一种触点式定载荷智能预警螺母及其安装方法与流程

1.本发明涉及螺栓连接可靠性检测装置技术领域，具体涉及一种触点式定载荷智能预警螺母及其安装方法。


背景技术：

2.螺栓连接中的接触面在长时间的压力作用下，容易发生材料蠕变和接触面塑性变形，导致螺栓连接应力松弛。因此，在工程应用中，即使螺栓或螺母没有松动，由于被连接材料的蠕变及接触面塑性变形，螺栓连接的拉力也会逐渐降低，降低螺栓连接的可靠性。当螺栓连接拉力下降到一定程度时，将进一步导致螺栓或螺母松动，严重时将引发设备故障或安全事故。为此，市面上应运而生了一系列螺栓连接预警螺母，当发现螺母发生松动，就会向外发出警报，以便于人们快速识别，进行检修和维护。
3.螺栓连接的预紧力(载荷)只要处于设定的范围内，都是符合安全要求的，并不会影响螺栓连接的可靠性。但是，现有的螺栓连接预警装置由于原理设计和结构设计的问题，需要在较大的松动条件下才能发出报警，此时螺栓连接的实际载荷已经远远低于额定载荷，报警时机的延迟，使设备存在危险运行状态。
4.另外，在螺栓连接预紧过程中，不仅难以判断螺栓连接的预紧力(载荷)是否达到要求，而且过大的预紧力(载荷)不止可能会破坏螺栓或被连接件，更可能会破坏预警螺母，故安装过程对安装人员的素质要求极高。因此，还希望螺栓连接预警螺母能够在螺栓连接时辅助提示预紧力(载荷)是否达到预设范围。
5.解决以上问题成为当务之急。


技术实现要素：

6.为解决以上的技术问题，本发明提供了一种触点式定载荷智能预警螺母及其安装方法。
7.其技术方案如下：
8.一种触点式定载荷智能预警螺母，其要点在于，包括螺母基体以及安装在螺母基体上的额定载荷探测触点开关、超载触发开关、电池、通过额定载荷探测触点开关与电池串联的载荷不足警报装置以及通过超载触发开关与电池串联的超载警报装置；
9.所述螺母基体一体成型，该螺母基体的两端相互正对地设置有螺纹连接主体和承压环，所述螺纹连接主体呈六棱柱结构，并沿其沿轴线开设有与螺栓螺纹配合的内螺纹孔，所述承压环上沿其轴线开设有与内螺纹孔连通的螺栓过孔，该螺栓过孔的孔径大于内螺纹孔的孔径，所述螺纹连接主体和承压环的间距随着螺母基体施加的预紧力的增大而减小；
10.所述额定载荷探测触点开关包括分别安装在螺纹连接主体和承压环相互靠近一侧的开关支架和绝缘触点，所述开关支架上设置有固定安装的固定导电触点以及活动安装的活动导电触点，所述活动导电触点既能够在弹性元件的驱使下与固定导电触点抵接，又能够在绝缘触点的驱使下与固定导电触点分离；
11.所述超载触发开关包括分别安装在螺纹连接主体和承压环相互靠近一侧的第一超载导电触点和第二超载导电触点；
12.当螺母基体施加的预紧力小于设定范围时，所述活动导电触点与固定导电触点抵接，且第一超载导电触点与第二超载导电触点的间距大于绝缘触点与固定导电触点的间距，以使额定载荷探测触点开关导通、超载触发开关断开。
13.采用以上结构，当螺母基体承受的载荷小于设定范围时，活动导电触点与固定导电触点接触，第一超载导电触点与第二超载导电触点的间距大于绝缘触点与固定导电触点的间距，以使载荷不足警报装置启动、超载警报装置停机，从而使激活的载荷不足警报装置向外发出警报信号，让维修人员尽快检修松动的螺栓连接件，确保螺栓连接的有效性和安全性；当螺母基体承受的载荷处于设定范围时，绝缘触点驱使活动导电触点与固定导电触点分离，第一超载导电触点与第二超载导电触点之间留有间距，以使载荷不足警报装置与超载警报装置均停机，从而使螺栓连接的预紧力只要处于安全的预设范围内，都不会激活载荷不足警报装置，避免运维人员进行不必要的检修，大大降低了劳动强度和运维成本；当螺母基体承受的载荷大于设定范围时，绝缘触点驱使活动导电触点与固定导电触点分离，第一超载导电触点与第二超载导电触点接触，以使载荷不足警报装置停机、超载警报装置启动，从而能够在螺栓连接预紧过程中，超载警报装置的启动能够直观地提示安装人员，使安装人员能够及时地停止继续扭拧，并在载荷不足警报装置和超载警报装置的提示下反拧一定角度，使触点式定载荷智能预警螺母的预紧力处于安全的预设范围内，因而能够为安装人员提供有效的提示，避免破坏螺栓连接件或待锁紧工件，大大降低了螺栓预紧难度和对人员素质的要求，同时还降低了投入成本。
