桥式起重机常用的螺栓防松方法

张生磊，王福远，武晋伟，王亚洁

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

桥式起重机又称“天车”，是一种高处运行的物料搬运设备,广泛应用于厂房、仓库、料场和码头等。桥式起重机常用的连接方式有焊接连接、销轴连接和螺栓连接等。其中螺栓连接施工简单，成本较低，适用于安装连接和经常拆卸的结构，是起重机最常用的连接方式[1,2]。一般连接螺栓本身具有一定的自锁性，拧紧后的螺母(螺栓)对支承面的摩擦力也有防松作用，在静载荷和工作温度变化不大的情况下螺栓连接不会自动松脱。但是，在冲击、振动、变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大的场合，螺纹副之间的摩擦力会瞬间减小或消失，最终螺栓连接会逐渐出现松脱[3]。

起重机的工作特点具有间歇性和循环往复性。起重机在工作中，除承受自重和所吊重物外，还不停地承受起升、下降制动时产生的冲击载荷。而且起重设备的起重量变化范围较大，其所用的螺栓品种繁多，规格多种多样，因此，采用的螺栓防松方式各有不同，给实际安装和维护带来很多麻烦。

鉴于起重设备的特殊性，螺栓一旦出现松脱，轻则影响起重机自身的正常运行,重则会对起重机本身以及其下部的设备、人员造成伤害。而且关于起重机的螺栓防松，学术界和工程界目前也没有统一的定论[4]，因此，起重机的螺栓防松是一个急需解决的技术问题。

1 常用的螺栓防松方式

螺纹连接防松的基本原理是防止螺纹副的相对转动，常用的防松方法大致可分为增大摩擦力防松(简称摩擦防松)、用机械固定件锁紧防松(简称机械防松)和破坏螺纹运动副关系防松(简称破坏螺纹副防松)等三种。

(1) 摩擦防松方式主要有采用双螺母对顶结构、弹簧垫圈、自锁螺母等。

(2) 机械防松方式主要有采用开口销、止动垫圈，以及串联钢丝等。

(3) 破坏螺纹副的防松方式有粘接法、端焊法、冲点铆接法等[5]。

2 起重机常用的防松方法

起重机常用的防松方法与其他机械设备基本相同，各部位螺栓防松的具体使用方法需要结合其具体工况和使用要求来决定。对于不重要的连接部位，如起重机附属钢结构件等部位的连接螺栓，采用弹簧垫圈防松方法即可，因为使用弹簧垫圈防松结构简单，使用方便，成本较低。但对于重要的部位，如起重机的起升机构、吊具部分以及其他重要的金属结构，该部位的螺栓则必须采取可靠的螺栓防松方法，因为这些部件属于承载部位，载荷变化较大，而且工作时经常承受起升、下降制动时载荷的冲击，螺栓很容易松脱。下面就起重机螺栓常用的防松方法进行分析、归纳。

2.1 单种防松方法

2.1.1 锁紧螺母防松

对于一些承载较大且不需要经常拆卸的部位，如起升机构制动系统中制动盘与连接法兰的连接螺栓、起重机运行机构中固定车轮装置支承环的连接螺栓，常用锁紧螺母防松。锁紧螺母常与平垫圈(GB/T97.1)配合使用，只需预紧到国标给定的力矩即可，操作简单、防松可靠。锁紧螺母有多种型式，非金属嵌件锁紧螺母(GB/T889.1)适用于工作环境温度不高的桥式起重机，如铸造起重机(特别是吊具)不宜采用嵌尼龙圈的锁紧螺母防松，因铸造车间工作温度较高，螺母中的尼龙圏容易老化(嵌尼龙圏锁紧螺母的工作温度一般低于100 ℃)，会影响螺栓的防松和使用效果，同时会影响后续的安装维护，该部位螺栓可以采用全金属六角锁紧螺母(GB/T6184)进行防松[6]。

