Inteligentne śruby pozwalają na detekcję poluzowanych śrub, zanim dojdzie do katastrofy budowlanej lub awarii w transporcie. Zespół badaczy z Politechniki Białostockiej zastrzegł dwa wzory użytkowe łączników, które czują.
Naukowcy z Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej uzyskali prawa ochronne na dwa wzory użytkowe Łącznika mechanicznego z funkcją pomiaru siły w połączeniu. W skrócie – na inteligentne śruby. Takie, które potrafią „mówić, co czują”.
Dlaczego to takie ważne?
Większość z nas postrzega śrubę jako prosty, statyczny kawałek metalu. W inżynierii śruby to fundamenty bezpieczeństwa wielkich konstrukcji, stalowych mostów, turbin wiatrowych czy ruchomych części aut. Naukowcy z Politechniki Białostockiej opracowali rozwiązania, które zmieniają te pasywne elementy w inteligentne systemy pomiarowe, zdolne do monitorowania własnego stanu w czasie rzeczywistym.
Zanim zrozumiemy innowację, musimy pojąć podstawową fizykę połączenia. Gdy dokręcamy śrubę, łączone elementy naciskają na jej łeb oraz nakrętkę. Powoduje to powstawanie siły osiowej, która sprawia, że śruba, choć wydaje się sztywna, w rzeczywistości minimalnie się wydłuża. Utrzymanie tego wydłużenia (napięcia wstępnego) w odpowiednim zakresie jest kluczowe dla trwałości całej konstrukcji. Jeśli śruba poluzuje się lub zostanie przeciążona, połączenie staje się niebezpieczne.
– Naszym pomysłem było zastosowanie łącznika, który miałby możliwość okresowej lub ciągłej rejestracji napięcia wstępnego, żeby móc zagwarantować jakość połączenia – wyjaśnia dr hab. inż. Dariusz Szpica, prof. PB, Kierownik Katedry Budowy i Eksploatacji Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Mało tego, chcieliśmy żeby mógł monitorować zakres tego napięcia.
Istota opatentowanych wzorów użytkowych polega na umieszczeniu wewnątrz śruby „szpiega” – czujnika w formie zewnętrznie gwintowanej tulei. Tuleja ta jest wkręcana w specjalnie wykonany otwór w osi trzpienia śruby. Kluczowym aspektem jest to, że gdy śruba pod wpływem obciążenia się wydłuża, tuleja pomiarowa deformuje się wraz z nią.
– Czujniki pomiarowe mierzą odkształcenie śruby – precyzuje dr hab. inż. Grzegorz Mieczkowski, prof. PB z Katedry Budowy i Eksploatacji Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Odkształcenie zamieniane jest na sygnał, który możemy ciągle monitorować.
Naukowcy opracowali dwa główne warianty tego mechanizmu, wykorzystujące zaawansowane zjawiska fizyczne.
– Zmiana pola elektrycznego jest proporcjonalna do siły, która występuje w śrubie – objaśnia prof. Mieczkowski. – Jeżeli połączenie się luzuje, odkształcenie zanika, zmienia się pole elektryczne i można wyłapać, że coś jest nie tak z tym połączeniem.
– Wydłużenie śruby zmienia parametry pola magnetycznego, co jest błyskawicznie rejestrowane przez czujnik – wyjaśnia prof. Mieczkowski.
W obu przypadkach przetwornik sygnału porównuje dane z czujnika z wartościami referencyjnymi (dla śruby nieobciążonej) i na tej podstawie precyzyjnie wylicza siłę osiową.
Unikalność konstrukcji: Inteligentny design
Wzory użytkowe z Politechniki Białostockiej wyróżnia przemyślana konstrukcja:
– Nasze rozwiązania przyspieszają i ułatwiają proces diagnostyczny i czyni go na pewno bardziej bezpiecznym – sumuje prof. Szpica. I jako przykład podaje wielkie transformatory, w których często luzują się śruby.
– Kontrola wykonywana przez człowieka wymaga, żeby przerwać proces przesyłu prądu, co może powodować nieprzewidziane utrudnienia dla wielu odbiorców – tłumaczy prof. Szpic. – Inteligentne śruby eliminują przerwy techniczne w dostawie energii.
Korzyści dla społeczeństwa: Bezpieczeństwo i oszczędność
Wprowadzenie inteligentnych łączników do powszechnego użytku przyniosłoby realne korzyści dla nas wszystkich:
Te innowacyjne wzory użytkowe pokazują, jak zaawansowana nauka może zostać zamknięta w tak powszechnym przedmiocie jak śruba, czyniąc nasz świat bezpieczniejszym miejscem.
Wzory użytkowe na Łącznik mechaniczny z funkcją pomiaru siły w połączeniu, zaopatrzony w czujnik wykonany z materiału o właściwościach magnetostrykcyjnych połączony z przetwornikiem sygnału Ru.074346 oraz na Łącznik mechaniczny z funkcją pomiaru siły w połączeniu, zaopatrzony w element pomiarowy o kształcie zewnętrznie gwintowanej tulei, zaopatrzonej na obu końcach w elektrody połączony z przetwornikiem sygnału Ru.074347 zgłosili:
Czytaj też: Patent na testowanie wtryskiwaczy paliw LPG i wodorowych
Autor: Jerzy Doroszkiewicz