装在传动圈座的套装圈部上。

再进一步地，在壳体上还形成有若干安装槽，这些安装槽是绕套装通孔布设的，且这些安装槽的槽口处于壳体的底面上，各安装槽中分别安装有磁块。

又再进一步地，所述弹性顶针组件还包括顶针弹簧，所述顶针弹簧套装在顶针上，在顶针的一端形成有大头部，所述壳体的顶针活动孔内形成有台阶；顶针弹簧压缩于顶针的大头部与顶针活动孔的所述台阶之间；所述断裂检测环的卡锁部为卡装凹位；在监测状态下：顶针的一端伸入至断裂检测环的卡装凹位中，顶针上形成有大头部的那一端的端部顶置于解锁件上。

本发明的有益效果：本发明通过采用了松动检测机构、断裂检测机构，在使用时，先将松动检测机构的螺柱固定环与螺栓的螺柱部连接，再将安装有松动检测环、传动圈座和断裂检测机构的壳体的套装通孔套入至螺母上，并令到螺柱固定环套入到传动圈座的套装圈部中，使螺柱固定环的外齿牙与传动圈座的内齿牙相啮合，而断裂检测机构的解锁件的底面则与螺母的固定面紧贴；当螺栓出现松动而转动时会带动螺柱固定环转动，螺柱固定环转动而通过传动圈座带动松动检测环转动，致使松动检测环的第一安装板进入到壳体的第一屏蔽区中并被第一阻挡部所阻挡，使检测人员在用读写设备对本发明的螺栓松断监测装置进行检测时，不能够读到第一安装板上的松动rfid电子标签，使得检测人员知道螺栓超出了可被接受的松动范围；而当安装有本螺栓松断监测装置的螺栓发生断裂后，弹性解锁组件的解锁件在脱离螺母的固定面后移动，致使弹性顶针组件的顶针的一端脱离断裂检测环的卡锁部，使得断裂检测环在扭簧的作用下转动，使得第二安装板进入到第二屏蔽区中并被第二阻挡部所阻挡，使检测人员在用读写设备对本发明的螺栓松断监测装置进行检测时，无法读到第二安装板上的断裂rfid电子标签，使得检测人员知道此螺栓处于断裂状态；本发明具有结构简单、设计合理、使用方便、监测精准度高等优点。

本发明还提供一种螺栓松断监测方法，该螺栓松断监测方法具有操作工序简单、检测快捷、精准地高且不需要停机检测等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种螺栓松断监测方法，其特点在于包括以下步骤：

1)将螺栓与螺母配合安装于设备或机构上；

2)将前述方案所述的一种螺栓松断监测装置的螺柱固定环固定在螺栓的螺柱部上，再将螺栓松断监测装置的壳体的套装通孔套置于螺母上，致使螺柱固定环嵌套在螺栓松断监测装置的传动圈座的套装圈部中，且螺柱固定环的外齿牙与传动圈座的套装圈部的内齿牙相啮合；

3)利用读写设备对螺栓松断监测装置进行监测，期间：

a)如读写设备能够读出松动rfid电子标签和断裂rfid电子标签，则表示螺栓处于预设的正常的工作状态；

b)如读写设备不能够读出松动rfid电子标签，则表示螺栓超出了可被接受的松动范围；

c)如读写设备不能够读出断裂rfid电子标签，则表示螺栓处于断裂状态；

d)如读写设备既读不出松动rfid电子标签，也读不出断裂rfid电子标签，则表示螺栓超出了可被接受的松动范围并且处于断裂的状态。

本螺栓松断监测方法的步骤3)的读写设备优选是手持式读写器，监测的类型为人工巡查。

本螺栓松断监测方法的步骤3)的读写设备优选是固定式读写器，监测的类型为系统实时在线或系统周期轮询。

本发明的有益效果：本螺栓松断监测方法通过采用读写设备是否读到螺栓松断监测装置上松动rfid电子标签、断裂rfid电子标签来判断螺栓的状态，这样的螺栓松断监测方法不需要停机来进行检测，也不需要采用工具拧动螺栓，本螺栓松断监测方法具有操作工序简单、检测快捷、精准地高且不需要停机检测等优点。

