关于开发多种铁路防松紧固件项目的可行性研究报告

关于开发多种铁路防松紧固件项目的可行性研究报告（摘） 自改革开放以来，我国的铁路运输事业获得迅猛发展。现有铁 路里程超过 12 万公里，电气化铁路达 6 万公里，高速铁路近万公里， 机车保有量达 3 万台，客、货车辆达 150 万辆，而且仍在高速度地 增长。但铁路上电气化线路的接触网、机车、车辆、路轨等多处使 用的各种紧固件，由于历史原因或其他技术因素，有的却长期存在 安全隐患，老的防松方法已不能满足现代铁路对高速、重载的要求。 为此，拟合作公司将投入资金，利用武汉现有的科技力量，开发多 种新型的铁路专用防松紧固件，以满足中国铁路现代化发展的需要。 一、我国铁路在紧固件方面存在的问题 1、电气化接触网使用的紧固件现状 我国高速铁路电气化接触网上使用的紧固件，主要是引进国外 的技术，一般在连接的螺栓、螺母的螺纹部分于安装旋紧前涂上一 种特殊的粘胶，这种粘胶要从美国和日本进口，价格很贵，使用和 保存都有期限限制。重要的是使用很麻烦，涂胶前工件要彻底清洗 干净，彻底干燥，且雨天、大雾天、大太阳天、起风天、冰冻天均 不便施工。施工完后不能立即投入使用，要待粘胶凝固透彻后才能 承受振动力。由于接触网有时要调整导线与轨道的高低，紧固件就 得松开和拧紧。这种涂了粘胶的螺丝一般很难用扳手松开，有时须 锯断。 而低铁接触网上使用的则是普通紧固件，其防松是采取沿用了 百多年来的老式传统办法，即加一个弹簧垫片或带翅垫片。由于火 车运行时机车的受电弓与接触网上的导线要随时保持接触，车头的 振动必然连带接触网晃震，速度愈快，晃震愈烈。这种传统防松方 法在剧烈振动时显得很不可靠，有时因螺丝松脱而造成接触网跨蹋， 造成非常严重的事故。 2、车辆芯盘螺栓现况 车辆芯盘的螺栓紧固时是在两层钢板之间夹一层较厚的木头(火 车自发明几百年来一直采用此结构)，刚开始连接时，可以将螺帽与 螺栓拧得很紧，达到规定的力矩，使螺栓有足够的拉力。但随着该 连接件工作时间的延续，天长日久之后，由于车箱货物的重压，加 之行车时的振动，木头渐渐被压结，厚度减薄，即使螺栓与螺帽之 间没有任何的反向松动，可木头与钢板之间的接触压力却不断减少， 2 以致消失，也即螺栓上没有了拉力，尽管有开口销阻止螺母掉落， 但这时的螺纹连接成了空套，只是一个摆设，势必给火车的运行造 成安全隐患。 3、机车电机和抱轴瓦连接螺栓状况 火车机车（车头）上的电机和抱轴瓦是用单头螺栓将电机和抱 轴瓦联到机体上去，机体上制有螺纹底孔，螺栓在安装时旋进此底 孔中。原设计的防松方法是用铁丝将各螺栓头串起，或在螺栓头与 电机间加弹簧垫片，显然，这类办法防松极有限。后来许多人进行 改进，截至目前，主要有两种方法，一是自收式防松螺栓（湖北主 产） ，一是膨胀式防松螺栓（河南主产） 。但这两种方式也不理想， 如“自收式”安装时内销必须从螺杆心孔中外伸向螺纹底孔抵进， 有时可能会将底孔顶坏，弄不好使机体报废，而“膨胀式”则有时 发生螺栓断裂，会造成可怕的后果。 4、轨枕压扣紧固件现状 铁路道轨是用固定的螺栓通过压板扣紧到“枕木” （现在实际是 钢筋混凝土横枕）上的。其螺纹部分现在基本上都是采用美国的 “施必牢”专利技术（早已过时） 。它有一定的防松效果，但也有缺 憾：一是螺纹特殊，制造麻烦，丝攻和板牙都要特殊制作，以前专 门进口丝攻、板牙，后来国内自制，但寿命不长；二是不能防盗， 漫长的铁路线上，在人烟罕迹的地方，随便用一般的工具，如扳手 或管子钳，就可松开螺母，取走合金钢压板；三是螺纹上部裸露， 水易渗进内部螺纹处，不能防雨雪淋蚀。 二、拟开发生产的新产品主要特点 1、接触网防松紧固件 （1）锥压抱紧式自锁防松装置： 此装置由主螺栓、主螺母、锁紧螺母等件组成。主螺母尾部延 长的外锥体纵向均布四条纵缝，锥根部设一环槽，中段外表有一段 大径细牙螺纹，装于尾部的锁紧螺母的前端有与之相匹配的内螺纹， 锁紧螺母后端是与主螺母的外锥体相贴合的内锥面。当此大径螺纹 旋合收紧时，锁紧螺母向前运动产生的拉力使其内锥面迫使主螺母 的锥体段将螺杆抱紧而达到防松之目的。该装置有数百套已在舵落 口动车线路上试验运行几年，从无任何松动迹象（此产品由湖北博 世达科技发展有限公司开发并批量生产，且铁道部专为此制定了有 关标准） 。 （2）新设计的齿垫锁扣式紧固件： 此装置是专为高铁接触网定身设计、以取代进口粘胶式防松的 3 特种紧固件。