一种螺栓预紧力组合测试装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114777984A(43)申请公布日2022.07.22(21)申请号202210229314.3(51)Int.Cl.(22)申请日2022.03.10G01L5/24(2006.01)(71)申请人国网河北省电力有限公司电力科学研究院地址050000河北省石家庄市裕华区体育南大街238号国网河北电科院申请人国网河北能源技术服务有限公司国家电网有限公司(72)发明人冯砚厅李文彬吕亚东王庆王勇董国振李国维敬尚前徐雪霞李晓康(74)专利代理机构石家庄新世纪专利商标事务所有限公司13100专利代理师张栋然权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种螺栓预紧力组合测试装置及方法(57)摘要本发明涉及一种螺栓预紧力组合测试装置及方法，装置包括通过螺栓连接的上板和下板以及螺接在螺栓上并且位于下板下方的螺母，在所述下板的底面上设有下加速度探头，在上板的顶面上设有上加速度探头，在螺栓的螺帽上或与装置连接的其它位置设有拾音器；本发明利用螺栓连接结构在外部激振能量En作用下的反应与螺栓预紧力的关系进行测量，以被连接件的动态加速度差值以及次激振动声波出现时外部激振能量En的大小来确定螺栓预紧力的大小。CN114777984ACN114777984A权利要求书1/2页1.一种螺栓预紧力组合测试装置，其特征在于其包括通过螺栓(1)连接的上板(2)和下板(3)以及螺接在螺栓(1)上并且位于下板(3)下方的螺母(4)，在所述下板(3)的底面上设有下加速度探头(6)，在上板(2)的顶面上设有上加速度探头(5)，还包括拾音器(7)。2.一种螺栓预紧力组合测试方法，其特征在于其包括：利用螺栓螺母将上板和下板连接在一起；设螺栓的质量为m1，弹性模量为E1，螺栓夹紧长度为L1，上板的质量为m2，弹性模量为E2，板厚为L2，下板的质量为m3，弹性模量为E3，板厚为L3；若螺栓没有约束，螺栓存在自振频率f1，上板存在自振频率f2，下板存在自振频率f3，螺母存在自振频率f4；垂直于螺栓位置沿螺栓纵向给一个能量En的激振源，在某t时刻各个部件分别存在各自的运动加速度，螺栓存在加速度a1t，上板存在加速度a2t，下板存在加速度a3t，螺母存在加速度a4t；给定一个预紧力Fy时，各个部件被约束在一起，各部件在螺栓位置的加速度相同，由于是受迫振动，每个部件相对其它相邻的部件均有作用力，这个作用力同样会产生加速度；当螺栓预紧力减小时，各部件振动趋向自振频率，其振动加速度也由于螺栓预紧力约束的减小而发生变化，当任意两个部件间相对加速度出现不等于零情况时，则会相互碰撞产生次激振动而发出声波，拾音器就会收到次激振动的声波，由于各部件的质量不同，碰撞产生的次激振动频率不同，拾音器检测到的声波频率也不同，根据对提取的频谱进行频率、记数、间隔、幅值，结合激振源的能量分析则可以判断螺栓预紧力的减小程度甚至松动。3.根据权利要求2所述的一种螺栓预紧力组合测试方法，其特征在于当螺栓预紧力减小，安装在上、下板上的加速探头会采集到不同的加速度，将两者做差，当差值超过接近于零的临界值a0时，则判定预紧力减少或消失，螺栓发生松动。4.根据权利要求2或3所述的一种螺栓预紧力组合测试方法，其特征在于当螺栓连接结构一定时，产生次激振动声波和上、下板出现加速度差达到临界值，与螺栓预紧力和外来的激振能量En有关，预紧力越大，产生次激振声波和上下板出现加速度差达到临界值所需要的外来的激振能量En也越大，由于外来激振能量En可知，因此可以判断螺栓预紧力的大小。5.根据权利要求2所述的一种螺栓预紧力组合测试方法，其特征在于当连接结构一定时，临界值a0是一个常量，通过给定大于预紧力的外部激励条件下，次激振动声波出现时上下板加速度差值就等于临界值a0。6.根据权利要求2所述的一种螺栓预紧力组合测试方法，其特征在于铁塔的连接结构分为不同的类型，针对不同的类型，激振能量En和临界值a0进行试验标定，建立预紧力Fy、激振能量En、临界值a0的对应关系，测试时根据该对应关系，用已知的激振能量En、临界值a0可得到螺栓的预紧力Fy；首先将特定的螺栓连接结构安装上对应的传感器，给定的螺栓预紧力Fy，准备好已知质量的锤头开始标定，用固定在锤头上的加速度传感器测得激振锤头的加速度，并计算出激振能量En，建立外部激振能量En与螺栓预紧力Fy间的对应关系或者对照表；当上下板间加速度传感器出现加速度差值大于临界值a0，锤头的激振能量En就和要求的螺栓预紧力Fy相对应，外部激振能量En产生的激振能量En超过预紧力越多，次激振动声波次数也越多，反之越少，当外部激振能量En小于预紧力时，则不会出现。2CN114777984A权利要求书2/2页7.根据权利要求6所述的一种螺栓预紧力