塔機螺栓松動檢測新方法研究

陳 卓 郝永剛 易水洪 賈上遠

（重慶市特種設備檢測研究院 重慶 401121）

塔機螺栓松動檢測新方法研究

陳 卓 郝永剛 易水洪 賈上遠

（重慶市特種設備檢測研究院 重慶 401121）

針對塔機螺栓松動難以檢測的問題，提出了劃線標記法和磁附法兩種應用簡單且高效的方法，分別對這兩種方法的原理進行闡述，并進行現場跟蹤試驗，根據實際效果深入分析了兩種方法各自的優點和存在的問題，為塔機螺栓進行快速準確的安全檢測提供新的思路和方法。

塔機 螺栓松弛 劃線標記法 磁附裝置

塔式起重機作為現代建筑施工中必不可少的運輸、起重工具，應用非常廣泛，其大量使用了高強度螺栓來固定標準節等重要部件。標準節是整個機械設備的脊柱，承載著機械本身的重量和載重運動，因此標準節對連接的螺栓有較高的要求。在實際使用過程中，若管理不善、使用不當，螺栓很可能會出現預緊力不夠或者長時間工作后不復緊、長期受到重復的作用力等情況，會造成螺栓松動、螺母脫落等問題，極易發生安全事故，造成嚴重的后果[1]。

雖然我國每年都投入大量的人力物力對建筑施工機械的安全性進行全面的檢驗監督，但是針對使用基數大、安裝位置較高的螺栓，目前尚沒有合適的檢查手段[2]。標準節連接螺栓的松動會造成整機正常工作狀態的改變，是直接或間接導制塔機事故的主要危險源[3]，如圖1所示。但螺栓松動現象只是輕微的狀態變化，一般手段難以察覺，現在的檢查手段是除了近距離觀察螺母是否脫落以外還規定需定期加載扭矩。以40m高的標準塔機為例，每固定一節標準節，需要至少8顆高強度螺栓，15節標準節就是大約120顆。重慶市注冊在用的塔機已接近8000臺。因此，面對數量眾多的螺栓，沒有一個高效、簡單、廉價的檢查方法，對螺栓的安全檢查是一個異常艱巨的任務。

圖1 塔機螺栓松動容易引起事故

有鑒于此，本著成本低廉、結構簡單、效果明顯的原則，先后設計出了劃線標記法和磁附法兩種判斷螺栓松動的方法和實現手段，可方便的使用在每個高強度螺栓上，通過簡單的方法，給工作人員提供參考或者預警，來鎖定疑似問題螺栓，進一步判斷螺栓扭矩的狀態，使安全檢驗人員可以方便、快捷地把握設備螺栓整體狀態，進而提高塔機安全性。

1 劃線標記法原理及試驗

1.1 原理說明

劃線標記法如圖2所示，是設備在裝備過程中，螺栓或者其它緊固件擰緊后，在其連接部位畫出一條連續垂直清晰的線條，并能夠保持很長時間不褪色，從而使相關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位、是否存在松動現象以及松動程度等。劃線標記法操作簡單，應用成本低，方便工作人員點檢，可有效預防設備事故發生，現已經廣泛應用生產裝配領域。

圖2 劃線標記法應用圖

1.2 實現方法論證

塔機上使用了大量的高強度螺栓用來固定標準節和附著，吊運建材時，交變的拉伸應力會使螺栓松動，因此塔機安全技術要求規定，每隔三個月，螺栓需要重啟加載預緊力。如果將劃線標記法應用在塔機上，通過觀察雙螺母與螺桿的劃線是否錯位就可輕松判斷該螺栓是否松動，進而可以有目標的施加預緊力，持續保持塔機的安全性能。

現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，且在室內的環境中能夠保持很長時間。而塔機的工作環境是戶外，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的線條。

本文選取法國FIXOLID公司生產的工業標記筆對螺栓進行標記。該標記筆在金屬等基材上有優異的附著性，干后不能擦除，對金屬材料表面無腐蝕，耐惡劣氣候和化學侵蝕，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。經過驗證，該型號標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。特別是該顏料無毒，方便工作人員直接操作，不會危害人體健康。

1.3 現場試驗

對某工地正在使用的塔機進行試驗，在承受應力較大的位置，即底座及上方的標準節連接部位劃線，隔5~10天進行一次觀察，連續觀察二個月，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記線，在觀察期間，圖中所示的螺栓狀態良好，劃線無錯位現象，且所有劃線部位在經歷風雨高溫天氣后，能夠一直保持比較清晰的狀態。