14.作为优选：所述螺母基体中设置有电源开关和电源指示装置，所述电源指示装置的一端串电源开关与电池的负极连接，另一端与额定载荷探测触点开关和超载触发开关的公共端连接。
15.采用以上结构，使触点式定载荷智能预警螺母出厂后能够处于断电的状态，使用前再打开电源开关，从而有效避免电池电量的无畏耗损，延长使用寿命。
16.作为优选：所述载荷不足警报装置包括载荷不足指示灯和用于向外发出警报信号的信号处理模块，所述额定载荷探测触点开关的一端与电池的负极连接，另一端依次串载荷不足指示灯和信号处理模块后与电池的正极连接，所述超载警报装置为超载指示灯，所述电源指示装置为电源指示灯。
17.采用以上结构，不仅能够通过指示灯发送视觉信号，直观地提醒安装人员和运维人员触点式定载荷智能预警螺母的当前状态，还能够通过信号处理模块向外发送无线信号，大大降低了运维人员找到松动螺栓连接件的难度。
18.作为优选：所述电源开关包括安装在承压环靠近螺纹连接主体的一侧的门形支架、安装在门形支架靠近承压环一侧的按压式开关以及螺纹配合地穿设在承压环上的开关触发螺钉；当开关触发螺钉压紧按压式开关时，按压式开关导通，当开关触发螺钉释放按压式开关时，按压式开关断开。
19.采用以上结构，不仅能够有效避免误操作，而且避免发生干涉等问题，而且按压式开关启动后能够被开关触发螺钉持续抵紧，保证了运行的可靠性。
20.作为优选：所述承压环为与螺纹连接主体相适应的正六边形环状结构，所述螺纹
连接主体和承压环之间设置有支撑环套，该支撑环套两端分别与螺纹连接主体和承压环的內缘连接，并合围形成外周面开口的u形环槽结构。
21.采用以上结构，整体都成六棱柱结构，一体性好，不仅美观，而且减少干涉，同时能够精确地识别螺栓连接的预紧力变化，便于内置机械元件和电子元件。
22.作为优选：所述支撑环套的外周面上具有均匀分布的加强筋，各加强筋的两端均分别支承螺纹连接主体和承压环。
23.采用以上结构，能够大幅提升螺母基体的抗扭能力，避免触点式定载荷智能预警螺母在螺栓连接时轻易地被拧坏。
24.作为优选：所述螺母基体上设置有防尘密封环套，该防尘密封环套为与螺纹连接主体相适应的正六边形环状结构，并嵌入螺母基体的槽口中，所述螺母基体的弹性模量大于防尘密封环套的弹性模量。
25.采用以上结构，不仅能够起到很好的防雨防尘效果，提升触点式定载荷智能预警螺母的耐候能力，而且几乎不会增加螺母基体的抗变形能力，从而便于触点式定载荷智能预警螺母准确地设定预紧力的安全范围，同时外形结构与螺母基体的外形结构一致，不仅美观，而且减少干涉。
26.作为优选：所述螺母基体设置有数据输出接口，该数据输出接口向外穿出防尘密封环套。
27.采用以上结构，不仅便于运维人员更详尽的数据信息，而且能够克服电池缺电后难以进行数据读取的问题。
28.作为优选：所述开关支架包括安装在螺纹连接主体靠近承压环一侧的支架底座以及从支架底座向承压环延伸的固定触点安装柱和活动触点安装柱，所述固定触点安装柱靠近承压环的一端设置有向活动触点安装柱延伸的固定导电触点，所述活动导电触点的一端可转动地安装在活动触点安装柱远离支架底座的一端，以使活动导电触点能够在固定导电触点与支架底座之间转动，该活动导电触点的另一端与支架底座之间设置有弹性元件，以使活动导电触点具有与固定导电触点抵接的趋势。
29.采用以上结构，通过控制绝缘触点的凸出高度，能够精确地设定螺栓连接件预紧力的安全范围，并且，弹性元件能够使活动导电触点具有与固定导电触点抵接的趋势，反应灵敏，结构简单可靠，经久耐用。
30.一种触点式定载荷智能预警螺母的安装方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
31.s1、将螺栓穿设在待锁紧的工件上；
