閆國瑞

1 前言

氣扳機是螺紋緊固作業(yè)的主要工具，也是具有葉片式發(fā)動機的回轉類氣動工具產品家族中的大哥大，它麻雀雖小，但五臟俱全。氣扳機屬于技術密集型一類的產品，產量大，使用面廣，制造難度較大。筆者多次見證過一些公司開發(fā)氣扳機屢屢失敗，數百萬元投資打了水漂，現今仍有一些公司在氣扳機產品的開發(fā)上如鯁在喉，騎虎難下。可以毫不夸張地說，誰能夠攻占氣扳機設計、制造這塊高地，再繼續(xù)開發(fā)其他回轉類氣動工具，比如氣鉆，氣砂輪等產品，則是“會當凌絕頂，一覽眾山小”了。再進一步，如果能成功地開發(fā)出沖擊式定扭矩氣扳機，甚至油壓脈沖定扭矩氣扳機，并達到規(guī)模化量產，被市場認可，那就登上這塊高地的巔峰了。

氣扳機是我國鑿巖機械與氣動工具行業(yè)的標準化術語，這類產品的行業(yè)標準是JB/T 8411，此標準規(guī)定的產品規(guī)格范圍為M6～M100，目前國內市場上較流行的稱謂是風批（M2～M6）、風扳（M8～M20）、風 炮（M24 ～M42），M42 以上的產品叫大風炮，產量不大。

2 發(fā)展歷史

2.1 第一階段：1953年～1966年

新中國成立前我國沒有氣動工具產業(yè)。1953年蘇聯有償援建我國156 項重工業(yè)項目，史稱156 工程。原沈陽風動工具廠（以下簡稱沈風廠）就是156 工程項目之一，由蘇聯最先進、最具實力的圣彼得堡氣動工具廠對口援建，主要任務是生產我國礦山、水電工地急需的鑿巖機，附帶生產其他氣動工具，據說蘇聯當時提供了氣動鑿巖機、氣扳機、氣砂輪、氣鉆、氣鏟、氣動鉚釘機、搗固機、氣鎬等共計13個產品的完整圖紙。同時設計、工藝、檢驗、生產等方面的主要管理人員都派到圣彼得堡氣動工具廠對口培訓一年。沈風廠作為我國第一家氣動工具企業(yè)誕生于1953年。大概在1955年沈風廠生產出了我國第一批氣扳機。由于建國初期我國機電工業(yè)十分落后，氣動工具的使用不多，當時主要是對蘇聯技術的學習、消化、吸收，直到1967年的10 多年里，氣扳機技術基本上在原地踏步，發(fā)展緩慢，這個時期為氣扳機發(fā)展的第一個階段。

2.2 第二階段：1967年～1992年

1966年美國侵略越南戰(zhàn)爭急速升級，戰(zhàn)火有可能燃燒到我國，為保家衛(wèi)國，中央開始了史上最大規(guī)模的備戰(zhàn)，即三線建設：將東北、華北、華東及東南沿海的主要工廠、科研院所內遷到西北、西南的山區(qū)。沈風廠為首批搬遷單位之一，工廠一分為二，精兵良將數百人、精良設備數百臺于1966年搬遷至甘肅省天水市天水縣，成立了天水燎原風動工具廠（以下簡稱天風廠）。一同搬遷的還有沈陽風動工具研究所（1959年在沈風廠的基礎上成立），到天水后改名天水風動工具研究所（以下簡稱天風所，現為天水鑿巖機械氣動工具研究所）。當時沈風廠、天風廠都生產鑿巖機，回轉類氣動工具如氣扳機、氣鉆、氣砂輪等產品全部西遷，沖擊類產品如氣動鉚釘機、氣動搗固機、氣鎬等留沈風廠生產。當年三線建設時，同樣一分為二搬遷到天水的還有沈陽第一機床廠（當年也屬于156 工程項目），遷到天水后的廠名為天水星火機床廠。在沈陽、天水這兩家工廠都是鄰居，內遷廠名引用的是毛主席“星星之火，可以燎原”的名言。

