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让螺栓变“聪明”,中国人怎么做到的?



发布时间:2019/6/18 15:28:53 点击次数:2748次

说起螺栓,几乎无人不晓。因为螺栓已经走进了千家万户,并且与我们的生活息息相关。大到飞机、轮船,小到手机、手表,几乎都有螺栓的用武之地。

然而,要说起更“聪明”的智能螺栓,恐怕知道的人就不多了。今天,我们就来聊聊这方面的话题。


 

小螺栓搭上“智能快车”

最近,由沈阳飞机设计研究所王健志研发的智能螺栓引起了国内外的高度关注。

智能螺栓的发明人——王健志(网络图)

王健志,一名80后高级工程师。他又是如何赋予小螺栓以“智能”的呢?央视财经频道播出了“走出国门的‘中国神器’:歼15的‘黑科技’”的专题报道,详细介绍了智能螺栓的发明背景。

生活中,螺栓无处不在(图源见水印)

也许你会说,在我们的生活中,螺栓可是不起眼的小玩意。作为一种紧固件,无论把它拧到哪里,它都会任劳任怨,默默无闻……这不是很好吗?让螺栓变得更“聪明”,更智能起来它还会听话吗?

各种规格的螺栓(网络图)

我们不妨来看看什么是智能螺栓。智能螺栓就是赋予螺栓以感知功能的螺栓。具体点来说,智能螺栓就是在螺栓中加入了传感器,因此能够主动感知载荷的具体数值。

智能螺栓的模样(网络图)

从模样上来看,智能螺栓着实也没有什么特别之处,不过在螺栓上有一个直径1毫米的小孔。智能螺栓的核心机密就藏在这个小孔之中,原来其中藏有一种叫做光栅传感器的高科技装备。

智能螺栓上的细小光纤(网络图)

你看,从其中引出的细小光纤就连接到监测仪器上,届时螺栓就能主动感知载荷力量的大小,并能对自身状态进行实时在线监测。如果螺栓出现松动或断裂的迹象时,系统就会及时发出预警了。

螺栓智能化,对于螺栓来说也是一个挑战。由于工作人员能够实时掌握螺栓的使用状态了,“出工不出力”的螺栓再也“混”不下去了,“大马拉小车”的螺栓也该调整岗位了……

国产大飞机数字化装配线(网络图)

小螺栓如此不起眼,又是怎么引起科学家关注的呢?

小螺栓何以引关注?

小小螺栓看似貌不惊人,但工作的岗位却非常特殊。一架飞机或者一辆汽车之所以能成为一个整体,小螺栓在其中扮演了重要角色。试想,没有小螺栓的连接,数量众多的零部件能够拼装在一起吗?

可这样一来,问题也就来了。人们自然会担心,用螺栓连接的飞机或汽车性能可靠吗?这的确是一个关乎人们生命安全的大问题。

千百年来,人类在这方面的教训是极为深刻的。在航空、航天、航海、建筑、桥梁、电力、交通等领域,由于螺栓松动或疲劳引起的事故不胜枚举,因此造成的生命财产损失也是难以估量的。

2007年8月20日,“华航”一架波音737-800型客机在冲绳那霸机场着陆后起火爆炸。调查结果称,起火系由一颗松动的螺丝刺穿油箱而致,并发生了强烈爆炸,机身被烧焦断裂。所幸的是,机上165名乘客和机组人员全部安全撤离。

 

 

台湾各大报纸均在头版报道了“华航”班机爆炸事件

毕竟是人命关天,小小螺栓也不容小觑哦!如果能够实时监控螺栓的使用状态,那么类似的事故不就可以大幅度避免了吗?

智能螺栓为安全“把关”

几乎每个家庭都备有扳手之类的简单工具,一旦有螺栓松动了就把它拧一拧。这对于静止的小型器物来说也没有什么不妥,可是对于高速转动或运动的机器来说就未必合适了。

 

就拿飞机来说吧。像机体和机翼等一些重要的部位,如果螺栓不能承受实际载荷,或者螺栓到了金属疲劳期……那么就会危及到整个飞机的安全。

怎么,金属也会疲劳吗?回答是肯定的。原来,金属在长时间多次反复受力后也会出现疲劳现象(参见《看似坚硬的金属为什么也会疲劳呢?》)。

那么,金属疲劳后有什么样的表现呢?金属疲劳之后耐受载荷的能力就大大降低了。与没有疲劳的金属相比,疲劳的金属即使受到比正常情况下小得多的应力作用也有可能发生断裂。

金属疲劳一向被认为是飞机失事的祸首之一。由于金属疲劳破坏具有时间上的突发性、位置上的局部性以及对环境和缺陷的敏感性等特点,因此不易被人们及时发现。智能螺栓能够主动感知螺栓内部各种受力载荷的数据,并反馈给工作人员。使得工作人员可以随时了解螺栓的使用状况,因而为螺栓的维护和更换等提供了科学依据,使提前消除事故隐患成为可能。

螺栓无处不在,安全弥足珍贵!让智能螺栓为安全“把关”,不失为高端制造业的一个新亮点。据悉,智能螺栓在民生领域的应用市场十分巨大,仅在电力、船舶、建筑、高铁等基础工业中的市场份额就在25亿元左右。

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