32.s2、导通电源开关，检查电源指示装置和载荷不足警报装置是否启动以及超载警报装置是否停机：是，进入下一步骤；否，更换触点式定载荷智能预警螺母，并重新执行步骤s2；
33.s3、将承压环的螺栓过孔套在螺栓上，并转动螺纹连接主体或螺栓，直至电源指示装置、载荷不足警报装置和超载警报装置均停机；
34.s4、按照步骤s3中螺纹连接主体或螺栓转动的方向，继续同向转动螺纹连接主体或螺栓，直至电源指示装置和超载警报装置启动以及载荷不足警报装置停机；
35.s5、按照步骤s3中螺纹连接主体或螺栓转动的方向，按设定角度反向转动螺纹连接主体或螺栓，直至电源指示装置、载荷不足警报装置和超载警报装置均停机，完成触点式
定载荷智能预警螺母的安装。
36.采用以上方法，不仅使触点式定载荷智能预警螺母的预紧力处于安全的预设范围内，还能够为安装人员提供有效的提示，避免破坏螺栓连接件或待锁紧工件，大大降低了螺栓预紧难度和对人员素质的要求，间接降低了投入成本，并且还能够使触点式定载荷智能预警螺母处于安全范围内中尽可能大的预紧力，能够更可靠、更长期地锁紧工件。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果：
38.采用以上技术方案的一种触点式定载荷智能预警螺母及其安装方法，不仅能够在载荷不足时向外发出警报信号，让维修人员尽快检修松动螺栓，确保螺栓连接的有效性和安全性；而且使螺栓连接的预紧力只要处于安全的预设范围内，都不会激活载荷不足警报装置，避免运维人员进行不必要的检修，大大降低了劳动强度和运维成本；同时还能够在螺栓连接预紧过程中，提示安装人员预紧力过大，及时地停止继续扭拧，并在载荷不足警报装置和超载警报装置的提示下反拧一定角度，不但使螺栓连接件的预紧力处于安全的预设范围内中尽可能大的预紧力，能够更可靠、更长期地锁紧工件，还为安装人员提供有效的提示，避免破坏螺栓连接件或待锁紧工件，大大降低了螺栓连接预紧的难度和对人员素质的要求，同时还间接降低了投入成本；因此，对提升设备结构连接的有效性和安全性都有着重要的作用。
附图说明
39.图1为触点式定载荷智能预警螺母的结构示意图；
40.图2为螺母基体的剖视图；
41.图3为触点式定载荷智能预警螺母去除防尘密封环套后其中一个视角的示意图；
42.图4为触点式定载荷智能预警螺母去除防尘密封环套后另外一个视角的示意图；
43.图5为触点式定载荷智能预警螺母去除防尘密封环套后剩余一个视角的示意图；
44.图6为触点式定载荷智能预警螺母去除防尘密封环套后的剖视图；
45.图7为触点式定载荷智能预警螺母与螺栓连接件的配合关系示意图；
46.图8为触点式定载荷智能预警螺母的电路原理图。
具体实施方式
47.以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
48.如图1
‑
图6所示，一种触点式定载荷智能预警螺母，其主要包括螺母基体1以及安装在螺母基体1上的额定载荷探测触点开关2、超载触发开关3、电池4、载荷不足警报装置5、超载警报装置6、电源开关7和电源指示装置8。其中，载荷不足警报装置5通过额定载荷探测触点开关2与电池4串联，超载警报装置6通过超载触发开关3与电池4串联。
49.请参见图1
‑
图5和图7，螺母基体1一体成型，螺母基体1包括呈圆筒形结构的支撑环套11以及设置在支撑环套11两端的螺纹连接主体12和承压环13，螺纹连接主体12和承压环13相互正对，螺纹连接主体12呈六棱柱结构，便于使用扳手等工具操作，同样的，承压环13也为与螺纹连接主体12相适应的正六边形结构，并且，螺纹连接主体12沿其沿轴线开设有与螺栓a螺纹配合的内螺纹孔121，承压环13上沿其轴线开设有与内螺纹孔121连通的螺栓过孔131，该螺栓过孔131的孔径大于内螺纹孔121的孔径。同时，支撑环套11两端分别与
螺纹连接主体12和承压环13的內缘连接，并合围形成外周面开口的u形环槽结构。
50.因此，触点式定载荷智能预警螺母和螺栓a锁紧工件b的过程中，承压环13与工件b抵得越紧，螺纹连接主体12与承压环13的间距越小，当触点式定载荷智能预警螺母的预紧力减小时，螺纹连接主体12与承压环13的间距增大。
