一起電動(dòng)單梁起重機(jī)主端梁之間高強(qiáng)度螺栓連接副脫落的案例分析

鐘佳奇，周 科，吳建通，辛琪杰

（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 寧波 315048）

起重機(jī)械主要用于各種貨物的起重、移動(dòng)、裝卸，是現(xiàn)代化生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備。起重機(jī)械的高強(qiáng)度螺栓主要用來(lái)連接起重機(jī)械中的重要結(jié)構(gòu)件，如電動(dòng)單梁起重機(jī)中主、端梁之間的連接，門(mén)式起重機(jī)中支撐腿與橫梁間法蘭部位的連接，通用橋式起重機(jī)中端梁與2根主梁間法蘭部位的連接。因此，高強(qiáng)度螺栓的安裝、連接是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)確保起重機(jī)的安全可靠運(yùn)行、杜絕安全事故的發(fā)生具有相當(dāng)重要的意義。下面我們對(duì)一起電動(dòng)單梁起重機(jī)主端梁之間高強(qiáng)度螺栓連接副脫落的案例進(jìn)行分析，以達(dá)到規(guī)范相關(guān)行為的警示目的。

1 基本情況

2017年12月，對(duì)1臺(tái)電動(dòng)單梁起重機(jī)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該起重機(jī)非滑線測(cè)主端梁之間高強(qiáng)度螺栓連接中有2個(gè)高強(qiáng)度螺栓連接副脫落，設(shè)備處于嚴(yán)重事故隱患狀態(tài)。該起重機(jī)為某起重機(jī)械有限公司2007年出產(chǎn)的LDA型電動(dòng)單梁起重機(jī)，起升高度8m，額定起重量16t，跨度17.43m，起升速度3/0.3m/min，工作級(jí)別A5，大車(chē)運(yùn)行速度20m/min，小車(chē)運(yùn)行速度20m/min。

2 檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

電動(dòng)單梁起重機(jī)的金屬機(jī)構(gòu)橋架有主梁、端梁裝置組成。主梁有∏形鋼板、工字鋼和斜腹板構(gòu)成，其兩端有與端梁相連接的掛板。端梁由∏形鋼板、下蓋板制成，通過(guò)掛板與主梁用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)主端梁（非滑線側(cè)）之間的高強(qiáng)度螺栓連接副有明顯缺件、損壞等缺陷。正常狀態(tài)下主端梁之間應(yīng)該由8個(gè)高強(qiáng)度螺栓連接副連接，但現(xiàn)場(chǎng)主端梁之間其中左側(cè)一排第2和第4個(gè)高強(qiáng)度螺栓連接副已經(jīng)不見(jiàn)了，可能是由于螺栓斷裂或者松動(dòng)而導(dǎo)致了脫落。進(jìn)一步檢查，空載運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)大車(chē)兩側(cè)起制動(dòng)不均，非滑線大車(chē)制動(dòng)偏松，大車(chē)在起制動(dòng)過(guò)程中有扭晃現(xiàn)象。當(dāng)起重機(jī)突然啟動(dòng)或運(yùn)行狀況改變，連接螺栓受到徑向剪切力，高強(qiáng)度螺栓連接副更容易松動(dòng)甚至直接被剪斷，存在主梁直接從端梁處斷裂脫落墜落到地面的危險(xiǎn)。

3 高強(qiáng)度螺栓連接副脫落原因分析

3.1 高強(qiáng)度螺栓連接的原理

高強(qiáng)度螺栓連接是利用螺栓的預(yù)緊力夾緊連接板的板件，依靠連接板板件之間的摩擦力來(lái)傳遞力。螺栓本身不受力，力的大小取決于螺栓的預(yù)緊力和連接板之間的摩擦系數(shù)。根據(jù)不同的受力要求和設(shè)計(jì)方法，分為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。

高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接是利用高強(qiáng)度螺栓的擰緊，在板件接觸面間產(chǎn)生可能最大的摩擦阻力以承受外剪力而將被連接板件連成整體的連接方式。摩擦型連接中不允許外剪力超過(guò)最大摩擦力，被連接板件間不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移變形。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接是利用螺栓桿身與孔壁承受壓力和螺桿本身抗剪切以傳遞剪力而將被連接板件連成整體的連接方式，其承載能力比摩擦型連接高［1］，但不得用于直接承受動(dòng)力載荷重復(fù)作用且需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的板件連接。本文所述電動(dòng)單梁起重機(jī)主、端梁連接屬于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。

3.2 高強(qiáng)度螺栓連接副脫落原因分析

由于起重機(jī)檢修平臺(tái)設(shè)置在大車(chē)滑觸線側(cè)，而現(xiàn)場(chǎng)使用單位又沒(méi)有可靠的安全登高措施，無(wú)法進(jìn)行主端梁（非滑線側(cè)）高強(qiáng)度螺栓連接副的檢驗(yàn)。但參照以往起重機(jī)檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，筆者分析此處主端梁（非滑線側(cè)）高強(qiáng)度螺栓連接副脫落可以歸納為以下2個(gè)原因：