其机构由主螺栓、主螺母、齿形垫片和锁紧螺母共同 组成。主螺母和锁紧螺母之间有着一定的结构关系，主螺母和锁紧 螺母分别拧紧后各自有着不同的职能。两者中间的齿垫有特殊结构， 以确保主螺母和锁紧螺母共同作用实现完全自锁。本机构在确保绝 对安全的前提下，无论安装或拆卸，均可在全天候条件下进行，只 须拧动扳手即可，显得十分轻松方便，能随装随用，且结构简单， 造价低廉。 2、车辆芯盘紧固件 拟开发的装置为“自动跟进式车辆芯盘自锁防松紧固件” ， 其设计基于能量转换原理：机构具有有特殊的蓄能功能，在安 装时因拧紧螺帽作功赋予机构贮蓄了较大的势能，投入工作后 随着木头的不断减薄，势能逐渐减小，但在安全使用期内，机 构仍保持有足够的剩余势能。机构就是以此势能作动力，始终 在与钢板的接触面上对因木头减薄而移动的钢板施压，即螺栓 上始终保持有一定的拉力，也即“自动跟进” 。显然， “跟进” 所作的功，即为机构所释放的能量。但这种作功，并非机械弹 簧所为。 设计采取的措施不仅使能量转换得以高效实现，而且只要 不主动解锁（拆卸时须先解锁） ，在设定的条件范围内工作，整 个连接就永远不会松动，这就确保了列车运行的安全可靠。 3、机车电机和抱轴瓦连接紧固件 新设计的为“棘爪锚固式自锁防松螺栓” ，其原理是在螺栓 的尾部增加一小端作特殊加工制造，其上与机体螺纹连接的部 位布有类似铁锚的尖爪，当被联接件联到机体上并收紧主螺栓 螺纹达到规定力矩后，再拧紧附在装置中的小型控制螺栓、螺 母，通过一定的机构转换受力关系，使锚爪刺进到螺孔的螺旋 面中，但这种刺入不是很深，不会造成机体螺纹孔的破坏，故 该螺孔可反复使用。由于锚爪有独特的分布规律并经特殊处理， 因此其防松的可靠性极强。它不属于当今通用的螺纹防松办法 不外乎摩擦式、卡阻式、破坏螺纹副式三种方法中的任何一种， 无疑是一种全新的防松方式。经计算，其防松性能大大高出这 类螺纹（单头螺栓）中我们已知的各种防松方法。 4、压扣铁轨专用的三防（防松、防盗、防蚀）紧固件 这种紧固件的设计采取了特殊措施，在螺栓、螺母（采用普通 螺纹）的基础上增加了一个小型的锁紧零件，不仅使它们相互之间 互锁，在运行中有振动的情况下绝不可能松动，而且所有的螺纹都 4 不会外露，螺纹部分不会因雨雪淋湿而腐蚀。另外，解锁时要松开 的第一个零件必须用特殊的工具（类似钥匙）才能松动，使用一般 的工具（各种扳手、管子钳等）均不能松开，故机构又具有防盗功 能。 需要说明的是，这种“三防”紧固件，虽为压扣铁轨定身设计， 但也可以用在其他凡是露天使用场合的地脚螺栓之类的重要连接上， 如高压输电的铁塔等。 三、新产品的市场前景分析 1、接触网紧固件 我国现有电气化铁路 6 万公里，还在继续发展中。每公里需紧 固件 3000 套，如果用锥压抱紧式方案，最多可用到 5 万公里低铁线 路中。此方案生产成本每套 6 元，销售成本 10 元，出厂价 15 元， 最大销量：3000500001522.5（亿元） 。 如果采用齿垫锁扣式方案，可用到全部电气化线路上（能用在 高铁就更能用在低铁）的 6 万公里中。此方案生产成本每套 3.5 元， 销售成本 6.5 元，出厂价 10 元，最大销量：18 亿元。 2、芯盘紧固件 全国有客、货车辆 150 万辆，每辆 16 套，每套生产成本 40 元， 销售成本 60 元，出厂价 80 元。 最大销量：1500000168019.2（亿）元。 3、机车电机和抱轴瓦紧固件 现有机车 3 万台（每年以两千至三千台递增） ，每台平均需 100 套，每套生产成本 35 元，销售成本 55 元，出厂价 75 元。 最大销量：30000100752.25（亿元） 4、铁轨用紧固件（对现有的在现场改造）： 全国铁路 12 万公里，每米有两根枕木，每根枕木上有两条铁轨， 每轨两边各压一支螺栓，故每米有 8 套螺母。每套螺母改造成本 8 元，销售成本 12 元，出厂价 15 元。 最大销量：1200001000815144（亿元） 必须说明，上述对市场的分析只是考虑了一次性使用，并未估 计平时维修更换的需求量。例如车辆芯盘螺栓，铁道部明文规定， 其使用周期为一个大修期（一年半） ，即每一年半车辆要进大修厂修 理时，同时更换掉所有的芯盘螺栓。电机和抱轴瓦紧固件也是每当 大修（有时中修）时即换，因此其用量远远大于上