51.进一步地，支撑环套11的外周面上具有均匀分布的加强筋14，各加强筋14的两端均分别与螺纹连接主体12和承压环13连接，并支承螺纹连接主体12和承压环13，能够大幅提升螺母基体1的抗扭能力，避免触点式定载荷智能预警螺母在螺栓连接时轻易地被拧坏。
52.另外，螺母基体1上设置有防尘密封环套9，防尘密封环套9嵌入螺母基体1的槽口，螺母基体1的弹性模量大于防尘密封环套9的弹性模量。本实施例中，螺母基体1的弹性模量远大于防尘密封环套9的弹性模量，差别大到防尘密封环套9的弹性模量可以忽略不计的程度，因而，防尘密封环套9不仅能够起到很好的防雨防尘效果，提升触点式定载荷智能预警螺母的耐候能力，而且几乎不会增加螺母基体的抗变形能力，从而便于触点式定载荷智能预警螺母准确地设定预紧力(载荷)的安全范围。
53.请参见图3和图6，额定载荷探测触点开关2包括分别安装在螺纹连接主体12和承压环13相互靠近一侧的开关支架22和绝缘触点21，开关支架22上设置有固定安装的固定导电触点23以及活动安装的活动导电触点24，活动导电触点24既能够在弹性元件25的驱使下与固定导电触点23抵接，又能够在绝缘触点21的驱使下与固定导电触点23分离。
54.具体地说，开关支架22包括安装在螺纹连接主体12靠近承压环13一侧的支架底座221以及从支架底座221向承压环13延伸的固定触点安装柱222和活动触点安装柱223，固定触点安装柱222靠近承压环13的一端设置有向活动触点安装柱223延伸的固定导电触点23，活动导电触点24的一端可转动地安装在活动触点安装柱223远离支架底座221的一端，以使活动导电触点24能够在固定导电触点23与支架底座221之间转动，活动导电触点24的另一端与支架底座221之间设置有弹性元件25，以使活动导电触点24具有与固定导电触点23抵接的趋势。
55.因此，螺纹连接主体12和承压环13相互靠近时，绝缘触点21将活动导电触点24从固定导电触点23上顶开，使额定载荷探测触点开关2断开。螺纹连接主体12和承压环13相互远离时，活动导电触点24在弹性元件25的作用下复位，使活动导电触点24与固定导电触点23抵接，从而额定载荷探测触点开关2导通。
56.本实施例中，弹性元件25优选采用复位压簧，简单可靠。并且，绝缘触点21通过绝缘基座26安装在承压环13上，以减小绝缘触点21的长度，增加绝缘触点21的结构强度，避免发生断裂等问题。
57.请参见图4，超载触发开关3包括分别安装在螺纹连接主体12和承压环13相互靠近一侧的第一超载导电触点31和第二超载导电触点32。因此，螺纹连接主体12和承压环13相互靠近时，第一超载导电触点31和第二超载导电触点32接触，超载触发开关3导通。螺纹连接主体12和承压环13相互远离时，第一超载导电触点31和第二超载导电触点32分离，超载触发开关3断开。
58.同样地，第二超载导电触点32通过绝缘座33安装在承压环13上，以减小第二超载导电触点32的长度，增加第二超载导电触点32的结构强度，避免发生断裂等问题。
59.请参见图3、图5和图8，载荷不足警报装置5包括载荷不足指示灯51和用于向外发
出警报信号的信号处理模块52，额定载荷探测触点开关2的一端与电池4的负极连接，另一端依次串载荷不足指示灯51和信号处理模块52后与电池4的正极连接。不仅能够通过指示灯51发送视觉信号，还能够通过信号处理模块52向外发送无线信号，大大降低了运维人员找到松动螺栓连接件的难度。
60.请参见图1、图5和图8，螺母基体1中设置有电源开关7和电源指示装置8，电源指示装置8的一端串电源开关7与电池4的负极连接，另一端与额定载荷探测触点开关2和超载触发开关3的公共端连接。
61.具体地说，电源开关7包括安装在承压环13靠近螺纹连接主体12的一侧的门形支架71、安装在门形支架71靠近承压环13一侧的按压式开关72以及螺纹配合地穿设在承压环13上的开关触发螺钉73；当开关触发螺钉73压紧按压式开关72时，按压式开关72导通，当开关触发螺钉73释放按压式开关72时，按压式开关72断开。