附图说明

图1为实施例1的立体结构示意图之一。

图2为实施例1的立体结构示意图之二。

图3为实施例1的爆炸结构示意图之一。

图4为实施例1的爆炸结构示意图之二。

图5为实施例1的外壳的结构示意图。

图6为实施例1的松动检测环的结构示意图。

图7为实施例1在使用时的结构示意图。

附图标记说明：1-壳体；11-套装通孔；12-安装凹位；121-第一转动槽；122-第二转动槽；123-第一屏蔽区；124-第二屏蔽区；125-第一阻挡部；126-第二阻挡部；13-顶针活动孔；14-安装槽；15-滑动卡槽；16-嵌装孔；17-销孔；18-卡勾孔；2-松动检测机构；21-松动检测环；211-套装孔；212-阻力凹位；213-第一安装板；22-螺柱固定环；221-外齿牙；23-传动圈座；231-套装圈部；232-内齿牙；233-阻力凸起；234-旋钮圈部；235-限位环部；236-短弧形板；237-长弧形板；238-卡勾部；239-外卡装部；24-松动rfid电子标签；3-断裂检测机构；31-断裂检测环；311-第二安装板；312-卡锁部；313-拨动部；32-扭簧；33-弹性解锁组件；331-解锁件；3311-过孔；3312-滑动卡装部；3313-折板部；3314-套装轴部；3315-防脱长孔；332-解锁弹簧；333-防脱销；34-弹性顶针组件；341-顶针；3411-大头部；342-顶针弹簧；35-断裂rfid电子标签；5-磁块；6-盖子；61-扣勾部；62-弧形孔；63-穿孔；7-螺栓；71-螺柱部。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本实施例是一种螺栓松断监测装置，包括壳体1、松动检测机构2、断裂检测机构3；其中：

所述壳体1中形成有套装通孔11，在壳体1的顶面形成有与套装通孔11连通的安装凹位12，在安装凹位12中形成有第一转动槽121和第二转动槽122，第一转动槽121、第二转动槽122各自是绕套装通孔11的轴心布设的，在第一转动槽121中设有第一屏蔽区123，在第一转动槽121中还形成有第一阻挡部125，该第一阻挡部125处于第一屏蔽区123的边缘；在第二转动槽122中设有第二屏蔽区124，在第二转动槽122中还形成有第二阻挡部126，该第二阻挡部126处于第二屏蔽区124的边缘；

所述松动检测机构2包括松动检测环21、螺柱固定环22、传动圈座23；所述传动圈座23上形成有旋钮圈部234和套装圈部231，在传动圈座23的套装圈部231的内周向面上形成有内齿牙232，在传动圈座23的套装圈部231的外周向面上形成有若干阻力凸起233；所述螺柱固定环22的外周向面上形成有外齿牙221，螺柱固定环22嵌套于传动圈座23的套装圈部231内，且螺柱固定环22的外齿牙221与传动圈座23中的内齿牙232相啮合；所述松动检测环21上形成有套装孔211，该松动检测环21的套装孔211套置于传动圈座23的套装圈部231上，在松动检测环21的套装孔211的孔壁上形成有若干与传动圈座23上的阻力凸起233配合作用的阻力凹位212，在松动检测环21上还形成第一安装板213，该第一安装板213插入至第一转动槽121中，在第一安装板213上安装有松动rfid电子标签24；松动检测机构2通过这样的设计，在使用时一方面用户可以通过转动传动圈座23的旋钮圈部234来带动松动检测环21转动，将松动检测环21转动复位或调整第一安装板213与壳体1的第一转动槽121的第一屏蔽区123的间距，使本螺栓松断监测装置在使用时可以令到螺栓在不影响使用的前提下松动到一定程度后才会将松动rfid电子标签24进行屏蔽，使本螺栓松断监测装置使用起来更加方便；另一方面当螺栓松动时，松动检测环21的第一安装板213进入到第一屏蔽区123中后会被第一阻挡部125阻挡，如螺栓继续松动传动圈座23会形成空转，避免松动检测环21的第一安装板213在外力下发生断裂，进一步提高本螺栓松断监测装置的使用寿命；