如果說第一階段是沈風廠一枝獨秀，那么第二階段則是五大方陣同場競技。專業(yè)性國企天風所、天風廠、沈風廠、青島前哨等為第一方陣的領跑者。第二方陣是長春第一汽車廠、十堰第二汽車廠、北京吉普汽車廠、南京汽車廠、洛陽第一拖拉機廠、常州戚墅堰機車車輛廠、濟南機車車輛廠等國企的工具科，他們都生產自己使用的一部分氣扳機。第三方陣是山東黃縣北馬氣動（現煙臺春龍集團公司的前身，與一汽對接專供）、江蘇啟動氣動（與二汽對接專供）、上海民生（與石化及電力系統(tǒng)對接專供）、上海閘北氣動、天津小型氣動、佛山三洋氣動，以及無錫、鎮(zhèn)江、蕭山、寧波等地生產氣扳機或氣螺刀的一些集體所有制企業(yè)。第四方陣是江蘇、浙江、福建、廣東的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)小廠，大概從1988年起生產氣動工具零件，雖然規(guī)模小，但活力十足。第五方陣是1990年后我國臺灣、香港的少數商家搶灘登陸京、滬、穗等一線城市開辦商號，推銷日本、歐美等國的各種氣動工具，把氣扳機最新國際產品展示給我們。

在第二階段的30 多年里，我國氣動工具產業(yè)獲得了長足的發(fā)展。五大方陣賽跑的結果是天風廠衰落，天風所全面退出產品研發(fā)，第三方陣高速發(fā)展，第四方陣嶄露頭角。

2.3 第二階段時間劃分的理由

1967年天風廠開始批量生產新一代氣扳機B10A、B20A 等，標志著我國已經具備自主研發(fā)氣扳機產品的實力。此后20 多年，天風廠一直發(fā)揮著行業(yè)的龍頭作用。1992年春天鄧小平南巡講話發(fā)表之后，國內結束了市場經濟“姓資姓社”的爭論，實現了全民思想大解放，江蘇、浙江、福建、廣東的草根人士紛紛辦起了氣動工具廠，外商、外資大舉進軍國內氣動行業(yè)。1992年以前雖然已經改革開放了，但重點在農業(yè)和農村，工業(yè)企業(yè)的手腳還是被束縛著。1985年北京五金國際博覽會上外國氣動工具首次亮相，美國芝加哥公司（CP）、日本不二公司（Fuj1）各自帶來很多樣機參展，在我國尋求合作伙伴，希望技術轉讓或合資生產氣動工具，這是發(fā)達國家最早想打開中國氣動工具市場大門的行動。國家第一機械部讓天風廠與這兩家外國公司接洽，結果是天風廠只買了幾臺氣扳機展品，拿回來了幾本樣冊。1987年在杭州召開的JB/T 8411-××××《沖擊式氣扳機》行業(yè)標準報批稿評審會議，前來參會的氣扳機、氣螺刀廠家還不到10 家。1992年國內氣扳機產業(yè)雖然有了長足發(fā)展，但它依然受到計劃經濟的限制，規(guī)模不大。1992年是個拐點，跨過這個拐點后，我國氣板機產業(yè)實現了數量和質量的迅猛發(fā)展，改寫了我國氣扳機產業(yè)的版圖，跨進了一個發(fā)展新階段。

2.4 第二階段里不該忘卻的故事

2.4.1 天風所、天風廠獨領風騷二十多年

1966年內遷后的天風所對內承擔天風廠的產品設計研發(fā)，對外是行業(yè)技術歸口研究所，這樣運作了20年，1986年天風所從天風廠獨立出來，從事行業(yè)產品性能檢測、技術標準管理等工作。