62.同样的，超载警报装置6为超载指示灯，电源指示装置8为电源指示灯，能够直观地进行视觉提示。
63.并且，螺母基体1设置有数据输出接口10，数据输出接口10向外穿出防尘密封环套9，不仅便于运维人员更详尽的数据信息，而且能够克服电池缺电后难以进行数据读取的问题。
64.一种触点式定载荷智能预警螺母的安装方法，按照以下步骤进行：
65.s1、将螺栓a穿设在待锁紧的工件b上。
66.s2、导通电源开关7，检查电源指示装置8和载荷不足警报装置5是否启动以及超载警报装置6是否停机：是，进入下一步骤；否，更换触点式定载荷智能预警螺母，并重新执行步骤s2。
67.具体地说，将开关触发螺钉73旋入螺母基体1中，使开关触发螺钉73顶紧按压式开关72，按压式开关72导通，电源指示灯点亮。此时，螺纹连接主体12和承压环13未承受任何压力，因此，活动导电触点24与固定导电触点23接触，绝缘触点21与固定导电触点23不接触，额定载荷探测触点开关2导通，载荷不足指示灯51点亮，信号处理模块52向外发射信号；第一超载导电触点31与第二超载导电触点32不接触，超载触发开关3断开，超载指示灯熄灭。
68.s3、将承压环13的螺栓过孔131套在螺栓a上，并转动螺纹连接主体12或螺栓a，直至电源指示装置8、载荷不足警报装置5和超载警报装置6均停机。
69.具体地说，不断地正向转动螺母基体1，螺纹连接主体12和承压环13的间距不断减小，当承压环13承受的预紧力(载荷)处于设定范围时，绝缘触点21顶开活动导电触点24，使活动导电触点24与固定导电触点23分离，额定载荷探测触点开关2断开，载荷不足指示灯51熄灭，信号处理模块52停止向外发射信号；同时，第一超载导电触点31与第二超载导电触点32保持不接触，超载触发开关3保持断开，超载指示灯保持熄灭，此时，电源指示灯也熄灭。
70.s4、按照步骤s3中螺纹连接主体12或螺栓a转动的方向，继续同向转动螺纹连接主体12或螺栓a，直至电源指示装置8和超载警报装置6启动以及载荷不足警报装置5停机。
71.具体地说，螺纹连接主体12和承压环13的间距继续不断减小，当螺母基体1承受的载荷大于设定范围时，第一超载导电触点31与第二超载导电触点32接触，超载触发开关3导通，超载指示灯点亮，同时，电源指示灯点亮；绝缘触点21驱使活动导电触点24与固定导电
触点23保持分离，额定载荷探测触点开关2保持断开，载荷不足指示灯51保持熄灭，信号处理模块52保持停止向外发射信号。
72.s5、按照步骤s3中螺纹连接主体12或螺栓a转动的方向，按设定角度反向转动螺纹连接主体12或螺栓a，直至电源指示装置8、载荷不足警报装置5和超载警报装置6均停机，完成触点式定载荷智能预警螺母的安装。
73.具体地说，螺纹连接主体12和承压环13的间距增大，当螺母基体1承受的载荷回到设定范围时，第一超载导电触点31与第二超载导电触点32分离，超载触发开关3断开，超载指示灯熄灭，同时，电源指示灯熄灭；绝缘触点21驱使活动导电触点24与固定导电触点23保持分离，额定载荷探测触点开关2保持断开，载荷不足指示灯51保持熄灭，信号处理模块52保持停止向外发射信号。
74.在触点式定载荷智能预警螺母锁紧工件b的过程中，触点式定载荷智能预警螺母可能发生松动，使预紧力小于预设范围时，螺纹连接主体12和承压环13的间距不断增大，活动导电触点24与固定导电触点23接触，绝缘触点21与固定导电触点23不接触，额定载荷探测触点开关2导通，载荷不足指示灯51点亮，信号处理模块52向外发射信号，同时，电源指示灯点亮；第一超载导电触点31与第二超载导电触点32保持不接触，超载触发开关3保持断开，超载指示灯保持熄灭。维保人员接收到信号处理模块52发出的信号后，对触点式定载荷智能预警环件进行检修。
75.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。