塔機(jī)螺栓松動(dòng)檢測(cè)新方法研究

陳 卓 郝永剛 易水洪 賈上遠(yuǎn)

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 重慶 401121）

塔機(jī)螺栓松動(dòng)檢測(cè)新方法研究

陳 卓 郝永剛 易水洪 賈上遠(yuǎn)

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 重慶 401121）

針對(duì)塔機(jī)螺栓松動(dòng)難以檢測(cè)的問題，提出了劃線標(biāo)記法和磁附法兩種應(yīng)用簡(jiǎn)單且高效的方法，分別對(duì)這兩種方法的原理進(jìn)行闡述，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際效果深入分析了兩種方法各自的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題，為塔機(jī)螺栓進(jìn)行快速準(zhǔn)確的安全檢測(cè)提供新的思路和方法。

塔機(jī) 螺栓松弛 劃線標(biāo)記法 磁附裝置

塔式起重機(jī)作為現(xiàn)代建筑施工中必不可少的運(yùn)輸、起重工具，應(yīng)用非常廣泛，其大量使用了高強(qiáng)度螺栓來(lái)固定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等重要部件。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)是整個(gè)機(jī)械設(shè)備的脊柱，承載著機(jī)械本身的重量和載重運(yùn)動(dòng)，因此標(biāo)準(zhǔn)節(jié)對(duì)連接的螺栓有較高的要求。在實(shí)際使用過程中，若管理不善、使用不當(dāng)，螺栓很可能會(huì)出現(xiàn)預(yù)緊力不夠或者長(zhǎng)時(shí)間工作后不復(fù)緊、長(zhǎng)期受到重復(fù)的作用力等情況，會(huì)造成螺栓松動(dòng)、螺母脫落等問題，極易發(fā)生安全事故，造成嚴(yán)重的后果[1]。

雖然我國(guó)每年都投入大量的人力物力對(duì)建筑施工機(jī)械的安全性進(jìn)行全面的檢驗(yàn)監(jiān)督，但是針對(duì)使用基數(shù)大、安裝位置較高的螺栓，目前尚沒有合適的檢查手段[2]。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接螺栓的松動(dòng)會(huì)造成整機(jī)正常工作狀態(tài)的改變，是直接或間接導(dǎo)制塔機(jī)事故的主要危險(xiǎn)源[3]，如圖1所示。但螺栓松動(dòng)現(xiàn)象只是輕微的狀態(tài)變化，一般手段難以察覺，現(xiàn)在的檢查手段是除了近距離觀察螺母是否脫落以外還規(guī)定需定期加載扭矩。以40m高的標(biāo)準(zhǔn)塔機(jī)為例，每固定一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，需要至少8顆高強(qiáng)度螺栓，15節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)就是大約120顆。重慶市注冊(cè)在用的塔機(jī)已接近8000臺(tái)。因此，面對(duì)數(shù)量眾多的螺栓，沒有一個(gè)高效、簡(jiǎn)單、廉價(jià)的檢查方法，對(duì)螺栓的安全檢查是一個(gè)異常艱巨的任務(wù)。

圖1 塔機(jī)螺栓松動(dòng)容易引起事故

有鑒于此，本著成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果明顯的原則，先后設(shè)計(jì)出了劃線標(biāo)記法和磁附法兩種判斷螺栓松動(dòng)的方法和實(shí)現(xiàn)手段，可方便的使用在每個(gè)高強(qiáng)度螺栓上，通過簡(jiǎn)單的方法，給工作人員提供參考或者預(yù)警，來(lái)鎖定疑似問題螺栓，進(jìn)一步判斷螺栓扭矩的狀態(tài)，使安全檢驗(yàn)人員可以方便、快捷地把握設(shè)備螺栓整體狀態(tài)，進(jìn)而提高塔機(jī)安全性。

1 劃線標(biāo)記法原理及試驗(yàn)

1.1 原理說明

劃線標(biāo)記法如圖2所示，是設(shè)備在裝備過程中，螺栓或者其它緊固件擰緊后，在其連接部位畫出一條連續(xù)垂直清晰的線條，并能夠保持很長(zhǎng)時(shí)間不褪色，從而使相關(guān)工作人員都能夠清楚的觀察螺栓或者擰緊部位線條是否錯(cuò)位、是否存在松動(dòng)現(xiàn)象以及松動(dòng)程度等。劃線標(biāo)記法操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用成本低，方便工作人員點(diǎn)檢，可有效預(yù)防設(shè)備事故發(fā)生，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用生產(chǎn)裝配領(lǐng)域。