2.1.2 高强螺栓预紧防松

桥式起重机的桥架、小车架等金属结构件一般尺寸较大，为运输方便，这种金属结构件常常分段制造，金属结构连接处采用连接板与高强度螺栓组连接。高强度螺栓副(GB/T1228、GB/T1229)连接不需要增加额外的防松措施，一般配备高硬度平垫圈(GB/T1230)，施加一个比较大的预紧力，使螺母与连接件之间产生强大的压力，这种压力会产生阻止螺母转动的摩擦力矩从而达到防松的目的。安装时只需设法确保各螺栓预紧力矩达到规定数值即可，避免出现露拧和错拧问题。

2.1.3 双螺母对顶防松

在一些重载部位，经常会受到反复、交变应力，如起升减速机箱体轴承座连接螺栓，常采用双螺母防松，可以有效地达到防松要求，通过控制上、下螺母的预紧力矩使螺母之间增大摩擦力实现防松。因双螺母预紧时力矩控制比较困难，而且重量较大，实际应用时经常用扣紧螺母(GB/T805)代替上部螺母进行防松，防松效果不错。

2.1.4 圆螺母与止动垫配合防松

圆螺母(GB/T812)与止动垫圈(GB/T858)通常用在起重机的重载部位和经常承受振动的部位，如定滑轮组、动滑轮组是起重机起升机构中的承载部位，主要用来改变钢丝绳的方向和平衡钢丝绳各分支的拉力。滑轮组的轴端固定，通常采用圆螺母和止动垫圏配合防松，止动垫的内舌插入轴端的卡槽中，止动垫的其中一个外翅弯入圆螺母对应卡槽中，使圆螺母相对轴端不能转动，达到防松的目的。这种机械防松方法十分可靠，但需要在轴端加工出螺纹和卡槽，制造工艺比较复杂，加工精度要求较高。

2.1.5 焊接防松

对于一些安装后不需要拆卸的部位或安装后检修比较困难部位，必须采取可靠的防松方式，如起重机附属钢结构件(尤其桥架与平台连接部位、司机室与吊架连接部位)，这些螺栓连接部位位于桥架下部，安装后检修比较困难，需采取永久的防松方式，如焊接，即螺栓副预紧后将螺母和螺栓点焊固定。这种防松方法操作简单，防松十分可靠，但后续维修时无法拆卸，必须采用破坏的方式拆除，无法重复利用。焊接防松一般适用于低强度螺栓副防松，高强度级别的螺栓副不建议采用焊接防松方式。

2.1.6 涂粘合剂防松(涂胶防松)

涂粘合剂防松是在螺栓副螺纹处涂上专用的粘合剂，防止螺栓发生松动，涂胶防松适用于规格较小螺栓(M20以下螺栓)连接部位或其他防松方式不适合使用的部位(盲孔)，如起重机滑轮体轴承防尘盖，常采用开槽沉头螺栓(GB/T68)将防尘盖固定在滑轮本体上，由于其拧紧力矩不容易控制，而且空间有限，采用其他防松方式比较困难，因此采用涂胶防松方式，涂胶防松虽然效果很好，但效率较低，而且成本偏高，不能广泛使用。

2.2 组合防松

因起重机械属于特种设备，对连接螺栓的防松要求极高，特别是对于安全生产影响较大的连接螺栓，必须采取可靠的防松方式。如钢丝绳是起重机械安全生产的重要构件，是连接起升卷筒和吊具的柔性构件，钢丝绳一旦出现松动将导致严重的后果[7]。对于这一类重要的连接结构，可采用组合防松方式。

2.2.1 止动垫和涂胶防松

起升卷筒的钢丝绳压板用来固定压紧缠绕在卷筒的钢丝绳末端，是卷筒上非常重要的零件，一旦螺栓松脱将造成严重的后果。为了防止螺栓松动，该部位的螺栓采用组合防松的方式，除了在螺纹上涂胶外，螺栓头部还采用止动垫片进行防松，确保防松安全可靠，如图1所示。

