張生磊，王福遠(yuǎn)，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(jī)又稱“天車”，是一種高處運(yùn)行的物料搬運(yùn)設(shè)備,廣泛應(yīng)用于廠房、倉庫、料場和碼頭等。橋式起重機(jī)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(jīng)常拆卸的結(jié)構(gòu)，是起重機(jī)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(dòng)松脫。但是，在沖擊、振動(dòng)、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(xiàn)松脫[3]。

起重機(jī)的工作特點(diǎn)具有間歇性和循環(huán)往復(fù)性。起重機(jī)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(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊載荷。而且起重設(shè)備的起重量變化范圍較大，其所用的螺栓品種繁多，規(guī)格多種多樣，因此，采用的螺栓防松方式各有不同，給實(shí)際安裝和維護(hù)帶來很多麻煩。

鑒于起重設(shè)備的特殊性，螺栓一旦出現(xiàn)松脫，輕則影響起重機(jī)自身的正常運(yùn)行,重則會對起重機(jī)本身以及其下部的設(shè)備、人員造成傷害。而且關(guān)于起重機(jī)的螺栓防松，學(xué)術(shù)界和工程界目前也沒有統(tǒng)一的定論[4]，因此，起重機(jī)的螺栓防松是一個(gè)急需解決的技術(shù)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(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)械固定件鎖緊防松(簡稱機(jī)械防松)和破壞螺紋運(yùn)動(dòng)副關(guān)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(jié)構(gòu)、彈簧墊圈、自鎖螺母等。

(2) 機(jī)械防松方式主要有采用開口銷、止動(dòng)墊圈，以及串聯(lián)鋼絲等。

(3) 破壞螺紋副的防松方式有粘接法、端焊法、沖點(diǎn)鉚接法等[5]。

2 起重機(jī)常用的防松方法

起重機(jī)常用的防松方法與其他機(jī)械設(shè)備基本相同，各部位螺栓防松的具體使用方法需要結(jié)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(jī)附屬鋼結(jié)構(gòu)件等部位的連接螺栓，采用彈簧墊圈防松方法即可，因?yàn)槭褂脧椈蓧|圈防松結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本較低。但對于重要的部位，如起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、吊具部分以及其他重要的金屬結(jié)構(gòu)，該部位的螺栓則必須采取可靠的螺栓防松方法，因?yàn)檫@些部件屬于承載部位，載荷變化較大，而且工作時(shí)經(jīng)常承受起升、下降制動(dòng)時(shí)載荷的沖擊，螺栓很容易松脫。下面就起重機(jī)螺栓常用的防松方法進(jìn)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(jīng)常拆卸的部位，如起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)系統(tǒng)中制動(dòng)盤與連接法蘭的連接螺栓、起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)中固定車輪裝置支承環(huán)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(yù)緊到國標(biāo)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(huán)境溫度不高的橋式起重機(jī)，如鑄造起重機(jī)(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(shí)會影響后續(xù)的安裝維護(hù)，該部位螺栓可以采用全金屬六角鎖緊螺母(GB/T6184)進(jìn)行防松[6]。

2.1.2 高強(qiáng)螺栓預(yù)緊防松

橋式起重機(jī)的橋架、小車架等金屬結(jié)構(gòu)件一般尺寸較大，為運(yùn)輸方便，這種金屬結(jié)構(gòu)件常常分段制造，金屬結(jié)構(gòu)連接處采用連接板與高強(qiáng)度螺栓組連接。高強(qiáng)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(gè)比較大的預(yù)緊力，使螺母與連接件之間產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，這種壓力會產(chǎn)生阻止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力矩從而達(dá)到防松的目的。安裝時(shí)只需設(shè)法確保各螺栓預(yù)緊力矩達(dá)到規(guī)定數(shù)值即可，避免出現(xiàn)露擰和錯(cuò)擰問題。

2.1.3 雙螺母對頂防松

在一些重載部位，經(jīng)常會受到反復(fù)、交變應(yīng)力，如起升減速機(jī)箱體軸承座連接螺栓，常采用雙螺母防松，可以有效地達(dá)到防松要求，通過控制上、下螺母的預(yù)緊力矩使螺母之間增大摩擦力實(shí)現(xiàn)防松。因雙螺母預(yù)緊時(shí)力矩控制比較困難，而且重量較大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)經(jīng)常用扣緊螺母(GB/T805)代替上部螺母進(jìn)行防松，防松效果不錯(cuò)。