所述断裂检测机构3包括断裂检测环31、扭簧32、弹性解锁组件33、弹性顶针组件34；所述断裂检测环31可旋转地安装在第二转动槽122上，在断裂检测环31上形成有处于第二转动槽122内的第二安装板311，在第二安装板311上安装有断裂rfid电子标签35，在断裂检测环31上还形成有卡锁部312，在断裂检测环31上还形成有伸出至壳体1外的拨动部313；所述扭簧32安装在壳体1上，扭簧32的一扭臂与壳体1连接，扭簧32的另一扭臂与断裂检测环31连接；所述弹性解锁组件33包括安装于壳体1底面上的解锁件331，且解锁件331是可沿壳体1的底面作弹性伸缩活动的，在解锁件331上形成有过孔3311；在壳体1中形成有顶针活动孔13，顶针活动孔13的一端连通壳体1的底面，顶针活动孔13的另一端连通第二转动槽122；所述弹性顶针组件34安装于壳体1的顶针活动孔13中，弹性顶针组件34包括有可在解锁件331与断裂检测环31之间作弹性伸缩活动的顶针341，该顶针341的一端与断裂检测环31的卡锁部312配合卡装，顶针341的另一端顶置于解锁件331上。所述断裂检测机构3中的过孔3311的作用一方面是用于与套装通孔11对位，便于螺母及螺栓柱穿入，另一方面是供弹性顶针组件34的顶针341穿入，使顶针341与断裂检测环31的卡锁部312解锁。如在使用过程中，需要将断裂检测环31复位令到顶针341重新与断裂检测环31的卡锁部312配合卡装时，可通过拨动断裂检测环31的拨动部313来令到断裂检测环31在第二转动槽122中转动，并收到推动顶针341使其重新顶置于解锁件331上。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本螺栓松断监测装置在使用时，先将松动检测机构2的螺柱固定环22与螺栓7的螺柱部71连接，再将安装有松动检测环21、传动圈座23和断裂检测机构3的壳体1的套装通孔11套入至螺母上，并令到螺柱固定环22套入到传动圈座23的套装圈部231中，使螺柱固定环22的外齿牙221与传动圈座23的内齿牙232相啮合，而断裂检测机构3的解锁件331的底面则与螺母的固定面紧贴；当螺栓7出现松动而转动时会带动螺柱固定环22转动，螺柱固定环22转动而通过传动圈座23带动松动检测环21转动，致使松动检测环21的第一安装板213进入到壳体1的第一屏蔽区123中并被第一阻挡部125所阻挡，使检测人员在用读写设备对本发明的螺栓松断监测装置进行检测时，不能够读到第一安装板213上的松动rfid电子标签24，使得检测人员知道螺栓超出了可被接受的松动范围；而当安装有本螺栓松断监测装置的螺栓7发生断裂后，弹性解锁组件33的解锁件331在脱离螺母的固定面后移动，致使弹性顶针组件34的顶针341的一端脱离断裂检测环31的卡锁部312，使得断裂检测环31在扭簧32的作用下转动，使得第二安装板311进入到第二屏蔽区124中并被第二阻挡部126所阻挡，使检测人员在用读写设备对本发明的螺栓松断监测装置进行检测时，无法读到第二安装板311上的断裂rfid电子标签35，使得检测人员知道此螺栓处于断裂状态；本螺栓松断监测装置具有结构简单、设计合理、使用方便、监测精准度高等优点。

为了使传动圈座23与螺柱固定环22、松动检测环21之间的连接结构更加合理，如图3、图4、图6所示，在传动圈座23上还形成有限位环部235，该限位环部235处于旋钮圈部234与套装圈部231之间；所述套装圈部231包括2个相对设置的短弧形板236和2个相对设置的长弧形板237，在2个短弧形板236各自的底边上分别形成有卡勾部238，且卡勾部238是朝套装圈部231的内侧弯折的，在2个长弧形板237各自的内侧面上分别形成所述的内齿牙232，在2个长弧形板237各自的外周向面上还分别形成有外卡装部239；所述螺柱固定环22通过传动圈座23的卡勾部238与限位环部235配合而嵌套在传动圈座23的套装圈部231中；所述松动检测环21通过传动圈座23的外卡装部239与限位环部235配合而套装在传动圈座23的套装圈部231上。

为了避免本螺栓松断监测装置在使用过程中，在螺栓发生断裂后本螺栓松断监测装置会与螺母脱离，如图2、图3、图4所示，在壳体1上还形成有若干安装槽14，这些安装槽14是绕套装通孔11布设的，且这些安装槽14的槽口处于壳体1的底面上，各安装槽14中分别安装有磁块5。在使用时，壳体1通过磁块5吸附在螺母上。

