我國(guó)鐵路領(lǐng)域防松緊固件的創(chuàng)新和發(fā)展

羅雁云

(同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院原副院長(zhǎng)，教授)

最近網(wǎng)上流傳一篇文章，介紹日本hard lock防松螺栓技術(shù)在高鐵中應(yīng)用。筆者作為該技術(shù)領(lǐng)域的親歷者與“防松螺母”等國(guó)家專利的持有者，讀此文后百感交集。螺紋緊固件作為機(jī)械結(jié)構(gòu)中運(yùn)用最廣的零部件，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但是在動(dòng)荷載強(qiáng)烈作用下的松動(dòng)問題給人們帶來的困擾至今依然是科技攻關(guān)的選題。

其實(shí)，如何防止螺母和螺栓之間的松動(dòng)，從它誕生之日起人們就做出努力了。長(zhǎng)期以來，人們研究各種各樣的螺母防松措施，如采用雙螺母、銷釘和使用膠水等，可以說是花樣繁多。然而這些方法和技術(shù)應(yīng)用都局限在一定的使用條件下，它們?cè)诜奖阈?、?jīng)濟(jì)性、通用性、高效和可重復(fù)性等方面總是存在這樣那樣的不足，其中一個(gè)核心問題就是在可重復(fù)使用條件下如何長(zhǎng)期保持防松性能。

我國(guó)鐵路系統(tǒng)很早就開始探索推廣應(yīng)用具有防松性能的螺母/螺栓了。早在20世紀(jì)80年代初，上海鐵路局就針對(duì)軌道結(jié)構(gòu)彈條I型扣件研制了一種防松螺母，其原理就是針對(duì)扣件彈條的結(jié)構(gòu)特征，在螺母底面設(shè)計(jì)了與彈條相吻合的槽，能實(shí)現(xiàn)螺母止退，起到了很好的防松效果，在當(dāng)時(shí)得到了一定的推廣運(yùn)用。但是，由于該技術(shù)是針對(duì)特定彈條扣件結(jié)構(gòu)的防松螺母，并不適合在其他結(jié)構(gòu)上應(yīng)用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，彈條扣件在使用中產(chǎn)生松弛并不完全是由于緊固件的松動(dòng)所致，它還受到了彈條自身彈性松弛導(dǎo)致的扣件扣壓力損失影響。而且該防松螺母在安裝時(shí)要比原有螺母復(fù)雜，因此該軌道扣件的防松螺母后來漸漸淡出了人們的視野。

鐵路部門大規(guī)模推廣運(yùn)用防松螺母是在20世紀(jì)90年代，這起源于一種變牙型防松螺母在鐵路編組站駝峰緩行器上的運(yùn)用。緩行器是車輛在編組時(shí)的減速裝置。緩行器中的制動(dòng)軌在工作時(shí)夾住行進(jìn)中的車輪，因此在工作時(shí)承受了巨大的振動(dòng)沖擊，導(dǎo)致緩行器制動(dòng)軌上螺栓幾乎每天都要復(fù)緊，工作量極大；另一方面，制動(dòng)軌螺母為了滿足檢修需要，必須經(jīng)常拆卸，所以螺母必須能夠重復(fù)使用。此外，為工作方便，安裝方法還必須簡(jiǎn)單。

針對(duì)以上特點(diǎn)，有關(guān)人員經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，研究出了一種變牙型結(jié)構(gòu)的防松螺母。這種防松螺母的基本原理是改變了螺母內(nèi)螺紋底部的螺紋牙角度，使得螺紋連接副在工作時(shí)外螺紋的大徑與內(nèi)螺紋的底部相接觸受力，并對(duì)外螺紋大徑形成一個(gè)契形作用，改變了傳統(tǒng)螺紋緊固件螺紋斜面受力的特點(diǎn)，尤其是該防松螺母的安裝操作與普通螺母基本相同。該技術(shù)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)使用，取得了良好效果。當(dāng)時(shí)鐵道部有關(guān)部門為此專門發(fā)文，要求在全國(guó)鐵路駝峰緩行器上推廣運(yùn)用這種變牙型防松螺母。

變牙型防松螺母在技術(shù)上的特點(diǎn)是能夠重復(fù)使用、安裝簡(jiǎn)單、不需要其它附加裝置，因此它的通用性強(qiáng)。后來變牙型防松螺母逐步在鐵路的工務(wù)和車輛部門得到了全面推廣運(yùn)用，并在2000年制訂了相應(yīng)的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成為我國(guó)當(dāng)時(shí)鐵路行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的防松螺母。隨著變牙型防松螺母使用的不斷深入，通過大量實(shí)踐人們逐漸發(fā)現(xiàn)該技術(shù)還存在某些不足，如不同材料對(duì)它的防松性能有較大影響，尤其是不銹鋼材料；又如，在重復(fù)多次使用以后，防松性能呈下降趨勢(shì)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著我國(guó)對(duì)外開放和技術(shù)交流的日益廣泛，新技術(shù)不斷進(jìn)入我國(guó)并得到了應(yīng)用發(fā)展，其中hard lock 防松螺栓是比較有代表性的技術(shù)之一。由于它的重復(fù)使用性好、防松性能好，得到了一定認(rèn)同，但是要作為一種廣譜性的防松緊固件，該技術(shù)還存在著一定不足，尤其是它的制造和使用復(fù)雜以及成本過高，在我國(guó)鐵路行業(yè)并沒有得到廣泛應(yīng)用。

近幾年來，隨著制造技術(shù)和材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，各行業(yè)運(yùn)用防松緊固件技術(shù)的交流更加廣泛，更多類型的防松緊固件不斷地運(yùn)用到了鐵路行業(yè)。尤其是我國(guó)廣大科技人員的創(chuàng)新意識(shí)不斷增強(qiáng)，一些自主研發(fā)的防松緊固件新技術(shù)的如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，并在鐵路行業(yè)中得到了推廣。但是我們對(duì)這些技術(shù)成果似乎還并不滿足，我們理想中的方便、經(jīng)濟(jì)、通用、高效和可重復(fù)的、永不松動(dòng)的防松螺母這一技術(shù)目標(biāo)還沒有完全達(dá)到，我們還需繼續(xù)努力。

創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上。