橋式起重機常用的螺栓防松方法

張生磊，王福遠，武晉偉，王亞潔

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

橋式起重機又稱“天車”，是一種高處運行的物料搬運設備,廣泛應用于廠房、倉庫、料場和碼頭等。橋式起重機常用的連接方式有焊接連接、銷軸連接和螺栓連接等。其中螺栓連接施工簡單，成本較低，適用于安裝連接和經常拆卸的結構，是起重機最常用的連接方式[1,2]。一般連接螺栓本身具有一定的自鎖性，擰緊后的螺母(螺栓)對支承面的摩擦力也有防松作用，在靜載荷和工作溫度變化不大的情況下螺栓連接不會自動松脫。但是，在沖擊、振動、變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大的場合，螺紋副之間的摩擦力會瞬間減小或消失，最終螺栓連接會逐漸出現松脫[3]。

起重機的工作特點具有間歇性和循環往復性。起重機在工作中，除承受自重和所吊重物外，還不停地承受起升、下降制動時產生的沖擊載荷。而且起重設備的起重量變化范圍較大，其所用的螺栓品種繁多，規格多種多樣，因此，采用的螺栓防松方式各有不同，給實際安裝和維護帶來很多麻煩。

鑒于起重設備的特殊性，螺栓一旦出現松脫，輕則影響起重機自身的正常運行,重則會對起重機本身以及其下部的設備、人員造成傷害。而且關于起重機的螺栓防松，學術界和工程界目前也沒有統一的定論[4]，因此，起重機的螺栓防松是一個急需解決的技術問題。

1 常用的螺栓防松方式

螺紋連接防松的基本原理是防止螺紋副的相對轉動，常用的防松方法大致可分為增大摩擦力防松(簡稱摩擦防松)、用機械固定件鎖緊防松(簡稱機械防松)和破壞螺紋運動副關系防松(簡稱破壞螺紋副防松)等三種。

(1) 摩擦防松方式主要有采用雙螺母對頂結構、彈簧墊圈、自鎖螺母等。

(2) 機械防松方式主要有采用開口銷、止動墊圈，以及串聯鋼絲等。

(3) 破壞螺紋副的防松方式有粘接法、端焊法、沖點鉚接法等[5]。

2 起重機常用的防松方法

起重機常用的防松方法與其他機械設備基本相同，各部位螺栓防松的具體使用方法需要結合其具體工況和使用要求來決定。對于不重要的連接部位，如起重機附屬鋼結構件等部位的連接螺栓，采用彈簧墊圈防松方法即可，因為使用彈簧墊圈防松結構簡單，使用方便，成本較低。但對于重要的部位，如起重機的起升機構、吊具部分以及其他重要的金屬結構，該部位的螺栓則必須采取可靠的螺栓防松方法，因為這些部件屬于承載部位，載荷變化較大，而且工作時經常承受起升、下降制動時載荷的沖擊，螺栓很容易松脫。下面就起重機螺栓常用的防松方法進行分析、歸納。

2.1 單種防松方法

2.1.1 鎖緊螺母防松

對于一些承載較大且不需要經常拆卸的部位，如起升機構制動系統中制動盤與連接法蘭的連接螺栓、起重機運行機構中固定車輪裝置支承環的連接螺栓，常用鎖緊螺母防松。鎖緊螺母常與平墊圈(GB/T97.1)配合使用，只需預緊到國標給定的力矩即可，操作簡單、防松可靠。鎖緊螺母有多種型式，非金屬嵌件鎖緊螺母(GB/T889.1)適用于工作環境溫度不高的橋式起重機，如鑄造起重機(特別是吊具)不宜采用嵌尼龍圈的鎖緊螺母防松，因鑄造車間工作溫度較高，螺母中的尼龍圏容易老化(嵌尼龍圏鎖緊螺母的工作溫度一般低于100 ℃)，會影響螺栓的防松和使用效果，同時會影響后續的安裝維護，該部位螺栓可以采用全金屬六角鎖緊螺母(GB/T6184)進行防松[6]。

