專利名稱：緊固裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在有接收能力的墊托物中的螺紋緊固裝置，以及用來改進(jìn)這些裝置在有接收能力的墊托物中的嚙合的一些方法，所述有接收能力的墊托物是木材、塑料或可接納螺釘?shù)暮铣刹牧?本發(fā)明還涉及在經(jīng)過一階段使用后的孔中恢復(fù)螺釘嚙合，所述孔是用螺釘在上述墊托物材料中做出的。本發(fā)明是隨著解決鐵路道釘(通常所說的螺紋道釘)的螺紋問題而發(fā)展起來的。下文將對它的此項(xiàng)應(yīng)用作出專門介紹、但是可以確信，本發(fā)明的應(yīng)用范圍決非只限于此。
本發(fā)明涉及螺旋構(gòu)件的改進(jìn)或者說變形，所述螺旋構(gòu)件適于嵌入一種墊托物之中，它在我們的歐洲專利號EP-B-188490中曾被披露過。
在早期應(yīng)用中，螺旋構(gòu)件沿其全長具有相同的橫截面尺寸，并且做成一個內(nèi)直徑從頂端到底端稍微逐漸變細(xì)但角度不變的螺旋，所以，它的外直徑也稍微逐漸變細(xì)。然而，在早期也出現(xiàn)過多種螺旋線直徑不變的安排。
所述螺旋線或者說螺旋構(gòu)件的螺旋具有三角形橫截面，三角形的頂點(diǎn)朝外，側(cè)壁是直的，底面是平直的或箭頭狀的。在能大批生產(chǎn)的產(chǎn)品中底面彎曲，大體上呈橢圓形。螺旋的下端拐入并越過中心線，然后再回頭沿中心線向上，從而構(gòu)成一個傳動支桿。
將該螺旋構(gòu)件安裝在一個嵌入工具上，就能把它嵌入枕木的孔洞中，所述嵌入工具有一個外表面螺旋溝槽和一個中心線孔，螺旋構(gòu)件就套在所述溝槽中;另外，當(dāng)螺旋構(gòu)件被完全擰到嵌入工具上時，螺旋構(gòu)件的中心線傳動支桿就安置在所述孔中。在這種情況下，嵌入工具上的一個靠近該孔的肩部成為傳動凸緣，于是這個組件就能很容易地擰到枕木的孔洞中。然后再反方向轉(zhuǎn)動嵌入工具，就能把螺旋構(gòu)件留在孔洞中就位。這種構(gòu)思十分有效，能把軟金屬(例如鋁)螺紋構(gòu)件緊密地嵌入孔洞中，因此也被本發(fā)明采用。
對先前的文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)后發(fā)現(xiàn)了一些被推薦用于加強(qiáng)木材或金屬內(nèi)部孔洞的嵌入物。在DE51016〔亞當(dāng)斯(ADAMS)，1889〕、DE-C-126935〔托萊爾(THOLLIER)，1901〕、DE-C-144331〔托萊爾(THOLLIER)，1902〕、US 730585〔托萊爾(THOLLIER)，1903〕、GB 21852/1905〔法林頓(FARRINGTON)，1906〕、巴克豪森(BARKHAVSEN)等人寫的“現(xiàn)代鐵路建設(shè)”第23頁(C.W.Kreidet's Verlag出版，Wiesbaden 1908)、US1011392〔托萊爾(THOLLIER)，1911〕、GB-A-179144〔阿爾茨(AARTS)，1923〕、NL21113〔克洛依德(KLOET)，1930〕、DE 588968〔斯特萊德(STREIT)，1933〕、GB-A-449916〔斯特萊德(STREIT)，1936〕US 2150876〔卡米尼茲(CAMINEZ)，1939〕、US 2520232〔伯萊少(BEREZA)，1950〕、FR-A-990787〔斯特萊德(STREIT)，1951〕、GB 759302〔赫里柯爾(HELICOIL)，1956〕、LU-A-39292〔卡美(COMER)，1960〕、DE 1016066〔赫里柯爾(HELICOIL)，1958〕、GB1289718〔紐曼(NEUMANN)，1972〕、GB2048739〔米特(MITE)，1980〕、EP 0090698 A〔奧塔魯(OTALU)，1983〕以及GB 2184808〔穆梯克利(MULTICLIP)，1987〕中均介紹過這樣的嵌入物。