为了使断裂检测机构3的弹性顶针组件34的结构更加合理，如图3、图4所示，所述弹性顶针组件34还包括顶针弹簧342，所述顶针弹簧342套装在顶针341上，在顶针341的一端形成有大头部3411，所述壳体1的顶针活动孔13内形成有台阶；顶针弹簧342压缩于顶针341的大头部3411与顶针活动孔13的所述台阶之间；所述断裂检测环31的卡锁部312为卡装凹位；在监测状态下：顶针341的一端伸入至断裂检测环31的卡装凹位中，顶针341上形成有大头部3411的那一端的端部顶置于解锁件331上。在使用时顶针341的大头部3411还具有限位的作用，顶针341与断裂检测环31的卡锁部312在解开卡锁状态下，顶针341的大头部3411在顶针弹簧342的作用下顶置于解锁件331上，而顶针341形成有大头部3411的那一端的端部插入至解锁件331的过孔3311中，避免弹性顶针组件34脱离壳体1。

为了使断裂检测机构3的弹性解锁组件33的结构更加合理，如图3、图4所示，所述弹性解锁组件33还包括解锁弹簧332，所述解锁件331上形成有2个滑动卡装部3312，在解锁件331上还形成有折板部3313，折板部3313处于2个滑动卡装部3312之间，在折板部3313上形成有套装轴部3314；所述壳体1上形成有2个滑动卡槽15，在壳体1的侧壁上形成有嵌装孔16；所述解锁件331的2个滑动卡装部3312对应滑动安装于壳体1的2个滑动卡槽15中；所述解锁弹簧332的一端嵌装在壳体1的嵌装孔16中，解锁弹簧332的另一端套装于折板部3313的套装轴部3314上，解锁弹簧332压缩于嵌装孔16的孔底与解锁件331的折板部3313之间。

为了避免弹性解锁组件33的解锁件331脱位，如图2、图3、图4所示，所述弹性解锁组件33还包括防脱销333；在壳体1上形成有销孔17，在解锁件331上形成有防脱长孔3315，所述防脱销333的一端穿置于销孔17中，防脱销333的另一端插入至防脱长孔3315中。

为了使本螺栓松断监测装置更加美观，如图1、图2、图3、图4、图5所示，本螺栓松断监测装置还包括盖子6，所述盖子6上形成有若干扣勾部61，在壳体1上对应形成有若干卡勾孔18，所述盖子6通过其扣勾部61与壳体1的卡勾孔18相卡装而盖置在壳体1的安装凹位12上，在盖子6上形成有与套装通孔11连通的穿孔63，所述传动圈座23的旋钮圈部234穿过盖子6上的穿孔63伸出盖子6，在盖子6与壳体1之间还形成有供断裂检测环31的拨动部313活动的弧形孔62。

实施例2

本实施例是一种螺栓松断监测方法，包括以下步骤：

1)将螺栓与螺母配合安装于设备或机构上；

2)将实施例1所述的一种螺栓松断监测装置的螺柱固定环固定在螺栓的螺柱部上，再将螺栓松断监测装置的壳体的套装通孔套置于螺母上，致使螺柱固定环嵌套在螺栓松断监测装置的传动圈座的套装圈部中，且螺柱固定环的外齿牙与传动圈座的套装圈部的内齿牙相啮合；

3)利用读写设备对螺栓松断监测装置进行监测，期间：

a)如读写设备能够读出松动rfid电子标签和断裂rfid电子标签，则表示螺栓处于预设的正常的工作状态；

b)如读写设备不能够读出松动rfid电子标签，则表示螺栓超出了可被接受的松动范围；

c)如读写设备不能够读出断裂rfid电子标签，则表示螺栓处于断裂状态；

d)如读写设备既读不出松动rfid电子标签，也读不出断裂rfid电子标签，则表示螺栓超出了可被接受的松动范围并且处于断裂的状态。

本螺栓松断监测方法通过采用读写设备是否读到螺栓松断监测装置上松动rfid电子标签、断裂rfid电子标签来判断螺栓的状态，这样的螺栓松断监测方法不需要停机来进行检测，也不需要采用工具拧动螺栓，本螺栓松断监测方法具有操作工序简单、检测快捷、精准地高且不需要停机检测等优点。

进一步地，步骤3)的读写设备是手持式读写器，监测的类型为人工巡查。检测人员每隔一段时间就采用读写设备正对螺栓松断监测装置进行信号的读取。

实施例3

本实施例与实施例2的不同之处在于：步骤3)的读写设备是固定式读写器，监测的类型为系统实时在线或系统周期轮询。这样的设计，使用户可以时刻对安装好的螺栓进行监测，以使螺栓松开或断裂时第一时间作出应对，减少损失。