塔机螺栓松动检测新方法...
塔式起重机作为现代建筑施工中必不可少的运输、起重工具，应用非常广泛，其大量使用了高强度螺栓来固定标准节等重要部件。标准节是整个机械设备的脊柱，承载着机械本身的重量和载重运动，因此标准节对连接的螺栓有较高的要求。在实际使用过程中，若管理不善、使用不当，螺栓很可能会出现预紧力不够或者长时间工作后不复紧、长期受到重复的作用力等情况，会造成螺栓松动、螺母脱落等问题，极易发生安全事故，造成严重的后果[1]。
虽然我国每年都投入大量的人力物力对建筑施工机械的安全性进行全面的检验监督，但是针对使用基数大、安装位置较高的螺栓，目前尚没有合适的检查手段[2]。标准节连接螺栓的松动会造成整机正常工作状态的改变，是直接或间接导制塔机事故的主要危险源[3]，如图1 所示。但螺栓松动现象只是轻微的状态变化，一般手段难以察觉，现在的检查手段是除了近距离观察螺母是否脱落以外还规定需定期加载扭矩。
以40m 高的标准塔机为例，每固定一节标准节，需要至少8 颗高强度螺栓，15 节标准节就是大约120 颗。重庆市注册在用的塔机已接近8000 台。因此，面对数量众多的螺栓，没有一个高效、简单、廉价的检查方法，对螺栓的安全检查是一个异常艰巨的任务。
有鉴于此，本着成本低廉、结构简单、效果明显的原则，先后设计出了划线标记法和磁附法两种判断螺栓松动的方法和实现手段，可方便的使用在每个高强度螺栓上，通过简单的方法，给工作人员提供参考或者预警，来锁定疑似问题螺栓，进一步判断螺栓扭矩的状态，使安全检验人员可以方便、快捷地把握设备螺栓整体状态，进而提高塔机安全性。
1 划线标记法原理及试验
1.1 原理说明
划线标记法如图2 所示，是设备在装备过程中，螺栓或者其它紧固件拧紧后，在其连接部位画出一条连续垂直清晰的线条，并能够保持很长时间不褪色，从而使相关工作人员都能够清楚的观察螺栓或者拧紧部位线条是否错位、是否存在松动现象以及松动程度等。划线标记法操作简单，应用成本低，方便工作人员点检，可有效预防设备事故发生，现已经广泛应用生产装配领域。
1.2 实现方法论证
塔机上使用了大量的高强度螺栓用来固定标准节和附着，吊运建材时，交变的拉伸应力会使螺栓松动，因此塔机安全技术要求规定，每隔三个月，螺栓需要重启加载预紧力。如果将划线标记法应用在塔机上，通过观察双螺母与螺杆的划线是否错位就可轻松判断该螺栓是否松动，进而可以有目标的施加预紧力，持续保持塔机的安全性能。
现在一般工厂采用的划线工具是油漆笔，在足够干净的螺栓上画出一条清晰的线条，且在室内的环境中能够保持很长时间。而塔机的工作环境是户外，条件比装配车间恶劣的多，除了螺栓尺寸较大、油污较多之外，还要面临雨、雾、雪、沙、高温、潮湿等天气因素的影响，一般的油漆笔根本满足不了划线要求，甚至不能在布满油污的螺栓上画出可辨认的线条。
本文选取法国FIXOLID 公司生产的工业标记笔对螺栓进行标记。该标记笔在金属等基材上有优异的附着性，干后不能擦除，对金属材料表面无腐蚀，耐恶劣气候和化学侵蚀，不含甲苯和二甲苯，适用于光洁、粗糙、脏污、生锈等几乎任何金属表面。经过验证，该型号标记笔很容易在满是油污的螺栓连接部位画上一条清洗的直线，晾干后，颜料附着性非常好，一般方法难以擦拭干净。特别是该颜料无毒，方便工作人员直接操作，不会危害人体健康。
1.3 现场试验
对某工地正在使用的塔机进行试验，在承受应力较大的位置，即底座及上方的标准节连接部位划线，隔5~10 天进行一次观察，连续观察二个月，如图3 所示。在各种充满污渍的螺栓表面能够划出非常清晰的标记线，在观察期间，图中所示的螺栓状态良好，划线无错位现象，且所有划线部位在经历风雨高温天气后，能够一直保持比较清晰的状态。