（1）外因。起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到載荷變化、沖擊、振動(dòng)、偏斜運(yùn)行以及溫度變化等復(fù)雜工況，此時(shí)在沖擊、變載、振動(dòng)的共同作用下，高強(qiáng)度螺栓的緊固軸力可能在某一時(shí)刻瞬間消失，從而導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓極易出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象。所檢起重機(jī)大車(chē)兩側(cè)起制動(dòng)不均，滑線側(cè)大車(chē)起動(dòng)打滑，非滑線大車(chē)制動(dòng)偏松，橋架在起制動(dòng)過(guò)程中有扭晃現(xiàn)象，在制動(dòng)過(guò)程中非滑線側(cè)端梁有來(lái)回往返擺動(dòng)現(xiàn)象。這樣頻繁沖擊、振動(dòng)使主梁和端梁高強(qiáng)度螺栓連接處產(chǎn)生軸向的交變載荷和徑向的剪切載荷，從而導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓連接副松動(dòng)或斷裂而脫落。實(shí)際使用過(guò)程中起重機(jī)突然啟動(dòng)或運(yùn)行狀態(tài)更改，特別是重載狀態(tài)下，螺栓會(huì)因?yàn)槭芰η闆r和使用工況的改變產(chǎn)生損壞，一般表現(xiàn)為螺栓頭部的剪切斷裂或螺栓桿部分的疲勞斷裂，往往發(fā)生在應(yīng)力比較集中并且最大之處：螺栓頭部、螺紋尾端和螺母支承面附近的螺紋。如果其中1個(gè)高強(qiáng)度螺栓連接副松動(dòng)或斷裂，此時(shí)易引起主端和端梁的相對(duì)滑移，加劇其它剩下的高強(qiáng)度螺栓連接副的松動(dòng)，存在嚴(yán)重安全隱患。

起重機(jī)起制動(dòng)不均，滑線側(cè)大車(chē)起動(dòng)打滑，橋架產(chǎn)生扭晃的原因一般有以下幾點(diǎn)：大車(chē)軌道上有油污，車(chē)輪與軌道之間摩擦系數(shù)偏??；大車(chē)某一車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈，車(chē)輪軸承卡緊不靈活；大車(chē)兩側(cè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩不一致，停止時(shí)1個(gè)制動(dòng)輪先停，另1個(gè)制動(dòng)輪后停；大車(chē)兩側(cè)2臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)參數(shù)不配套，導(dǎo)致不同步；大車(chē)兩側(cè)制動(dòng)器抱閘有先后，制動(dòng)環(huán)與制動(dòng)輪間隙相差太大。

（2）內(nèi)因。高強(qiáng)度螺栓連接副的原因：制造廠家未在裝配圖紙上采用高強(qiáng)度螺栓連接處標(biāo)明預(yù)緊力要求和必須用力矩扳手或?qū)Ｓ冒馐謹(jǐn)Q緊的要求，導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的連接性能達(dá)不到預(yù)期效果；連接體表面處理方法及除銹等級(jí)不符合要求，連接面未進(jìn)行噴丸（砂）處理，常有毛刺、灰塵、銹蝕、油跡和油漆，降低了連接表面抗滑移能力；高強(qiáng)度螺栓運(yùn)輸、保管不當(dāng)，導(dǎo)致螺紋損傷或部分生銹，有的高強(qiáng)度螺栓保管時(shí)間超過(guò)6個(gè)月，未重新進(jìn)行扭矩系數(shù)或緊固軸力試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后而直接使用，影響連接性能；連接副不全，起重機(jī)上常用的大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副應(yīng)由1個(gè)螺栓、1個(gè)螺母和2個(gè)墊圈組成，但有些起重機(jī)的高強(qiáng)度螺栓連接處只有1個(gè)墊圈，易造成連接體表面擠壓損壞［2］；連接副熱處理不當(dāng)，部分螺母、墊圈未進(jìn)行熱處理，容易使螺母絲扣滑脫。

4 處理結(jié)果

（1）檢查、修理、更換大車(chē)車(chē)輪和大車(chē)電機(jī)，去除大車(chē)軌道上油污等，消除大車(chē)兩側(cè)起制動(dòng)不均，運(yùn)行過(guò)程中橋架扭晃現(xiàn)象。

（2）對(duì)主端梁（非滑線側(cè)）之間的所有高強(qiáng)度螺栓連接副進(jìn)行更換，并在更換前對(duì)連接表面進(jìn)行除銹等處理，使連接表面平整、無(wú)毛刺、無(wú)油污，符合連接設(shè)計(jì)要求，加設(shè)計(jì)要求的預(yù)緊力，重新連接主梁和端梁，并責(zé)令使用單位對(duì)高強(qiáng)度螺栓連接副定期檢查。