在EP-B-188490中介紹的產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能，但是，在鐵路承載很大的一些情況下，甚至要求枕木的老孔洞得到更好的加強(qiáng)。經(jīng)過仔細(xì)的觀測和調(diào)查之后我們發(fā)現(xiàn)，第一位的影響在于螺旋構(gòu)件和螺紋道釘之間的縱向相對運(yùn)動。
借助于仔細(xì)地重新設(shè)計螺旋構(gòu)件的橫截面，我們已經(jīng)減少了這一影響。僅僅加大螺旋構(gòu)件的底部面積是不夠的，還必須克服嵌入時附加的摩擦力，并在不過分增加螺旋構(gòu)件質(zhì)量的情況下改變其形狀。這些目的已經(jīng)通過下述方法達(dá)到重新設(shè)計螺旋構(gòu)件，使得在螺旋道釘擰入已嵌入木材中的螺旋構(gòu)件期間，構(gòu)件跟螺紋道釘最初只有點(diǎn)接觸。
本發(fā)明提供一種用來增加螺釘拔出阻力的螺旋構(gòu)件，所述螺釘由硬質(zhì)材料制成，并被接納在一個由螺釘接納材料制成的物體的孔洞中，所述接納材料是一種比螺釘材料軟的材料;所述螺旋構(gòu)件呈圓柱形或朝一端逐漸變細(xì)，螺旋構(gòu)件的一端或小端(當(dāng)它逐漸變細(xì)時)向內(nèi)彎折，以便形成一個傳動支桿，所述支桿適合與一個能插入所述螺旋構(gòu)件內(nèi)側(cè)的嵌入工具嚙合，從而使所述螺旋構(gòu)件能從底端開始擰入所述孔洞之中，其特征在為，制成螺旋構(gòu)件的材料的硬度小于螺釘?shù)挠捕龋笥诼葆斀蛹{材料的硬度;并且螺旋構(gòu)件的橫截面大體呈三角形，三角形的底面朝向所述螺旋構(gòu)件的中心線，三角形的側(cè)面則朝外遠(yuǎn)離所述中心線并連接成一個頂點(diǎn);所述頂點(diǎn)可是鋒利的，或者稍鈍一些，或者是圓形的;所述底面是彎曲的，并且伸出呈翼狀或者說呈超出側(cè)面的隆起物形狀;所述側(cè)面是平直的或者彎曲的，而所述翼部是圓形的。
在頂點(diǎn)附近，所述螺旋構(gòu)件的側(cè)面最了是平直的。
所述螺旋構(gòu)件的側(cè)面最好向外彎曲，融合到所述翼部之中。
翼部的末端確定螺旋構(gòu)件橫截面的總長度，從頂點(diǎn)經(jīng)所述總長度的中點(diǎn)再到底邊的線段確定螺旋構(gòu)件橫截面的高度或者說徑向長度，而從頂點(diǎn)到底邊的距離被稱作中線。螺旋構(gòu)件橫截面最好是相對中線對稱的。而兩個翼部最好具有相同的形狀和尺寸。大多數(shù)鐵道螺紋道釘?shù)穆蔟X，其一個面對于螺紋道釘?shù)陌霃絻A斜15°，另一個面傾斜45°，所以構(gòu)成一個大約60°的角。
一些螺紋道釘?shù)穆蔟X上表面角度較小，而另一些螺紋道釘?shù)穆蔟X下表面角度較小，為數(shù)甚少的螺紋道釘螺齒上下表面角度相同，均為30°。
根據(jù)本發(fā)明的螺旋構(gòu)件最好具有下列特征橫截面的最大軸向長度(ALm)與半高軸向長度(AL0.5，即與從橫截面頂點(diǎn)到底邊的中線的中點(diǎn)垂直的長度)的比值A(chǔ)Lm/AL0.5超過1.9∶1，并且最好是至少為2.0∶1，例如至少為2.1∶1、2.2∶1或2.3∶1，或2.4∶1，或3∶1、4∶1、5∶1或6∶1或者更大，也就是說在2.0∶1至7∶1范圍內(nèi)，但最佳范圍是2∶1到5∶1，例如2∶1至4∶1或者2.2∶1至3.5∶1。
所述軸向長度與給定高度的比例關(guān)系最好滿足下列需要ALm/Hm＞AL0.5/H0.5＞AL0.25/H0.25此外，H0.5、H0.25和Hm分別是從頂點(diǎn)到所述中線中點(diǎn)、到所述中線四分之一處以及到所述中線上軸向長度最大的一點(diǎn)處的長度，而AL0.25是四分之一高軸向長度，即與從橫截面頂點(diǎn)到橫截面底邊的中線的四分之一處垂直的長度。