2.1.2 高強螺栓預緊防松

橋式起重機的橋架、小車架等金屬結構件一般尺寸較大，為運輸方便，這種金屬結構件常常分段制造，金屬結構連接處采用連接板與高強度螺栓組連接。高強度螺栓副(GB/T1228、GB/T1229)連接不需要增加額外的防松措施，一般配備高硬度平墊圈(GB/T1230)，施加一個比較大的預緊力，使螺母與連接件之間產生強大的壓力，這種壓力會產生阻止螺母轉動的摩擦力矩從而達到防松的目的。安裝時只需設法確保各螺栓預緊力矩達到規定數值即可，避免出現露擰和錯擰問題。

2.1.3 雙螺母對頂防松

在一些重載部位，經常會受到反復、交變應力，如起升減速機箱體軸承座連接螺栓，常采用雙螺母防松，可以有效地達到防松要求，通過控制上、下螺母的預緊力矩使螺母之間增大摩擦力實現防松。因雙螺母預緊時力矩控制比較困難，而且重量較大，實際應用時經常用扣緊螺母(GB/T805)代替上部螺母進行防松，防松效果不錯。

2.1.4 圓螺母與止動墊配合防松

圓螺母(GB/T812)與止動墊圈(GB/T858)通常用在起重機的重載部位和經常承受振動的部位，如定滑輪組、動滑輪組是起重機起升機構中的承載部位，主要用來改變鋼絲繩的方向和平衡鋼絲繩各分支的拉力?；喗M的軸端固定，通常采用圓螺母和止動墊圏配合防松，止動墊的內舌插入軸端的卡槽中，止動墊的其中一個外翅彎入圓螺母對應卡槽中，使圓螺母相對軸端不能轉動，達到防松的目的。這種機械防松方法十分可靠，但需要在軸端加工出螺紋和卡槽，制造工藝比較復雜，加工精度要求較高。

2.1.5 焊接防松

對于一些安裝后不需要拆卸的部位或安裝后檢修比較困難部位，必須采取可靠的防松方式，如起重機附屬鋼結構件(尤其橋架與平臺連接部位、司機室與吊架連接部位)，這些螺栓連接部位位于橋架下部，安裝后檢修比較困難，需采取永久的防松方式，如焊接，即螺栓副預緊后將螺母和螺栓點焊固定。這種防松方法操作簡單，防松十分可靠，但后續維修時無法拆卸，必須采用破壞的方式拆除，無法重復利用。焊接防松一般適用于低強度螺栓副防松，高強度級別的螺栓副不建議采用焊接防松方式。

2.1.6 涂粘合劑防松(涂膠防松)

涂粘合劑防松是在螺栓副螺紋處涂上專用的粘合劑，防止螺栓發生松動，涂膠防松適用于規格較小螺栓(M20以下螺栓)連接部位或其他防松方式不適合使用的部位(盲孔)，如起重機滑輪體軸承防塵蓋，常采用開槽沉頭螺栓(GB/T68)將防塵蓋固定在滑輪本體上，由于其擰緊力矩不容易控制，而且空間有限，采用其他防松方式比較困難，因此采用涂膠防松方式，涂膠防松雖然效果很好，但效率較低，而且成本偏高，不能廣泛使用。

2.2 組合防松

因起重機械屬于特種設備，對連接螺栓的防松要求極高，特別是對于安全生產影響較大的連接螺栓，必須采取可靠的防松方式。如鋼絲繩是起重機械安全生產的重要構件，是連接起升卷筒和吊具的柔性構件，鋼絲繩一旦出現松動將導致嚴重的后果[7]。對于這一類重要的連接結構，可采用組合防松方式。

2.2.1 止動墊和涂膠防松

起升卷筒的鋼絲繩壓板用來固定壓緊纏繞在卷筒的鋼絲繩末端，是卷筒上非常重要的零件，一旦螺栓松脫將造成嚴重的后果。為了防止螺栓松動，該部位的螺栓采用組合防松的方式，除了在螺紋上涂膠外，螺栓頭部還采用止動墊片進行防松，確保防松安全可靠，如圖1所示。