圖2 劃線標(biāo)記法應(yīng)用圖

1.2 實(shí)現(xiàn)方法論證

塔機(jī)上使用了大量的高強(qiáng)度螺栓用來(lái)固定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附著，吊運(yùn)建材時(shí)，交變的拉伸應(yīng)力會(huì)使螺栓松動(dòng)，因此塔機(jī)安全技術(shù)要求規(guī)定，每隔三個(gè)月，螺栓需要重啟加載預(yù)緊力。如果將劃線標(biāo)記法應(yīng)用在塔機(jī)上，通過觀察雙螺母與螺桿的劃線是否錯(cuò)位就可輕松判斷該螺栓是否松動(dòng)，進(jìn)而可以有目標(biāo)的施加預(yù)緊力，持續(xù)保持塔機(jī)的安全性能。

現(xiàn)在一般工廠采用的劃線工具是油漆筆，在足夠干凈的螺栓上畫出一條清晰的線條，且在室內(nèi)的環(huán)境中能夠保持很長(zhǎng)時(shí)間。而塔機(jī)的工作環(huán)境是戶外，條件比裝配車間惡劣的多，除了螺栓尺寸較大、油污較多之外，還要面臨雨、霧、雪、沙、高溫、潮濕等天氣因素的影響，一般的油漆筆根本滿足不了劃線要求，甚至不能在布滿油污的螺栓上畫出可辨認(rèn)的線條。

本文選取法國(guó)FIXOLID公司生產(chǎn)的工業(yè)標(biāo)記筆對(duì)螺栓進(jìn)行標(biāo)記。該標(biāo)記筆在金屬等基材上有優(yōu)異的附著性，干后不能擦除，對(duì)金屬材料表面無(wú)腐蝕，耐惡劣氣候和化學(xué)侵蝕，不含甲苯和二甲苯，適用于光潔、粗糙、臟污、生銹等幾乎任何金屬表面。經(jīng)過驗(yàn)證，該型號(hào)標(biāo)記筆很容易在滿是油污的螺栓連接部位畫上一條清洗的直線，晾干后，顏料附著性非常好，一般方法難以擦拭干凈。特別是該顏料無(wú)毒，方便工作人員直接操作，不會(huì)危害人體健康。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

對(duì)某工地正在使用的塔機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在承受應(yīng)力較大的位置，即底座及上方的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接部位劃線，隔5~10天進(jìn)行一次觀察，連續(xù)觀察二個(gè)月，如圖3所示。在各種充滿污漬的螺栓表面能夠劃出非常清晰的標(biāo)記線，在觀察期間，圖中所示的螺栓狀態(tài)良好，劃線無(wú)錯(cuò)位現(xiàn)象，且所有劃線部位在經(jīng)歷風(fēng)雨高溫天氣后，能夠一直保持比較清晰的狀態(tài)。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)劃線標(biāo)記效果

在觀察期間，發(fā)現(xiàn)該部位的劃線出現(xiàn)輕微的錯(cuò)位現(xiàn)象，如圖4所示，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)維保人員用扳手確認(rèn)，確實(shí)有少許松動(dòng)，從而驗(yàn)了證該方法的有效性、方便性和靈敏性，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期，同時(shí)也得到現(xiàn)場(chǎng)工作人員一直認(rèn)可。加載后，劃線位置發(fā)生變化，可通過紗布將標(biāo)記抹去，重新劃線。

圖4 標(biāo)記出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象

試驗(yàn)期間，改進(jìn)了劃線的部位，增加劃線位置，不只在雙螺母位置劃線，可以從螺桿中間位置劃到螺套位置，可以得到三個(gè)錯(cuò)位觀察點(diǎn)：螺套與上螺母之間、兩個(gè)螺母之間、下螺母與螺桿之間，增加對(duì)螺栓松動(dòng)狀態(tài)的認(rèn)識(shí)。

2 磁附法

2.1 原理說明

磁附法源自重慶特檢院提出的一種新型的塔機(jī)螺栓安全檢測(cè)裝置（專利號(hào)：ZL 2014 2 0462422.6），主要由磁塊和塑料環(huán)片組成，如圖5所示。該裝置工作原理是：當(dāng)螺栓受力，螺母松動(dòng)時(shí)，會(huì)向下偏移，推動(dòng)塑料和磁塊環(huán)向下移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到一定程度，磁塊脫離螺栓底部并受到的磁力小于其自身重力的時(shí)候，便會(huì)與塑料環(huán)一起掉落。工作人員可根據(jù)掉落的磁塊或者塑料環(huán)（可編號(hào)）鎖定疑似問題螺栓，再進(jìn)行詳細(xì)地檢查。另外，磁塊在螺栓底部受到自身重力、風(fēng)力、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)偏擺產(chǎn)生的偏心力等，這些力難以影響磁塊位置，因此磁塊掉落與螺栓松動(dòng)有較大的關(guān)系。

圖5 磁附法原理圖

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在重慶某建筑工地塔機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，在關(guān)鍵位置安裝該裝置共8套，如圖6所示。采用釹鐵硼N38型圓片磁鋼，直徑50mm，厚度2.5mm。 在試驗(yàn)觀察期間，并沒有發(fā)現(xiàn)磁片掉落現(xiàn)象，在某些位置，在已經(jīng)證明螺栓松動(dòng)的情況下，磁片依然沒有動(dòng)靜。試驗(yàn)結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期。