2.1.4 圓螺母與止動(dòng)墊配合防松

圓螺母(GB/T812)與止動(dòng)墊圈(GB/T858)通常用在起重機(jī)的重載部位和經(jīng)常承受振動(dòng)的部位，如定滑輪組、動(dòng)滑輪組是起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)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。滑輪組的軸端固定，通常采用圓螺母和止動(dòng)墊圏配合防松，止動(dòng)墊的內(nèi)舌插入軸端的卡槽中，止動(dòng)墊的其中一個(gè)外翅彎入圓螺母對應(yīng)卡槽中，使圓螺母相對軸端不能轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到防松的目的。這種機(jī)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(fù)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(jī)附屬鋼結(jié)構(gòu)件(尤其橋架與平臺連接部位、司機(jī)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(yù)緊后將螺母和螺栓點(diǎn)焊固定。這種防松方法操作簡單，防松十分可靠，但后續(xù)維修時(shí)無法拆卸，必須采用破壞的方式拆除，無法重復(fù)利用。焊接防松一般適用于低強(qiáng)度螺栓副防松，高強(qiáng)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(fā)生松動(dòng)，涂膠防松適用于規(guī)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(jī)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(jī)械屬于特種設(shè)備，對連接螺栓的防松要求極高，特別是對于安全生產(chǎn)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(jī)械安全生產(chǎn)的重要構(gòu)件，是連接起升卷筒和吊具的柔性構(gòu)件，鋼絲繩一旦出現(xiàn)松動(dòng)將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果[7]。對于這一類重要的連接結(jié)構(gòu)，可采用組合防松方式。

2.2.1 止動(dòng)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(yán)重的后果。為了防止螺栓松動(dòng)，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(dòng)墊片進(jìn)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(jī)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(shí)將下部螺母預(yù)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(dòng)，從而保證鋼絲繩接頭的可靠性，如圖2所示。

圖1 止動(dòng)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(lián)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(nèi)腔、起升機(jī)構(gòu)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(lián)軸器是連接短軸式卷筒和減速機(jī)的重要部件，安裝在減速機(jī)低速軸上，其軸向定位通過軸端擋板固定，起升機(jī)構(gòu)(包括卷筒組)安裝到位后，固定卷筒專用聯(lián)軸器的軸端擋板(包括螺栓)處于卷筒內(nèi)腔，不容易檢修，螺栓一旦出現(xiàn)松動(dòng)將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此，固定擋板的螺栓采用彈簧墊圈和串聯(lián)鋼絲雙重組合防松方式，這樣可以有效防止螺栓松動(dòng)，不過串聯(lián)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(lián)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(guī)的方法無法實(shí)現(xiàn)防松，需要根據(jù)其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)固定的擋塊，可以有效地防止螺栓發(fā)生松動(dòng)，如圖4所示。

圖4 止擋塊防松

2.3.2 特殊的止動(dòng)墊防松

起重機(jī)某些部位螺栓，其典型特征為規(guī)格相同、孔距相等、數(shù)量較大，如車輪裝置軸承箱固定軸承內(nèi)圈的端蓋，該部位的螺栓常采用特殊止動(dòng)墊圈進(jìn)行防松。筆者對歷年來生產(chǎn)的車輪裝置進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，針對該部位螺栓特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出特殊的止動(dòng)墊片進(jìn)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(dòng)墊防松

總之，特殊的防松方法通過機(jī)械防松的方式來實(shí)現(xiàn)螺栓防松。

2.4 新型螺紋連接及防松

隨著科技的進(jìn)步，實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)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(hù)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(jī)起升機(jī)構(gòu)低速軸安全制動(dòng)系統(tǒng)中，經(jīng)常安裝安全制動(dòng)器。安全制動(dòng)器由制動(dòng)鉗和液壓站組成，制動(dòng)鉗成對使用，采用高強(qiáng)螺栓和螺母固定在支座上，固定制動(dòng)鉗的高強(qiáng)螺栓預(yù)緊采用液壓拉緊器進(jìn)行拉升，旋緊螺母后，泄壓拆除液壓拉緊器，這種螺栓預(yù)緊與高強(qiáng)螺栓預(yù)緊原理相似，即通過施加強(qiáng)大的預(yù)緊力壓緊支撐面從而達(dá)到防松的目的，不過這種預(yù)緊方式僅適合規(guī)格相同或相近而且數(shù)量較多的高強(qiáng)螺栓預(yù)緊。

3 結(jié)論

螺紋標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了260多年的發(fā)展歷程，螺紋標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)500多種[9]，螺紋防松一直是個(gè)難題，而起重機(jī)所用的螺栓種類和規(guī)格多種多樣，筆者結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對常用的防松方法進(jìn)行分析、歸類，結(jié)合起重機(jī)各部件的實(shí)際工況進(jìn)行選擇和試驗(yàn)，并在起重機(jī)設(shè)備上進(jìn)行應(yīng)用，取得良好的效果。螺栓防松不僅僅是個(gè)技術(shù)問題，還需要考慮成本、生產(chǎn)效率、實(shí)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(jī)械上仍然是個(gè)難題，需要不斷摸索經(jīng)驗(yàn)。