從1966 到1986的二十年里，氣扳機、氣螺刀類產品的自主研發(fā)取得了長足的發(fā)展。天風所吸收當時國外先進技術，先后開發(fā)了45 種新產品，其中B10A、B20A、B30、B39、BQ6、BQ14、BQ16、B76、B100 等具有行星齒輪減速器型，BGQ16、BGQ24、BG30、BG42 沒有行星齒輪減速器，BQN42、BQN14、BQN18 屬沖擊式定扭矩氣扳機，其中BQN42 采用扭矩+轉角復合控制扭矩法，BQN14、BQN18 采用扭力桿彈性變形控制扭矩法；BZ10、BZ20、BZ30 屬純定扭矩直柄型組合氣扳機，一次擰緊4～8個螺栓；L4A、LC4A、LS6Z21 系列的氣螺刀有直柄及槍柄型，有中轉速及低轉速型，有單向旋轉及雙向旋轉型，螺刀頭帶磁性、不帶磁性，該系列氣螺刀零件的通用率高達75%。L4A、LC4A 在1979年開發(fā)成功，在我國最早的北京牡丹牌、上海飛躍牌12 英寸黑白電視機總裝線上使用。LS6Z21、LSC6Z21等24 種氣螺刀，于1981年一次性開發(fā)成功，在南京躍進卡車總裝線內飾工段使用，很受歡迎。當時除前哨有兩款純扭矩（失速型）、小規(guī)格的氣螺刀外，國內氣螺刀的生產還處于空白狀態(tài)。B30、B39 兩款氣板機是長春一汽、南京汽車等廠總裝線上緊固輪胎螺栓的指定工具。B76、B100 兩款大型氣扳機在西安高壓電器研究所、浙江新安江水電站大電機地腳大螺栓緊固中一炮打響。B10A 氣扳機更是汽車、拖拉機、柴油機等工廠總裝線的必備工具。

上述45 種新產品中，B20A、B39、BQ6、BQ14、BQ16、BQN42、BZN10、BZN20、BZ30、B76、B100、LS6Z21、LSC6Z21、LS6Q21、LSC6Q21、LS8Z16、LSC8Z16、LS8Q16、LSCQ16 等共35 種氣扳機、氣螺刀開發(fā)時，一無樣機，二無參考圖紙，從零做起，屬于完全自主開發(fā)，具有100%的原創(chuàng)性知識產權。這20年里天風所在氣扳機、氣螺刀類產品開發(fā)方面獨領風騷，一直發(fā)揮著領頭雁的作用，填補了多項國內空白，獲得了多個國內單項第一。青島前哨廠開發(fā)的兩款小型氣扳機在航空系統(tǒng)很受歡迎，濟南機車車輛廠、戚墅堰機車車輛廠、洛陽第一拖拉機廠生產的QB30、QB42 兩款中型氣扳機也有不少用戶。第一方陣和第二方陣為我國諸多重工業(yè)部門提供了各種規(guī)格的氣扳機，這是我國螺紋緊固氣動工具發(fā)展歷程中第二階段的一個成長期。

2.4.2 無私的技術提供和支持

在第二歷史階段值得一提的一個情況是，天風所、天風廠的所有產品圖紙、技術資料對國內都是公開的，毫無保留的，有求必應，曬藍圖供給，一公斤藍圖只收幾元錢的紙張費，連一張介紹信都不需要。這種計劃經濟時期技術無廠界的模式，使得對氣動工具感興趣的山東、江蘇、浙江等地的人民公社社辦小作坊、街道小作坊很快進入了氣動工具行業(yè)，把氣動工具制造技術由少數國企推廣到了全國，為以后的全面發(fā)展鋪設了一條大道。

2.4.3 一個插曲——無意插柳柳成蔭

國內氣動工具生產起步較早、發(fā)展較快的公司，應為原青島前哨氣動工具廠（以下簡稱前哨廠）。它的前身是原航空工業(yè)部所屬的一所中等專業(yè)學校。60年代初，我國從英國購進了四架三叉飛機，供中央領導人專用（1971年林某外逃時乘座的就是三叉機），每架飛機進口時帶有一套英國迪索特公司（Desoutter）的精密氣動工具（維修備用），其中一套氣動工具作為戰(zhàn)備物資，留存在這所學校里。1966年文化大革命開始，學校停課了，幾個無事可做又不甘寂寞的老師出于好奇，拆開了這套工具里面的小氣扳機、氣鉆、鉚釘機等，一下子就著迷了。由于飛機制造、維修大量需要這類工具，不久他們成立了氣動工具制造廠，之后又去天風所、天風廠學習取經，收集了大量技術資料，大概于1969年正式建廠，專門生產小型氣動工具，主要供我國航空航天系統(tǒng)使用，在小型精密氣動工具方面占有了一席之地。