經(jīng)驗(yàn)證，這與磁片的吸力太大有關(guān)。圖6中所示的螺栓一個(gè)螺牙之間的距離大約是3mm，也就是說即使螺母松動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，向下的位移量也只有3mm。而這個(gè)距離對(duì)于磁片的吸力來(lái)說影響不大，因此，除非螺母松動(dòng)的比較厲害，向下位移量達(dá)到一定程度，才能使磁片掉落。經(jīng)過簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，螺母至少下降8mm，該磁片才會(huì)掉落。需要更換磁力更小的磁片，以驗(yàn)證該方法的有效性和可行性。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)磁片吸附效果

3 兩種方法對(duì)比分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)這兩種方法進(jìn)了簡(jiǎn)單的對(duì)比，見表1。

表1 兩種方法對(duì)比情況說明

劃線標(biāo)記法具有應(yīng)用廣泛，成本低，簡(jiǎn)單易懂，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。法國(guó)FIXOLID公司生產(chǎn)的工業(yè)標(biāo)記筆一支價(jià)格大約80元，整體塔機(jī)使用一般也不超過500元。普通工人馬上就能學(xué)會(huì)使用方法，很容易就能判斷非常微小的變化。但也存在高位螺栓不方便觀察等問題。觀察標(biāo)記的方法有兩種，遠(yuǎn)距離觀察和近距離觀察。遠(yuǎn)距離觀察就是通過經(jīng)緯儀或者望遠(yuǎn)鏡站在塔機(jī)周邊觀察螺栓上的扭矩標(biāo)記，該方法相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有危險(xiǎn)性，觀察效果清晰可辨，但需要多次調(diào)整觀察位置和角度，有些工地現(xiàn)場(chǎng)狹小不具備條件。由于塔機(jī)較高，螺栓位于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外側(cè)，距離塔機(jī)攀爬直梯有一定距離，工作人員如果進(jìn)行近距離觀察，必須離開攀爬直梯，站到?jīng)]有任何保護(hù)措施的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)橫梁上靠近支承桿，才能觀察到安裝在支承桿上端的螺栓，這個(gè)過程必須系好安全帶。

磁附法雖然在本次試驗(yàn)中沒有得出預(yù)期效果，但是在理論上該方法有著非常明顯的效果和可操作性。它不需要人員被動(dòng)地去檢查，而是主動(dòng)地提供預(yù)警，每當(dāng)磁塊掉落，就預(yù)示著問題的產(chǎn)生，就必須去檢查，去解決。當(dāng)然磁片成本比標(biāo)記筆的成本高出很多，也存在高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)。塔機(jī)螺栓安裝位置普通較高，該磁片安裝使用后，存在高空墜物的危險(xiǎn)，危及在塔機(jī)下方未帶安全帽的工作人員的生命安全。

4 結(jié)論

本文分析了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，劃線標(biāo)記法沒有增加危險(xiǎn)，成本更低，檢驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，比磁附法更加符合實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)清楚的顯示了螺母位置發(fā)生了變化，對(duì)塔機(jī)的安全性具有重要的應(yīng)用價(jià)值。磁附法是一種主動(dòng)的預(yù)警方法，下一步可以從靈敏度入手研究磁力合適的裝置，并消除掉落風(fēng)險(xiǎn)。如果磁附法研究成功，可以在塔機(jī)的關(guān)鍵受力位置將兩種方法相結(jié)合使用，主動(dòng)與被動(dòng)措施相互驗(yàn)證，增加其安全系數(shù)，進(jìn)一步提高塔機(jī)整體的安全性。

[1] 高文進(jìn)，裴忠義，侯杰.淺談塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接螺栓的松動(dòng)[J].長(zhǎng)沙：建筑機(jī)械技術(shù)與管理，2013，08.

[2] 李麗，牛秀艷，袁春風(fēng).塔式起重機(jī)塔身螺栓連接的安全使用[J].吉林：吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，12.

[3] 徐金海，張世闊，周同.從一起塔機(jī)事故看基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安全管理重要性[J].河北：建筑機(jī)械化，2014，06.

[國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目：2014QK260]

Study on New Detection Methods of Bolts Loosening of Tower Crane

Chen Zhuo Hao Yonggang Yi Shuihong Jia Shangyuan
(Chongqing Special Equipment Inspection and Research Institute Chongqing 401121)

Aiming at the problem that the bolts loosening of tower crane were difficult to detect, the marking method and magnet-adsorption method were proposed. The principles of the two methods were expounded. The advantages and disadvantages were further analyzed by the results of the field test, which would provide new thinking for the fast and accurate detect of tower crane bolt.

Tower crane Loosening bolts Marking method Magnet-adsorption method

X941

B

1673－257X(2015)09-0050-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.011

陳卓(1984～),男,碩士，中級(jí)工程師，從事機(jī)電類特種設(shè)備檢測(cè)技術(shù)工作。

2015-06-01）