作為本發(fā)明的一種最佳實(shí)施例，螺旋構(gòu)件的翼部具有較為復(fù)雜的形狀，使它能退讓和彎折，以便與所述螺紋道釘?shù)凝X側(cè)處于嚙合狀態(tài)。翼部最好還設(shè)有凹口裝置，該凹口裝置最好是面朝外地朝著離開螺旋構(gòu)件底面的方向伸出。所述凹口裝置可以是每個翼部一個或者多個，它促成翼部的退讓和彎折，使翼部與螺紋道釘嚙合。所述凹口可以呈“V”形、“U”形或者其它橫截面形狀。未變形的翼部可能是張開呈球形并且向后伸出的，即遠(yuǎn)離螺旋構(gòu)件橫截面的頂點(diǎn)向底面伸出，而且可能伸到與底面相同的水平甚至超出。
凹口裝置的中心線可能是遠(yuǎn)離螺旋構(gòu)件橫截面的中線向外伸出，而不是朝著或平行于該中線伸出。這樣的結(jié)構(gòu)容易擠壓出具有堅(jiān)固形狀和尺寸的橫截面。而且在仍然提供良好嚙合的同時，這樣的結(jié)構(gòu)在螺紋道釘完全擰到家的情況下也只產(chǎn)生較小的螺紋道釘嵌入阻力。
本發(fā)明還提供由一個螺紋道釘以及一個根據(jù)本發(fā)明的螺旋構(gòu)件組成的成套組件，其特征為，所述螺旋構(gòu)件的相鄰圈安裝在所述螺紋道釘?shù)南噜徛蔟X之間，并且所述螺旋構(gòu)件翼部尺寸使它能分別壓在所述相鄰螺齒的傾斜的上、下表面上。
這使螺旋構(gòu)件能與任何一種螺紋道釘配合使用，并且具有下述優(yōu)點(diǎn)螺旋構(gòu)件的螺旋橫截面可做成與中線對稱的形狀。然而，本發(fā)明對于它是否精確對稱或者說真正對稱完全不加限制;一個翼部可做得伸出更多或者比另一個翼部更厚，或者兩個或一個翼部可做得較薄并且伸出更多。
螺旋構(gòu)件的螺旋底表面最好是在螺紋道釘相鄰螺齒之間留出根部間隙，至少在螺紋道釘開始嵌入螺旋構(gòu)件時是如此。
如同在EP-B-188490中一樣，螺旋構(gòu)件是用比墊托物材料硬但比螺紋道釘材料軟的材料制成的，所述墊托物材料可以是桃花心木、紅柳桉樹木或作為鐵路木軌枕典型用料的軟木;而所述螺紋道釘材料通常是鑄鐵或鋼。螺旋構(gòu)件的材料也可以是比硬黃銅軟一些的線材。典型的適用材料是硬度跟早期應(yīng)用中介紹的鋁合金硬度具有同一數(shù)量級的材料。
螺旋構(gòu)件的第一適用材料為鋁合金HE9。符合BS 1474 No.6063 TF的這種鋁合金具有以下性能值0.2%彈性極限應(yīng)力值為160MPa(兆帕)，拉伸強(qiáng)度為185MPa，斷后伸長度為7%，其成分如下0.2-0.6%Si，0.35%Fe，0.1%Cu，0.1%Mn，0.45-0.9Mg，0.1%Cr，0.1%Zn，0.1%Ti，其余為鋁。
有希望被采用的其它合金牌號及其物理性能在表1中列出。
表1合金牌號 0,2%彈性極限應(yīng)力值 拉伸強(qiáng)度 伸長率MPa MPa %HE9-6063TB 70 130 14HE30-6082TB 120 190 14HE30-5083O 125 275 13HE9-6063TE 110 150 7拉伸強(qiáng)度在130-275MPa范圍內(nèi)以及伸長度為7-14%的其它材料也有希望適用。
我們還發(fā)現(xiàn)，螺旋構(gòu)件應(yīng)該用這樣的材料來制造，它硬到足以嵌入硬如桃花心木軟如軌枕軟木的木材，同時又軟到(或者說可延展到)足以與螺紋道釘?shù)穆蔟X形狀相符，從而不會產(chǎn)生跳齒現(xiàn)象。
可以相信，螺旋構(gòu)件實(shí)際上被螺紋道釘?shù)穆蔟X和它被迫嵌入的木材夾緊;當(dāng)擰入螺紋道釘時，為了與螺齒相符，螺旋構(gòu)件實(shí)際上需要能被螺齒擠壓或拉長。
此外，螺旋構(gòu)件滿出木材孔洞表面，因而能與螺紋道釘相符這一事實(shí)有助于達(dá)到在該孔洞中牢固嚙合的目的。