圖3 現場劃線標記效果

在觀察期間，發現該部位的劃線出現輕微的錯位現象，如圖4所示，經現場維保人員用扳手確認，確實有少許松動，從而驗了證該方法的有效性、方便性和靈敏性，試驗結果達到預期，同時也得到現場工作人員一直認可。加載后，劃線位置發生變化，可通過紗布將標記抹去，重新劃線。

圖4 標記出現錯位現象

試驗期間，改進了劃線的部位，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，可以得到三個錯位觀察點：螺套與上螺母之間、兩個螺母之間、下螺母與螺桿之間，增加對螺栓松動狀態的認識。

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螺栓安全檢測裝置（專利號：ZL 2014 2 0462422.6），主要由磁塊和塑料環片組成，如圖5所示。該裝置工作原理是：當螺栓受力，螺母松動時，會向下偏移，推動塑料和磁塊環向下移動，當移動到一定程度，磁塊脫離螺栓底部并受到的磁力小于其自身重力的時候，便會與塑料環一起掉落。工作人員可根據掉落的磁塊或者塑料環（可編號）鎖定疑似問題螺栓，再進行詳細地檢查。另外，磁塊在螺栓底部受到自身重力、風力、標準節偏擺產生的偏心力等，這些力難以影響磁塊位置，因此磁塊掉落與螺栓松動有較大的關系。

圖5 磁附法原理圖

2.2 現場試驗

在重慶某建筑工地塔機上進行試驗，在關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。 在試驗觀察期間，并沒有發現磁片掉落現象，在某些位置，在已經證明螺栓松動的情況下，磁片依然沒有動靜。試驗結果沒有達到預期。

經驗證，這與磁片的吸力太大有關。圖6中所示的螺栓一個螺牙之間的距離大約是3mm，也就是說即使螺母松動轉動一周，向下的位移量也只有3mm。而這個距離對于磁片的吸力來說影響不大，因此，除非螺母松動的比較厲害，向下位移量達到一定程度，才能使磁片掉落。經過簡單的試驗，螺母至少下降8mm，該磁片才會掉落。需要更換磁力更小的磁片，以驗證該方法的有效性和可行性。

圖6 現場磁片吸附效果

3 兩種方法對比分析

根據試驗結果，對這兩種方法進了簡單的對比，見表1。

表1 兩種方法對比情況說明

劃線標記法具有應用廣泛，成本低，簡單易懂，靈敏度高等優點。法國FIXOLID公司生產的工業標記筆一支價格大約80元，整體塔機使用一般也不超過500元。普通工人馬上就能學會使用方法，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。觀察標記的方法有兩種，遠距離觀察和近距離觀察。遠距離觀察就是通過經緯儀或者望遠鏡站在塔機周邊觀察螺栓上的扭矩標記，該方法相對簡單，沒有危險性，觀察效果清晰可辨，但需要多次調整觀察位置和角度，有些工地現場狹小不具備條件。由于塔機較高，螺栓位于標準節外側，距離塔機攀爬直梯有一定距離，工作人員如果進行近距離觀察，必須離開攀爬直梯，站到沒有任何保護措施的標準節橫梁上靠近支承桿，才能觀察到安裝在支承桿上端的螺栓，這個過程必須系好安全帶。

磁附法雖然在本次試驗中沒有得出預期效果，但是在理論上該方法有著非常明顯的效果和可操作性。它不需要人員被動地去檢查，而是主動地提供預警，每當磁塊掉落，就預示著問題的產生，就必須去檢查，去解決。當然磁片成本比標記筆的成本高出很多，也存在高空墜物的風險。塔機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，危及在塔機下方未帶安全帽的工作人員的生命安全。

4 結論

本文分析了兩種方法的優缺點，劃線標記法沒有增加危險，成本更低，檢驗方法簡單，比磁附法更加符合實際情況，現場清楚的顯示了螺母位置發生了變化，對塔機的安全性具有重要的應用價值。磁附法是一種主動的預警方法，下一步可以從靈敏度入手研究磁力合適的裝置，并消除掉落風險。如果磁附法研究成功，可以在塔機的關鍵受力位置將兩種方法相結合使用，主動與被動措施相互驗證，增加其安全系數，進一步提高塔機整體的安全性。

[1] 高文進，裴忠義，侯杰.淺談塔式起重機標準節連接螺栓的松動[J].長沙：建筑機械技術與管理，2013，08.

[2] 李麗，牛秀艷，袁春風.塔式起重機塔身螺栓連接的安全使用[J].吉林：吉林建筑工程學院學報，2004，12.

[3] 徐金海，張世闊，周同.從一起塔機事故看基礎標準節安全管理重要性[J].河北：建筑機械化，2014，06.

[國家質量監督檢驗檢疫總局科技計劃項目：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，中級工程師，從事機電類特種設備檢測技術工作。

2015-06-01）