高強(qiáng)度螺栓連接副安裝注意事項(xiàng)：終擰后，高強(qiáng)度螺栓外露絲扣應(yīng)保證為2～3扣；高強(qiáng)度螺栓連接處摩擦面如采用噴砂（丸）后生赤銹處理方法時(shí)，安裝前應(yīng)除去摩擦面上的浮銹；在安裝過(guò)程中，禁止用高強(qiáng)度螺栓兼做臨時(shí)螺栓，不許使用螺紋受損及沾有雜質(zhì)的高強(qiáng)度螺栓連接副；安裝高強(qiáng)度螺栓時(shí)，嚴(yán)禁敲打螺栓強(qiáng)行穿入，當(dāng)高強(qiáng)度螺栓與螺栓孔配合尺寸較小時(shí)，應(yīng)該用鉸刀對(duì)螺栓孔進(jìn)行修整，修整后螺栓孔的最大直徑應(yīng)小于等于1.2倍的螺栓直徑，且修孔數(shù)量應(yīng)小于該節(jié)點(diǎn)螺栓數(shù)量的1/4，修孔前應(yīng)擰緊四周螺栓，禁止用氣割進(jìn)行擴(kuò)孔；不能在雨中進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的安裝，以保證構(gòu)件的摩擦面不被淋濕；班前必須對(duì)大六角頭高強(qiáng)度螺栓擰緊所用的扭矩扳手進(jìn)行校正，保證扭矩相對(duì)誤差保持在±5%，合格后才允許使用［3］。

5 結(jié)束語(yǔ)

GB 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第一部分：總則》中規(guī)定，高強(qiáng)度螺栓連接應(yīng)按起重機(jī)械安裝說(shuō)明書(shū)的要求，用扭矩扳手或?qū)Ｓ霉ぞ邤Q緊，連接副的施擰順序和初擰、復(fù)擰扭矩應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和JGJ 82的規(guī)定［4］。高強(qiáng)度螺栓連接副是電動(dòng)單梁起重機(jī)橋架的重要連接裝置，但許多起重機(jī)安裝單位對(duì)高強(qiáng)度螺栓的使用卻很混亂，有很多不正確的做法，比如利用彈簧墊圈對(duì)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行防松。JG/T 5057.40-1995《建設(shè)機(jī)械與設(shè)備高強(qiáng)度緊固件技術(shù)條件》中規(guī)定，“當(dāng)使用8.8級(jí)或9.8級(jí)螺栓時(shí)，一般不允許采用彈簧墊圈防松。使用其他性能等級(jí)的螺栓，絕不允許采用彈簧墊圈防松。建議采取下述防松方法：采用雙螺母防松，2個(gè)螺母應(yīng)相同”［5］。大六角高強(qiáng)度螺栓連接副由1個(gè)螺栓、1個(gè)螺母和2個(gè)墊圈組成，其中螺栓和螺母每側(cè)各配備1個(gè)墊圈，可是許多安裝單位在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)卻違背原設(shè)計(jì)，另外新增加了1個(gè)彈簧墊圈。因?yàn)楦邚?qiáng)度螺栓本身不傳力，而是通過(guò)施加在連接間的預(yù)緊力和連接件產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞外力。而彈簧墊圈的抗擠壓強(qiáng)度有限，如果加了彈簧墊圈，當(dāng)墊圈擠壓而不足以抵抗螺栓的緊固力時(shí)，將會(huì)被壓碎，此時(shí)彈簧墊圈將起不到防松的效果。在起重機(jī)作業(yè)過(guò)程中，破碎的彈簧墊圈將會(huì)由于震動(dòng)而脫落，使高強(qiáng)度螺栓松動(dòng)，造成連接失效，導(dǎo)致主梁墜落事故。

檢驗(yàn)人員在檢驗(yàn)前必須對(duì)高強(qiáng)度螺栓連接副連接技術(shù)要求有全面認(rèn)識(shí)，才能保證起重機(jī)械的安全運(yùn)行。在定期檢驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)檢驗(yàn)起重機(jī)械的高強(qiáng)度螺栓連接副是否有松動(dòng)、缺件、損壞等缺陷。仔細(xì)檢查高強(qiáng)度螺栓頭、螺母、墊圈下方是否有銹水流出，并用扭矩扳手檢測(cè)高強(qiáng)度螺栓是否有足夠的緊固力矩。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，說(shuō)明螺栓可能存在裂縫［5］，應(yīng)及時(shí)與使用單位溝通，形成使用、施工、檢驗(yàn)等多方面聯(lián)動(dòng)機(jī)制，以減少起重機(jī)械中的安全隱患，防止事故發(fā)生。