2.4.4 氣扳機沖擊器動態(tài)高速攝影

由于文化大革命的動亂嚴重沖擊了工廠、高校、科研院所的正常工作，許多技術人員沒事做了，但有些人不甘逍遙，主動找活干。1966年由天風所和鐵道部戚墅堰機車車輛廠（以下簡稱戚機廠）牽頭，中科院長沙礦冶研究所爆破力學實驗室、南京工學院（現東南大學）機械系、長春第一汽車制造廠、鐵道部武漢大橋局等單位的幾個人自愿結合，組成聯合攻關小組，從1966年開始的一年多時間里，利用長沙礦冶研究所閑置的、具有當時國際先進水平的高速攝像機，對戚墅堰機車廠生產的QB30 氣扳機內沖擊器的沖擊過程做了詳細的動態(tài)攝影，得到了沖擊瞬時動作圖片數百張，并加工出外徑尺寸不同的多種沖擊筒及不同剛度的壓縮彈簧，互相搭配，反復調整沖擊器回轉沖擊時的轉動慣量，尋求可產生最大沖擊扭矩的零件之最佳幾何尺寸，采集了近千個數據，分析比較、優(yōu)化產品結構，根據這輪實驗研究改進的產品，及時運用到了當年南京長江大橋建設中的高強度螺栓緊固作業(yè)，受到了用戶的表揚。這是我國沖擊式氣扳機產品首次自發(fā)的，不計報酬的，具有創(chuàng)新意義的產、學、研三結合科研工作。主要參加人員有：劉林一、黃錫愷、吳靈光、王臻、富治榮、季德元、陳紹琴等。

2.4.5 氣扳機沖擊器運動學與動力學研究

在長沙礦冶研究所做動態(tài)高速攝影的這種沖擊器結構很復雜，它由行星齒輪減速器輸出軸上的兩個人字螺旋槽、兩個鋼球、壓縮圓柱彈簧，具有端面離合器的沖擊筒等零件組成。天風廠現生產的B10A、B20A、B30、B39 等產品就是這種結構。根據聯合攻關小組的實驗資料，黃錫愷教授（我國高等院校第一部《機械原理》教材主編，博導）對當時氣扳機沖擊器的運動學進行了深入的理論分析研究，推導出一套完整的沖擊器結構設計計算數學公式。但這次對沖擊器的科學實驗，只涉及運動學及動能轉換，即高速回轉沖擊動能轉換成輸出扭矩方面的研究，沒有進行沖擊器零件力學分析和疲勞壽命探討。這個研究成果于1968年發(fā)別發(fā)布在原南京工學院和原戚機廠的科技小報上。由于文化大革命的動亂不斷升級，這個產、學、研三結合工作小組不久被迫解散了。不知何故，黃錫愷教授的論文沒有在公開出版的刊物上發(fā)表。事隔多年，如今找其論文也不容易了。

1978年原南京工學院機械系顏景平教授（博導）對黃錫愷教授關于沖擊器設計計算理論又做了更深入的探究，把這個問題作為連續(xù)三屆本科畢業(yè)生的畢業(yè)論文課題，最后得出結論：沖擊式氣扳機的馬達功率、壓縮彈簧的剛度、沖擊器的轉動慣量，這三個參數緊密關聯，存在一個最佳的匹配關系，當這三個參數優(yōu)化配置時，氣扳機傳動軸的輸出扭矩才達到最高。筆者按顏教授的理論做了驗證，對本廠BQ16 氣扳機沖擊器零件的幾何尺寸按此理論進行了優(yōu)化調整，輸出扭矩明顯提高，取得了良好的效果。顏教授的文章分兩期發(fā)表于《鑿巖機械與氣動工具》雜志上。這是我國高校學者對氣扳機產品所做的深入的、系統(tǒng)的、具有原創(chuàng)性的探索研究。

2.4.6 氣扳機行星齒輪減速器運動學與幾何設計計算研究

早期的氣扳機、氣螺刀都具有一級甚至二級行星齒輪減速器。氣鉆、氣馬達、氣動攻絲機的行星氣動減速器更是標準配置。早期高?！稒C械原理》教材專門有一章講述行星齒輪減速器，現行的大型《設計手冊》以及《機修手冊》都有行星齒輪減速器的設計計算資料，但是讀過之后思路模糊，不知設計計算從何處入手。而且尷尬的是，按照這些資料設計制造的行星齒輪減速器，總裝后大多會出現運動干涉，甚至卡死不轉的現象，成功率太低，這是當時氣扳機、氣螺刀產品開發(fā)工作中令人頭疼的一個難題。