2.2.2 双螺母和涂胶防松[8]

起重机钢丝绳的另一端固定在平衡臂上，钢丝绳的末端采用多组钢丝绳卡(GB/T5976)固定钢丝绳，钢丝绳卡由夹体、U型螺栓和螺母组合而成。钢丝绳卡采用双螺母对顶防松，安装时将下部螺母预紧后再安装上部螺母，其中安装上部螺母前在螺纹部位涂胶处理，确保上部螺母不松动，从而保证钢丝绳接头的可靠性，如图2所示。

图1 止动垫和涂胶防松 图2 双螺母和涂胶防松

2.2.3 弹簧垫圈和串联钢丝防松

在一些比较隐蔽部位、检修空间小或不容易检修部位、工件内腔、起升机构的重要承载部位，采用一种防松方法不可靠，也可以使用组合防松方法。如卷筒专用联轴器是连接短轴式卷筒和减速机的重要部件，安装在减速机低速轴上，其轴向定位通过轴端挡板固定，起升机构(包括卷筒组)安装到位后，固定卷筒专用联轴器的轴端挡板(包括螺栓)处于卷筒内腔，不容易检修，螺栓一旦出现松动将产生严重的后果。因此，固定挡板的螺栓采用弹簧垫圈和串联钢丝双重组合防松方式，这样可以有效防止螺栓松动，不过串联钢丝防松这种方式只适用于头部带孔的螺栓(GB/T32.1)，如图3所示。

图3 弹簧垫圈和串联钢丝防松

2.3 特殊方法防松

2.3.1 止挡块防松

有些特殊部位的螺栓，采用常规的方法无法实现防松，需要根据其特殊结构设计特殊的防松措施，如增加防松定位块，即螺栓拧紧后在螺栓头部的位置增加一个固定的挡块，可以有效地防止螺栓发生松动，如图4所示。

图4 止挡块防松

2.3.2 特殊的止动垫防松

起重机某些部位螺栓，其典型特征为规格相同、孔距相等、数量较大，如车轮装置轴承箱固定轴承内圈的端盖，该部位的螺栓常采用特殊止动垫圈进行防松。笔者对历年来生产的车轮装置进行分类统计，针对该部位螺栓特点，设计出特殊的止动垫片进行批量化制作，用作螺栓防松，不仅防松效果好，而且成本较低，如图5所示。

图5 特殊止动垫防松

总之，特殊的防松方法通过机械防松的方式来实现螺栓防松。

2.4 新型螺纹连接及防松

随着科技的进步，实际生产中出现了新型螺纹连接及防松方法，包括唐氏螺纹连接副、施必牢防松螺母和液压防松螺母。因涉及到专利保护和单一来源采购，采用这种螺栓防松的成本较高，所以不能广泛使用。在大吨位起重机起升机构低速轴安全制动系统中，经常安装安全制动器。安全制动器由制动钳和液压站组成，制动钳成对使用，采用高强螺栓和螺母固定在支座上，固定制动钳的高强螺栓预紧采用液压拉紧器进行拉升，旋紧螺母后，泄压拆除液压拉紧器，这种螺栓预紧与高强螺栓预紧原理相似，即通过施加强大的预紧力压紧支撑面从而达到防松的目的，不过这种预紧方式仅适合规格相同或相近而且数量较多的高强螺栓预紧。

3 结论

螺纹标准化经历了260多年的发展历程，螺纹标准多达500多种[9]，螺纹防松一直是个难题，而起重机所用的螺栓种类和规格多种多样，笔者结合多年的生产实践经验，对常用的防松方法进行分析、归类，结合起重机各部件的实际工况进行选择和试验，并在起重机设备上进行应用，取得良好的效果。螺栓防松不仅仅是个技术问题，还需要考虑成本、生产效率、实际工况和使用空间等多种因素，因此螺栓防松问题在起重机械上仍然是个难题，需要不断摸索经验。