當(dāng)擰入螺紋道釘時螺施構(gòu)件看來似乎向下旋入枕木約3/4圈，但有時螺旋構(gòu)件也可能產(chǎn)生一些伸長。我們還不能準(zhǔn)確地說出其機(jī)理，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在采用低碳鋼螺紋道釘以及枕木常用木材(硬的或軟的)的情況下，上文提到的鋁合金能工作得很好。
具有與這些鋁合金相似的硬度和壓延性、韌性、延展性或者說伸長性能的其它材料(不一定金屬)也可望得到使用。
本發(fā)明能以千變?nèi)f化的方式投入實(shí)際使用，下面結(jié)合附圖以舉例方式對本發(fā)明螺旋構(gòu)件的幾個專門實(shí)施例以及一種工具進(jìn)行介紹，其中

圖1畫出一個木軌枕的局部縱向剖面，并且還以縱向剖面形式畫出一個早先的緊固裝置的底部區(qū)域，該緊固裝置嵌在一個老孔洞之中;有一個螺紋道釘已經(jīng)松動并從此孔洞中取走，再用這個老螺紋道釘部分地擰回到這個孔洞中;中心線21左側(cè)的一半道釘沒有畫出，所以整個的金屬螺旋構(gòu)件能在這一側(cè)顯示出來;在右側(cè)還示意地畫出了木材縮進(jìn)之后的表面(這張圖也是我們原先的專利EP188490 B1的圖1，本專利與其密切相關(guān)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn));
圖2是一張正面圖，畫出EP 188490 B1的嵌入工具以及一個根據(jù)EP 188490 B1而且纏繞在所述工具上的螺旋構(gòu)件，該螺旋構(gòu)件已被全部擰入枕木之中，并且嵌入工具正處于開始擰出之前的狀態(tài)，所述嵌入工具將把螺旋構(gòu)件留在孔洞中，從而為嵌入螺紋道釘作好準(zhǔn)備;
圖3類似于圖1，但比例比圖1、2大得多，它畫出一個螺紋道釘?shù)囊恍┎糠?，該道釘正?zhǔn)備被擰進(jìn)作為本發(fā)明第一實(shí)施例的一個螺旋構(gòu)件之中;
圖4類似于圖2，但比例與圖3相同，它畫出嵌入工具的一部分以及作為本發(fā)明第一實(shí)施例的螺旋構(gòu)件的一圈;
圖5也類似于圖1，但比例與圖3相同，它畫出已經(jīng)全部擰入的螺紋道釘以及作為本發(fā)明第一實(shí)施例的螺旋構(gòu)件，該螺旋構(gòu)件已被迫進(jìn)入軌枕的木材并已變形，以便與螺紋道釘?shù)穆蔟X相符;
圖6類似于圖4，但比例較小，它示意地畫出根據(jù)本發(fā)明的一種經(jīng)過變形的螺旋構(gòu)件從插入階段到最后階段向外推動的范圍;
圖7類似于圖6，表示螺旋構(gòu)件是怎樣與螺紋道釘相符的;
圖8至12涉及本發(fā)明螺旋構(gòu)件的第二實(shí)施例。
圖8是一種擠壓成形的帶狀物的橫截面，螺旋構(gòu)件就由這種帶狀物卷繞而成;
圖9是所述帶狀物剖去中段后的立體圖，圖中的帶狀物已經(jīng)過卷繞之前的初加工階段;
圖10是該帶狀物在卷繞之后的橫截面，并顯示用卷繞法怎樣把翼部做得更象鉤狀或者說角狀;
圖11是類似于圖2的橫截面圖，但只畫出兩圈螺旋構(gòu)件;
圖12類似于圖5，但畫出兩圈螺旋構(gòu)件;圖11、12比圖8比例稍小。
在EP 188490中曾詳細(xì)介紹過圖1，此處編入其披露的內(nèi)容作為參考，故使用相同的參考編號。
首先參見圖1，此圖的右半畫出一種英國螺紋道釘20的縱向剖面，線21是該道釘?shù)闹行木€。道釘?shù)母?2從頂部到底部逐漸變細(xì)，根線23連接相鄰圈之間的每個根部的最低點(diǎn)，并與中心線21傾斜成一個角度。常見的錐度是4英寸(10.2cm)道釘螺紋部分長度縮小1mm，但也有一些螺紋道釘是不帶錐度的。根部22支承著與枕木嚙合的單螺旋形的螺齒26。所述螺齒具有一個上面27和一個下面28，上面27與螺紋道釘縱向中心線21的夾角A約為70°，下面28與該中心線的夾角B約為30°。
螺齒26從根線23伸出一個距離(即徑向深度或者說高度)29，其值為3.1mm左右，更常見的是2.5-3.5mm。