黃錫愷針對氣扳機行星齒輪減速器模數一般較小，太陽齒輪數特別少的特點，提出了一套專門的幾何設計計算公式，其中關于三種齒輪齒數的配置要求，能保證裝配的同心條件、鄰接條件、重疊系數、滑動系數等技術要求；關于變位系數的選擇，保證了太陽輪及行星齒輪加工時允許微量根切但無頂切（嚴重的頂切會致使齒頂熱處理后局部脫碳），且二者具有齒根等彎曲力學強度。這是最早為氣扳機行星齒輪減速器量身定制的幾何設計計算。王云鵬在參考蘇聯有關參數的基礎上介紹了行星齒輪減速器的三個行星輪非均布（即三個行星齒輪的圓心不是構成等邊三角形，而是等腰三角形，這種結構在歐美的氣動工具樣機上很常見）的設計計算經驗公式。筆者在深入學習、數次試制、反復驗證的基礎上總結歸納出專門針對氣扳機行星齒輪減速器常用角變位、準少齒差（Z1+2Z2≠Z3）特點的設計計算公式和流程、齒輪測繪及反求工程的公式和流程，并介紹了多于一個的行星輪作為這種機構運動學的虛約束，是導致行星齒輪減速器運動干涉的根本機理，還介紹了準少齒差配齒計算、針對行星輪系的“幾何設計變位系數”和針對行星輪加工的“工藝變位系數”的概念。這些資料為輕量化、無均載機構的氣扳機、氣螺刀專用行星齒輪減速器的開發(fā)提供了簡潔而可行的參考，運用這套資料曾為廣東省機械研究所開發(fā)的小馬達（測繪瑞典Atlas 產品）里的行星減速器樣機，送英國權威機構檢驗，認為可以與Atlas的減速器零件互換，受到了很好的評價。高學軍后來在《鑿巖機械氣動工具》雜志上發(fā)表了緊湊型行星齒輪減速器的幾篇論文，把這個技術又向前推進了一步。

2.4.7 氣扳機大檢測、大調訪、全國聯合設計

1977年起天風所組織有關單位搞了一次大規(guī)模的氣扳機產品研發(fā)大會戰(zhàn)，歷時兩年之久。參加單位有：天風所、天風廠、濟南機車車輛廠工藝處、長春第一汽車制造廠工藝處、北京吉普汽車廠工藝處、南京汽車廠工藝處、洛陽第一拖拉機廠工具車間、十堰第二汽車制造廠、山東章丘向公、山東黃縣北馬、天津小型、上海閘北、廣州造船廠、廣州文沖船廠、鎮(zhèn)江、無錫等地的十幾家專業(yè)氣動工具廠。這次大會戰(zhàn)由天風所的劉科學、鞠復海和高瑞增負責，天風所的王臻、濟南機車車輛廠的劉林一為正、副技術總負責人，這次大會戰(zhàn)有檢測、調訪、聯合設計三大戰(zhàn)役。

2.4.7.1 調集多個廠家的多種產品集中檢測

各廠家把自己的氣扳機產品每種5 臺，送到天風所做免費檢測，共檢測了幾百臺，為以后的沖擊式氣扳機行業(yè)標準起草積累了豐富的原始數據，也讓各個廠家看到了自己產品的差距，收到了互學互比的效果。

2.4.7.2 大規(guī)模調訪用戶

氣扳機產品集中檢測后由王臻、劉林一帶隊，上述單位各有1～2 人參加，共20 多人對全國的氣扳機主要用戶做了調研考察，摸清了用戶的訴求。被調訪的單位有：洛陽一拖，濟南機車，青島四方車輛，大連造船廠，大連組合機床廠，長春一汽，北京吉普，南京卡車，十堰二汽，廣州造船，廣州文沖船廠等，調訪歷時兩個多月。

