我國鐵路領(lǐng)域防松緊固件的創(chuàng)新和發(fā)展

羅雁云

(同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院原副院長，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)在高鐵中應用。筆者作為該技術(shù)領(lǐng)域的親歷者與“防松螺母”等國家專利的持有者，讀此文后百感交集。螺紋緊固件作為機械結(jié)構(gòu)中運用最廣的零部件，雖然結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，但是在動荷載強烈作用下的松動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，如何防止螺母和螺栓之間的松動，從它誕生之日起人們就做出努力了。長期以來，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)應用都局限在一定的使用條件下，它們在方便性、經(jīng)濟性、通用性、高效和可重復性等方面總是存在這樣那樣的不足，其中一個核心問題就是在可重復使用條件下如何長期保持防松性能。

我國鐵路系統(tǒng)很早就開始探索推廣應用具有防松性能的螺母/螺栓了。早在20世紀80年代初，上海鐵路局就針對軌道結(jié)構(gòu)彈條I型扣件研制了一種防松螺母，其原理就是針對扣件彈條的結(jié)構(gòu)特征，在螺母底面設計了與彈條相吻合的槽，能實現(xiàn)螺母止退，起到了很好的防松效果，在當時得到了一定的推廣運用。但是，由于該技術(shù)是針對特定彈條扣件結(jié)構(gòu)的防松螺母，并不適合在其他結(jié)構(gòu)上應用。進一步的研究發(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所致，它還受到了彈條自身彈性松弛導致的扣件扣壓力損失影響。而且該防松螺母在安裝時要比原有螺母復雜，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)模推廣運用防松螺母是在20世紀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用。緩行器是車輛在編組時的減速裝置。緩行器中的制動軌在工作時夾住行進中的車輪，因此在工作時承受了巨大的振動沖擊，導致緩行器制動軌上螺栓幾乎每天都要復緊，工作量極大；另一方面，制動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使用。此外，為工作方便，安裝方法還必須簡單。

針對以上特點，有關(guān)人員經(jīng)過反復試驗，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外螺紋的大徑與內(nèi)螺紋的底部相接觸受力，并對外螺紋大徑形成一個契形作用，改變了傳統(tǒng)螺紋緊固件螺紋斜面受力的特點，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)場使用，取得了良好效果。當時鐵道部有關(guān)部門為此專門發(fā)文，要求在全國鐵路駝峰緩行器上推廣運用這種變牙型防松螺母。

變牙型防松螺母在技術(shù)上的特點是能夠重復使用、安裝簡單、不需要其它附加裝置，因此它的通用性強。后來變牙型防松螺母逐步在鐵路的工務和車輛部門得到了全面推廣運用，并在2000年制訂了相應的鐵路行業(yè)標準，成為我國當時鐵路行業(yè)中應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，如不同材料對它的防松性能有較大影響，尤其是不銹鋼材料；又如，在重復多次使用以后，防松性能呈下降趨勢。

進入21世紀以來，隨著我國對外開放和技術(shù)交流的日益廣泛，新技術(shù)不斷進入我國并得到了應用發(fā)展，其中hard lock 防松螺栓是比較有代表性的技術(shù)之一。由于它的重復使用性好、防松性能好，得到了一定認同，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雜以及成本過高，在我國鐵路行業(yè)并沒有得到廣泛應用。

近幾年來，隨著制造技術(shù)和材料技術(shù)的不斷進步，各行業(yè)運用防松緊固件技術(shù)的交流更加廣泛，更多類型的防松緊固件不斷地運用到了鐵路行業(yè)。尤其是我國廣大科技人員的創(chuàng)新意識不斷增強，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、通用、高效和可重復的、永不松動的防松螺母這一技術(shù)目標還沒有完全達到，我們還需繼續(xù)努力。

創(chuàng)新永遠在路上。