在一些其它國家中使用的螺紋道釘與英國所用螺紋道釘?shù)木_尺寸不同，但是它們具有相似的數(shù)量級。那些國家所用的螺旋構(gòu)件進(jìn)行過變形，以便具有與螺紋道釘相同或者類似的相互關(guān)系。
當(dāng)螺紋道釘20第一次擰進(jìn)枕木的木材時，木材35與道釘?shù)母亢吐蔟X的表面完全一致。而在使用一個階段之后，其狀態(tài)如同圖1右半所示。在使用前原本接觸或者緊靠根部22的木材表面36已經(jīng)收縮離開根部22，而原本接觸螺齒上面27的木材區(qū)域也已經(jīng)十分嚴(yán)重地縮回。木材這種形式收縮的準(zhǔn)確原因尚不知曉，可能是處于松動過程中的道釘螺齒，迫使木材離開道釘?shù)母浚部赡苁怯捎谒疂B入木材和金屬螺紋道釘之間，造成木材的腐蝕或者說腐朽所致。該專利申請通過試驗(yàn)觀測到當(dāng)螺紋道釘被擰緊到與初始緊度大致相同的緊度時，就可以認(rèn)為得到充分的緊固，然而，從裝配處拔出螺紋道釘?shù)淖枇σ呀?jīng)大大減小，通常只有其初始值的25%，當(dāng)然一個直接拉力與螺紋道釘和枕木在使用期間產(chǎn)生的力并不相同，但是，看來好象緊緊地固定在枕木中的螺紋道釘?shù)倪@種改變是令人驚嘆的。
英國螺紋道釘通常全長7.5英寸(19cm)，一些專門用途的螺紋道釘稍長，例如是8英寸(20.3cm)螺紋段逐漸變細(xì)，與無螺紋桿接觸處直徑為0.95英寸(2..41cm)，底端直徑為0.88英寸(2.24cm);所述無螺紋桿約2.2英寸(5.6cm)，在使用中由一個塑料套包裹，塑料套穿過軌座直至一個平底圓頂?shù)耐咕墸咕壍钠降淄ㄟ^塑料套將壓力施加在軌座上。這種螺紋道釘?shù)念^部為正方形。
這種螺紋道釘一般用低碳鋼制成，表面可鍍鋅以減少使用中的腐蝕。螺距通常為0.5英寸(1.3cm)，螺齒的角度和高度前文已經(jīng)提到。
根據(jù)我們原先專利的一個螺旋構(gòu)件140的第一實(shí)施例如圖1所示，圖的右半是它的剖面圖，而圖的左半是它的正視圖。此螺旋構(gòu)件具有一個非環(huán)行的等邊三角形橫截面，該等邊三角形包括邊171，172和173，其中的一個邊173(內(nèi)邊)通常與線145平行;所述線145與中心線21傾斜，而且傾斜角度大于螺紋道釘根部線23的傾斜角度。邊173提供一個內(nèi)壓力面。這個內(nèi)壓力面173頂住位于相鄰螺齒之間的道釘根部22，從圖1中可以看出，內(nèi)壓力面173沿著螺紋道釘縱向的尺寸與根部22的長度相同或者稍大。
三角形頂點(diǎn)174提供一個面朝外的凸起，從而形成一個切入孔洞壁的切削刃口，以便沿徑向向外嵌入老螺槽的原質(zhì)木材之中，達(dá)到加強(qiáng)緊固的目的。在這個實(shí)施例中，螺旋構(gòu)件的徑向高度或者說中線175(與中心線垂直的距離)，從內(nèi)壓力面173到頂點(diǎn)174是5.2mm。
圖1所示橫截面中有一個6單位長的最大軸向長度(ALm)以及一個3.25單位長的半高軸向長度(AL0.5)(即垂直于從頂點(diǎn)174到底邊173的中線175的中點(diǎn)的長度)。因此ALm/AL0.5的比值為1.9∶1。
在嵌入孔洞之前，螺旋構(gòu)件底圈內(nèi)直徑約為1.5-1.6cm。
從底部開始擰入螺旋構(gòu)件140時，螺旋構(gòu)件趨向于拉緊，因而縮小螺旋的直徑，所以，即使是在已經(jīng)松開并取下(即擰出)螺紋道釘?shù)那闆r下，也有助于螺旋構(gòu)件在淺螺槽中的定位，因而留在枕木的孔洞壁中。