在观察期间，发现该部位的划线出现轻微的错位现象，如图4 所示，经现场维保人员用扳手确认，确实有少许松动，从而验了证该方法的有效性、方便性和灵敏性，试验结果达到预期，同时也得到现场工作人员一直认可。加载后，划线位置发生变化，可通过纱布将标记抹去，重新划线。
试验期间，改进了划线的部位，增加划线位置，不只在双螺母位置划线，可以从螺杆中间位置划到螺套位置，可以得到三个错位观察点：螺套与上螺母之间、两个螺母之间、下螺母与螺杆之间，增加对螺栓松动状态的认识。
2 磁附法
2.1 原理说明
磁附法源自重庆特检院提出的一种新型的塔机螺栓安全检测装置（专利号：ZL 2014 2 0462422.6），主要由磁块和塑料环片组成，如图5 所示。该装置工作原理是：当螺栓受力，螺母松动时，会向下偏移，推动塑料和磁块环向下移动，当移动到一定程度，磁块脱离螺栓底部并受到的磁力小于其自身重力的时候，便会与塑料环一起掉落。工作人员可根据掉落的磁块或者塑料环（可编号）锁定疑似问题螺栓，再进行详细地检查。另外，磁块在螺栓底部受到自身重力、风力、标准节偏摆产生的偏心力等，这些力难以影响磁块位置，因此磁块掉落与螺栓松动有较大的关系。
2.2 现场试验
在重庆某建筑工地塔机上进行试验，在关键位置安装该装置共8 套，如图6 所示。采用钕铁硼N38 型圆片磁钢，直径50mm，厚度2.5mm。在试验观察期间，并没有发现磁片掉落现象，在某些位置，在已经证明螺栓松动的情况下，磁片依然没有动静。试验结果没有达到预期。
经验证，这与磁片的吸力太大有关。图6 中所示的螺栓一个螺牙之间的距离大约是3mm，也就是说即使螺母松动转动一周，向下的位移量也只有3mm。而这个距离对于磁片的吸力来说影响不大，因此，除非螺母松动的比较厉害，向下位移量达到一定程度，才能使磁片掉落。经过简单的试验，螺母至少下降8mm，该磁片才会掉落。需要更换磁力更小的磁片，以验证该方法的有效性和可行性。
3 两种方法对比分析
根据试验结果，对这两种方法进了简单的对比，见表1。
划线标记法具有应用广泛，成本低，简单易懂，灵敏度高等优点。法国FIXOLID 公司生产的工业标记笔一支价格大约80 元，整体塔机使用一般也不超过500 元。普通工人马上就能学会使用方法，很容易就能判断非常微小的变化。但也存在高位螺栓不方便观察等问题。观察标记的方法有两种，远距离观察和近距离观察。远距离观察就是通过经纬仪或者望远镜站在塔机周边观察螺栓上的扭矩标记，该方法相对简单，没有危险性，观察效果清晰可辨，但需要多次调整观察位置和角度，有些工地现场狭小不具备条件。由于塔机较高，螺栓位于标准节外侧，距离塔机攀爬直梯有一定距离，工作人员如果进行近距离观察，必须离开攀爬直梯，站到没有任何保护措施的标准节横梁上靠近支承杆，才能观察到安装在支承杆上端的螺栓，这个过程必须系好安全带。
磁附法虽然在本次试验中没有得出预期效果，但是在理论上该方法有着非常明显的效果和可操作性。它不需要人员被动地去检查，而是主动地提供预警，每当磁块掉落，就预示着问题的产生，就必须去检查，去解决。当然磁片成本比标记笔的成本高出很多，也存在高空坠物的风险。塔机螺栓安装位置普通较高，该磁片安装使用后，存在高空坠物的危险，危及在塔机下方未带安全帽的工作人员的生命安全。
4 结论
本文分析了两种方法的优缺点，划线标记法没有增加危险，成本更低，检验方法简单，比磁附法更加符合实际情况，现场清楚的显示了螺母位置发生了变化，对塔机的安全性具有重要的应用价值。磁附法是一种主动的预警方法，下一步可以从灵敏度入手研究磁力合适的装置，并消除掉落风险。如果磁附法研究成功，可以在塔机的关键受力位置将两种方法相结合使用，主动与被动措施相互验证，增加其安全系数，进一步提高塔机整体的安全性。
作者：陈卓、 郝永刚、 易水洪、 贾上远（重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）