2.4.7.3 調動全行業(yè)力量，實施聯合設計

1978年春開始進行氣扳機全國聯合設計工作，王臻、劉林一為總設計師，調訪組的人員全部參加，先是在無錫氣動工具廠里辦公，后來轉戰(zhàn)到山東章丘向公風動工具廠，共歷時四個月。這次聯合設計是在分析上面檢測、調訪資料的基礎上進行的，開發(fā)了M6、M10、M16、M20、M30、M42、M76、M100 等一個系列的8 種產品，基本結構還是行星齒輪減速型，曾在長沙礦院做過高速攝影的那種沖擊器。氣馬達、行星齒輪減速器、沖擊器三大結構都做了深入的設計計算，寫成了書面材料。值得一提的是，M6、M16、M76、M100 四種機型設計時沒有國外樣機，也無參考資料，全部從零起步。不像現在國外樣機唾手可得，那時國外樣機要用外匯購買，還特別昂貴，樣機為稀世之寶。M6的設計主管是北京吉普汽車廠工藝科的高世雄，M76的設計主管是南京汽車廠工藝科的張柯慶，M100的設計主管是濟南機車廠工藝科的劉林一，他們三個人都是非氣動專業(yè)廠的工程師。1980年M100 由天風所試制了五臺，一舉成功。此氣扳機的機重有100 多千克，用吊車掛起來只需一名工人手扶著就可以操作了，說明氣扳機振動很小。這么大的產品，沒有樣機，靠自行設計、自主研發(fā)，后來的40 多年里再也沒有出現過這樣的盛況。

2.4.8 氣螺刀模塊化大型設計

1979年天風所做了一輪產品結構模塊化的大型設計，王云鵬為總設計師，有四位年輕工程師參加，歷時兩年多，共開發(fā)了4 大系列，100 多種各類小型氣動工具，其中螺紋類的有：氣螺刀24 種，中小型氣扳機（具有減速器）4 種，攻絲機6 種，產品零件通用率高達75%左右，樣機試制一次性成功，全部通過了技術鑒定，部分產品成為天風廠的主導產品，多年在生產。

2.4.9 高轉速型氣扳機研發(fā)

1981年起天風所又成功開發(fā)了BG16、BG24、BG30、BG42 四種新型氣扳機，歷時三年，全部通過了技術鑒定，形成了小批量生產。它們沒有行星齒輪減速器，沖擊結構為雙環(huán)錘，是仿照美國IR公司的產品，具有當時國際先進水平。這是國內最早生產這類結構的氣扳機。

2.4.10 儲能式氣扳機——中國人的發(fā)明專利

氣扳機沖擊器的結構設計難度極大，水很深，目前都是仿照國外的樣機。但是原上海民生電器廠早在上個世紀70年代就自主研發(fā)了儲能式氣扳機，搞出了一個系列數種產品。這類氣扳機重量較輕，扭矩較大，很受石油、化工、電力等行業(yè)無懸掛裝置高空作業(yè)場合的歡迎，后來申請了中國專利，這是中國人真正的、沒有水分的發(fā)明專利，是我國氣扳機發(fā)展史上的一個亮點。

3 長江后浪推前浪

從1967年后的三十多年里，天風廠在氣扳機產品研發(fā)方面一直處于國內領跑者的地位，做了大量的原創(chuàng)性工作，在螺紋緊固氣動工具方面創(chuàng)造了多個國內第一，填補了多項國內空白。由于管理上的僵化及經營理念上的落后，天風廠沒有把技術研發(fā)成果及時轉化為產能，錯失掉了發(fā)展機會，被市場邊緣化了，曾經的行業(yè)龍頭風光不再！

氣扳機這個“昔日王謝堂前燕”，隨著改革開放的春風“飛入尋常百姓家”，東南沿海的一大批草根人士、民營企業(yè)家，把氣扳機產業(yè)搞得風風火火，譜寫出了氣扳機發(fā)展新篇章。

我國氣動工具行業(yè)老一輩有作為的工程技術人員和能工巧匠，在當年物質生活困難，技術資料短缺的環(huán)境中為我國氣扳機產業(yè)無私奉獻、敢想敢干的工作精神、三觀理念，在拂去歲月的風塵后仍然熠熠生輝，難能可貴！永遠值得我們學習、借鑒。

說明：文中“第二階段1967年～1972年”所講述的天風所、天風廠的事情，作者就是參與者。作為回憶錄，沒有列出有關資料、數據的出處。