在圖1中螺紋道釘處于重新插入一部分的狀態(tài)，它的下端(圖中的60)已經(jīng)靠近但尚未接觸螺旋構(gòu)件40的最后一個整圈。圖中只畫出中心線21右邊的一部分道釘以便有利于在中心線左邊顯示螺旋構(gòu)件40的圈的形狀。當(dāng)螺旋道釘全部嵌入位于枕木中的三角形橫截面螺旋構(gòu)件時，螺旋道釘?shù)囊粋€塑料套將桿的無螺紋段與軌座隔開，根部22迫使每個圈都向外進(jìn)入老的淺螺槽使之加深，從而將此緊固裝置嵌在軌枕的木材之中。螺紋道釘?shù)穆蔟X也在螺旋構(gòu)件每圈之間的木材段36上切割出一個新的螺槽61(見圖1)。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在完全嵌入狀態(tài)，這樣一種組件的拉出力約為3噸(采用軟木軌枕時)或6噸(采用硬木軌枕時)，也就是說，拉出力已大體上得到恢復(fù)或者是已至少恢復(fù)到孔洞周圍木料的強(qiáng)度。
螺旋構(gòu)件可用下法做出先用擠壓之類方法制造出符合需要的帶狀物(在圖1所示的實(shí)施例中邊171、172和173的長度均為6mm，徑向高度175為5.2mm)，然后將它纏繞到一個所需直徑的心棒上。當(dāng)然，為了獲得靠近心棒的平直內(nèi)壓力面，這個三角形截面帶狀物不還必須盤旋成螺旋狀。
由于外頂點(diǎn)174處延伸，圍繞心軸纏繞擠壓出的帶狀物會改變后者的橫截面，因此，在延伸之后徑向高度會縮減約5-10%或5-15%。
在纏繞前三角形金屬帶狀物的長度為20.5英寸(52cm)，為了產(chǎn)生七個內(nèi)直徑約2.5cm的順時針方向的圈，首先必須在它的兩端之間順時針均勻纏繞1 1/2 圈(540°)。由于心軸帶有錐度，螺旋構(gòu)件逐漸加大，其底圈內(nèi)直徑為1.5-1.6cm，頂圈內(nèi)直徑為1.7cm。
曾對用鋁合金HE9制成的上述螺旋構(gòu)件作過彈性效應(yīng)試驗(yàn)。當(dāng)構(gòu)件140的頂端被夾持，并附加一個120磅(54.5公斤)的重物時，在1秒鐘內(nèi)伸長1.75英寸(4.45cm)，載荷保持10分鐘，卸載一秒鐘內(nèi)長度恢復(fù)為5.5英寸(14cm)，(從夾鉗底部至螺旋構(gòu)件底部的原始長度為11.4cm)，可見，螺旋構(gòu)件的中心線長度顯著地增加了。
符合BS 1474 No.6063 TF的這種合金具有以下性能值0.2%彈性極限應(yīng)力值為160MPa，拉伸強(qiáng)度為185MPa，斷后伸長度為7%。其成分如下0.2-0.6%Si.0.35%Fe，0.1%Cu，0.1%Mn，0.45-0.9%Mg，0.1%Cr，0.1%Zn，0.1%Ti，其余為鋁。
圖2畫出一個螺旋構(gòu)件以及一個根據(jù)我們原先專利的嵌入工具，本發(fā)明的螺旋構(gòu)件也使用相同類型的插入工具。圖2與EP188490的圖4相同，其說明也同樣適用于圖2，因此編入作為參考，并使用相同的參考編號。
嵌入工具50的形狀相當(dāng)于一個經(jīng)削減變形的螺紋道釘，所述道釘將借助于螺旋構(gòu)件嵌入用舊的枕木之中。因此，方形頭160和圓形凸緣161不需改變，而桿162可加以調(diào)節(jié)，使直徑稍微減少，以便保證自由地穿過軌座，并且桿162與螺齒第一圈的連接處也可調(diào)節(jié)到足以防止它與孔內(nèi)壁相碰的程度。
將螺齒擰到錐形面164的溝槽165中，此錐形面的錐度比所用螺紋道釘?shù)腻F度大。也就是說，當(dāng)嵌入工具的內(nèi)直徑為13至17或者14至18mm時，螺紋道釘?shù)腻F體內(nèi)徑為16-17mm，其中下限值為位于螺旋底部的值。在每個錐形面之間都做出一條矩形溝槽165，溝槽的軸向長度最好是1/4英寸左右(6.3mm或7mm)(與本發(fā)明螺旋構(gòu)件配合使用時要加長)，以便在每圈螺旋構(gòu)件的任何一側(cè)形成間隙，使螺旋構(gòu)件在工具上較為松動，也就是說，每個溝槽的適當(dāng)軸向長度是螺旋構(gòu)件每圈最大軸向長度(即5mm)的101%，或105%，或110-120%，或130%，即115%左右。
每個矩形溝槽的深度約為5/64英寸(2mm)。
