挖掘机、起重机、装载机、矿山机械、盾构设备和大型施工机械，往往长期处于重载、振动、冲击和复杂环境中。无论是结构连接、工作装置、回转机构，还是动力系统和关键设备安装部位，大量螺栓都承担着重要的连接与传力任务。
工程机械与一般固定设备不同，其运行工况变化频繁，作业载荷波动明显，设备还可能长期暴露在粉尘、泥水、温度变化和机械冲击环境中。螺栓连接不仅要在安装时满足紧固要求，还需要在复杂工况下保持可靠。
如何在不显著增加维护负担的前提下，掌握关键螺栓的预紧力变化，正成为工程机械智能运维中值得探索的方向。
（工程机械螺栓预紧力监测 图源：摄图网）
一、重载与振动工况，让连接状态管理更复杂
以挖掘机为例，工作装置在反复挖掘、提升和卸载过程中承受变化的载荷；大型起重机在起升、回转和变幅过程中，相关结构与设备连接也会经历不同的受力状态。
在矿山机械和盾构设备中，连续作业、冲击载荷及复杂环境进一步增加了连接维护的难度。部分关键螺栓一旦发生预紧力异常，可能影响连接性能，并带来额外的停机检查需求。
传统管理主要依靠规范紧固、定期检查、人工巡检和必要的拆检。扭矩工具可以帮助控制安装过程，但扭矩并不等于实际预紧力。运行期间，如果连接受力状态发生变化，仅依靠安装时的参数也难以准确了解当前情况。
此外，工程机械通常需要尽可能提高设备出勤率。对于工作装置、回转机构或其他关键位置，如果每次检查都需要大量拆装作业，可能增加维修时间和人工成本。
二、在关键连接处增加无源无线感知
无源无线智能螺栓可以采用智能垫片或与具体结构相适配的传感组件，将感知功能集成到指定螺栓连接中。
当螺栓连接形成预紧力后，传感结构在相应压力作用下产生可测量的信号变化。外部读写设备读取这些信号，再根据预先建立的标定关系，估算连接处的预紧力及其变化趋势。
与需要独立电池供电的传感节点相比，无源无线方案可以减少电池更换和供电线路维护需求。对于测点数量多、设备结构复杂、部分位置不便布线的工程机械，这种特点具有一定应用价值。
具体部署时，可以优先考虑经过结构评估的关键连接，例如部分大型设备安装连接、重要法兰连接及其他维护成本较高的紧固位置，而不是直接对所有螺栓进行改造。
传感器的安装必须符合原有连接的结构要求，不能因为增加监测功能而削弱螺栓连接的承载能力或改变关键受力条件。
三、让维修人员更早发现异常变化
在传统维修模式下，维护人员通常根据规定周期、设备运行状况和检查结果安排检修。如果能够进一步掌握部分关键螺栓的预紧力变化，就有机会提高检查的针对性。
例如，在某个关键连接完成紧固后，系统建立初始参考值。设备运行期间，维护人员按预定计划读取传感器数据，并与历史记录比较。如果某个测点出现持续下降或明显偏离正常变化范围，系统可以提示开展进一步检查。
在此基础上，还可以将测点编号与设备档案、检修记录和运行工况关联起来，形成可追踪的连接状态记录。
这并不意味着只要读数正常就可以取消人工巡检，也不意味着预紧力变化一定对应螺栓松动。载荷变化、温度变化和传感器自身漂移都可能影响测量结果，必须结合标定模型和现场工况进行判断。
但对于故障影响较大、维修成本较高的关键连接，这种持续积累数据的方式能够为维护决策提供额外依据。
四、工程机械应用对传感器提出哪些要求？
首先是承载能力。工程机械部分连接的载荷较大，传感器及其安装结构必须满足相应的强度、刚度和疲劳要求，并经过必要的试验验证。
其次是抗振动和抗冲击能力。传感器不能因为长期循环载荷而出现明显性能退化，传感器结构也不能影响原有螺栓的受力状态。
再次是环境适应性。粉尘、泥水、油污、腐蚀介质和温度变化，都可能影响传感器的机械、电气和无线性能。对于金属结构密集的设备，还需要验证实际安装条件下的读取距离和无线耦合稳定性。
此外，工程机械的设备型号和连接结构差异较大。不同螺栓规格、安装空间和受力形式可能需要不同的产品设计及标定方案。因此，产品标准化和现场适配能力，将直接影响后续推广成本。
（工程机械螺栓预紧力监测 图源：摄图网）
五、从单点试验到智能运维
无源无线智能螺栓在工程机械领域的合理落地路径，是先选择少量关键连接开展验证，通过加载试验、振动试验、温度试验和现场运行测试，确认传感器能否在真实工况下稳定工作。
在试点阶段，需要重点评价测量误差、重复性、长期漂移、读取效率，以及监测结果是否能够帮助维护人员更快定位需要检查的部位。
当产品的可靠性和使用价值得到验证后，再逐步扩展到更多设备和连接位置，并与设备管理平台及维护流程结合。
工程机械的智能化，不仅是让设备能够自动采集运行数据，也包括让过去难以连续掌握的关键机械连接逐步具备状态感知能力。
无源无线智能螺栓通过减少传感节点的供电维护需求，为复杂设备中的关键螺栓预紧力监测提供了新的技术路线。对于重载、高振动、维修成本高的应用场景，它的核心价值在于帮助用户更及时地发现异常趋势，为设备可靠运行和精细化维护提供更多数据支持。