2.2.2 雙螺母和涂膠防松[8]

起重機鋼絲繩的另一端固定在平衡臂上，鋼絲繩的末端采用多組鋼絲繩卡(GB/T5976)固定鋼絲繩，鋼絲繩卡由夾體、U型螺栓和螺母組合而成。鋼絲繩卡采用雙螺母對頂防松，安裝時將下部螺母預緊后再安裝上部螺母，其中安裝上部螺母前在螺紋部位涂膠處理，確保上部螺母不松動，從而保證鋼絲繩接頭的可靠性，如圖2所示。

圖1 止動墊和涂膠防松 圖2 雙螺母和涂膠防松

2.2.3 彈簧墊圈和串聯鋼絲防松

在一些比較隱蔽部位、檢修空間小或不容易檢修部位、工件內腔、起升機構的重要承載部位，采用一種防松方法不可靠，也可以使用組合防松方法。如卷筒專用聯軸器是連接短軸式卷筒和減速機的重要部件，安裝在減速機低速軸上，其軸向定位通過軸端擋板固定，起升機構(包括卷筒組)安裝到位后，固定卷筒專用聯軸器的軸端擋板(包括螺栓)處于卷筒內腔，不容易檢修，螺栓一旦出現松動將產生嚴重的后果。因此，固定擋板的螺栓采用彈簧墊圈和串聯鋼絲雙重組合防松方式，這樣可以有效防止螺栓松動，不過串聯鋼絲防松這種方式只適用于頭部帶孔的螺栓(GB/T32.1)，如圖3所示。

圖3 彈簧墊圈和串聯鋼絲防松

2.3 特殊方法防松

2.3.1 止擋塊防松

有些特殊部位的螺栓，采用常規的方法無法實現防松，需要根據其特殊結構設計特殊的防松措施，如增加防松定位塊，即螺栓擰緊后在螺栓頭部的位置增加一個固定的擋塊，可以有效地防止螺栓發生松動，如圖4所示。

圖4 止擋塊防松

2.3.2 特殊的止動墊防松

起重機某些部位螺栓，其典型特征為規格相同、孔距相等、數量較大，如車輪裝置軸承箱固定軸承內圈的端蓋，該部位的螺栓常采用特殊止動墊圈進行防松。筆者對歷年來生產的車輪裝置進行分類統計，針對該部位螺栓特點，設計出特殊的止動墊片進行批量化制作，用作螺栓防松，不僅防松效果好，而且成本較低，如圖5所示。

圖5 特殊止動墊防松

總之，特殊的防松方法通過機械防松的方式來實現螺栓防松。

2.4 新型螺紋連接及防松

隨著科技的進步，實際生產中出現了新型螺紋連接及防松方法，包括唐氏螺紋連接副、施必牢防松螺母和液壓防松螺母。因涉及到專利保護和單一來源采購，采用這種螺栓防松的成本較高，所以不能廣泛使用。在大噸位起重機起升機構低速軸安全制動系統中，經常安裝安全制動器。安全制動器由制動鉗和液壓站組成，制動鉗成對使用，采用高強螺栓和螺母固定在支座上，固定制動鉗的高強螺栓預緊采用液壓拉緊器進行拉升，旋緊螺母后，泄壓拆除液壓拉緊器，這種螺栓預緊與高強螺栓預緊原理相似，即通過施加強大的預緊力壓緊支撐面從而達到防松的目的，不過這種預緊方式僅適合規格相同或相近而且數量較多的高強螺栓預緊。

3 結論

螺紋標準化經歷了260多年的發展歷程，螺紋標準多達500多種[9]，螺紋防松一直是個難題，而起重機所用的螺栓種類和規格多種多樣，筆者結合多年的生產實踐經驗，對常用的防松方法進行分析、歸類，結合起重機各部件的實際工況進行選擇和試驗，并在起重機設備上進行應用，取得良好的效果。螺栓防松不僅僅是個技術問題，還需要考慮成本、生產效率、實際工況和使用空間等多種因素，因此螺栓防松問題在起重機械上仍然是個難題，需要不斷摸索經驗。