螺旋構(gòu)件140的下端具有一個傳動支桿180，所述螺旋構(gòu)件下端先向內(nèi)轉(zhuǎn)彎到該構(gòu)件的縱向中心線上，以便形成一個轉(zhuǎn)入段201，然后上彎回到所述中心線位置，再向螺旋構(gòu)件中心線正上方伸出大約一圈的長度，最后形成一個軸向尾部182。傳動支桿尾部182的橫寬約為6mm，嵌入工具底端有一個軸向孔166，此孔對于螺旋構(gòu)件的傳動支桿軸向尾部來說具有一個接近然而自由的配合，也就是說，此孔的直徑可以是7mm左右。孔166在軸向比傳動支桿的尾部182長。嵌入工具的底端也有一個從孔166伸出的、大體呈徑向延伸的肩部167。此肩部與螺旋構(gòu)件傳動支桿端部的轉(zhuǎn)入段201接合，并且最好做成圓的，以保證韌性的螺旋構(gòu)件傳動支桿不被嵌入工具的硬質(zhì)金屬切斷。
所述尾部和軸向孔的最小長度值在保證所需性能前題下尚不知曉，但是，它們相互之間必須具有這樣的長度和直徑，以至于在螺旋構(gòu)件完全嵌入孔洞、構(gòu)件上端位于枕木表面下方(因此它就被鎖住定位在枕木之中;如果沒有這種鎖定，頂圈就會伸出，螺紋道釘進(jìn)入螺旋構(gòu)件將十分困難)之前，能產(chǎn)生足夠的夾持作用，以防止肩部167將尾部182從軸向孔166中拔出。
當(dāng)嵌入工具停止轉(zhuǎn)動時，螺旋構(gòu)件上部各圈與嵌入木材的端部的摩擦效應(yīng)能防止螺旋構(gòu)件松動展開。
值得注意的是，如果沒有上述的夾持或者說摩擦嚙合，尾部182將會從孔166中被拔出，于是，由于螺旋構(gòu)件最佳材料的延展性，構(gòu)件將會變形到與嵌入工具的溝槽165相符，從而停止被擰入，最后，嵌入工具將會僅僅是轉(zhuǎn)動穿過靜止的螺旋構(gòu)件進(jìn)入孔洞。
圖3以截面圖形式畫出了根據(jù)本發(fā)明的螺旋構(gòu)件橫截面的第一最佳實(shí)施例。此截面大體上呈三角形，此三角形的頂點(diǎn)具有一個面朝外的凸起174，此三角形的底面提供一個推力面173。在纏繞到心軸上之前的擠壓成形狀態(tài)，所述螺旋構(gòu)件的高度或者說徑向深度為6.1mm;而在纏繞之后，此值縮減(如同上述)為5.7mm左右。
該三角形的兩個底角向外凸出，形成局部橢圓形或者說卵形的翼部或者說隆起部190和191。它們平滑地向下彎曲，以各自的后面192與底邊173相接。底邊173也呈彎曲的形狀或者說卵形。此外，并以各自的外面193與側(cè)壁171和172相接。
也可采用其他的形狀或比例，但是結(jié)果應(yīng)是產(chǎn)生一個大體呈蘑菇形的橫截面。
因而，側(cè)壁171、172可以是全長彎曲的;171和172的夾角也可比圖上所畫的小些或大些。在174處的角度為30-65°被認(rèn)為是最合適的。
所畫的頂角174是銳利的，但是對于某些木材來說，它又可以是遲鈍的或者說圓的。
該橫截面相對于一條從頂角到底邊中點(diǎn)的連線而言是對稱的，這意味著，這個擠壓而成的橫截面能以兩者之間的任何一個方向圍著心棒纏繞，從而形成螺旋構(gòu)件。但是，相對于一條通過從頂角到底邊中點(diǎn)的線的中點(diǎn)、并且與底邊平行的線而言，該輪廓是不對稱的。
從圖3中可以看到，翼部190和191的尺寸是經(jīng)過選擇的，其結(jié)果是，它們分別接觸螺紋道釘相鄰螺齒28和27的傾斜表面，這種接觸基本上發(fā)生在單獨(dú)的地點(diǎn)194和195;而該橫截面的彎曲底邊不接觸螺紋的根部22。
這樣做的目的在于減少道釘擰入期間的摩擦力，并且在螺齒之間提供足夠的螺旋構(gòu)件金屬，以便增加完全裝畢后的緊密度。
圖3所示的橫線面具有一條長11.6單位的最大軸向長度ALm，還有一條半高軸向長度AL0.5，即與從頂點(diǎn)174到底邊173的中線的中點(diǎn)垂直的長度，此長度為5.0單位。所以，比值A(chǔ)Lm/AL0.5等于2.3∶1。而虛線所示輪廓的比值A(chǔ)Lm/AL0.5等于2.4∶1。
這些比值比圖1所示橫截面的比值1.9∶1大得多。
螺旋構(gòu)件的尾部182最好壓縮成一個更圓的形狀或者修整一下，以便保證它適合進(jìn)入工具50內(nèi)部的軸和孔洞166。
圖4畫的是螺旋構(gòu)件140安置在嵌入工具50中的情況，構(gòu)件的彎曲底邊173支撐在平面164之間的溝槽165的底面上。
可以看出，螺旋構(gòu)件140的翼部190和191之間的長度小于溝槽165的軸向長度。溝槽165的軸向長度比圖2所示的長，而平面164相應(yīng)地短了。
圖5畫的是螺旋構(gòu)件140已被推入枕木的老溝槽中，而螺紋道釘20的螺齒26已在枕木的表面36上做出新的溝槽61。翼部190和191已經(jīng)產(chǎn)生變形，它們的外面193比在圖1中更靠近木材35的表面36，并且它們的后面192與傾斜面28、29的嚙合范圍很大。彎曲的后面173也變得與螺紋道釘?shù)母?2十分一致。
其結(jié)果是，螺紋道釘20與螺旋構(gòu)件140之間縱向相對運(yùn)動的空間大為縮小。
一些鐵道線，如英國西區(qū)(English Western Region)的鐵道線采用較大的孔洞36，因此，在這里，擠壓件的徑向高度175為7.4mm(三角形是等邊的，在纏繞后徑向高度縮減為6.9mm)。作為一種變形，將傳動支桿尾部182做得較細(xì)，橫寬約為5.7mm，因此不需要改變嵌入工具就適于安放在工具的孔166中。
圖3、4和5中所畫的虛線輪廓就是用于這些大尺寸的螺旋構(gòu)件的。
用于很硬的木材時，螺旋構(gòu)件的高度可做得比在這幾張圖中實(shí)線輪廓更小些。
有一些螺紋道釘?shù)母坎皇瞧降?，而是淺彎的，最佳螺旋構(gòu)件的延展性對它的變形十分有利，于是在螺紋道釘嵌入期間，螺旋構(gòu)件就形成與所述淺彎根部完全相符的面接觸。
圖6示意地畫出邊緣70、軌座72的孔71、嵌入工具50上的平面164、以及裝在工具50上的螺旋構(gòu)件140的點(diǎn)174之間的相互關(guān)系，從虛線75可以看出，頂點(diǎn)174恰好位于孔洞71的邊緣70的木材中。
與圖3、4和5中的螺旋件相比，圖6中的螺旋構(gòu)件140更加具有變形的蘑菇狀。表面171和172之間的角度較小，但這些表面卻更長。標(biāo)號23是螺紋道釘完全擰入并靠近木材35的表面36時確定的道釘最終根部線。當(dāng)把道釘擰入已在木材中的螺旋構(gòu)件時，它迫使螺旋構(gòu)件及其頂點(diǎn)174由實(shí)線所示的位置外移到虛線所示的最終位置。
圖6中的實(shí)線輪廓具有一條長10.5單位的最大軸線長度(ALm)，還有一條半高軸線長度(AL0.5)，即與從頂點(diǎn)174到底邊173的中線的中點(diǎn)垂直的長度，此長度為4.6單位。所以，比值A(chǔ)Lm/AL0.5等于2.3∶1。
圖7與圖6類似，畫的是螺旋構(gòu)件的變形和在增強(qiáng)之前螺紋道釘螺齒在木材中的初始位置。
螺紋道釘?shù)穆蔟X26的頂點(diǎn)正好達(dá)到線75外，因此螺紋道釘能通過孔70。
頂點(diǎn)40和41之間的距離是螺齒26的螺距，
從頂點(diǎn)40、41之間的連線到螺旋構(gòu)件頂點(diǎn)174的徑向距離是相對于螺紋道釘而言，由于采用螺旋構(gòu)件獲得的好處。
翼部190和191已經(jīng)變形，并與螺齒26的傾斜表面28、27以及根部22形狀相符。
線45周圍的橫陰影線表示的區(qū)域是危險區(qū)，它位于被螺齒26占據(jù)的初始溝槽周圍，螺齒的初始位置47用虛線畫出。
現(xiàn)在參見圖8，與圖1-7中相同的零件在此圖中采用同樣的參考編號。
圖8畫出直接擠壓出的鋁合金帶狀物的橫截面，如上所述，螺旋構(gòu)件就是將它纏繞在一根心棒上做成的。
圖9是該鋁合金帶狀物的切去中段后的立體圖，鋁合金帶狀物的一端300已經(jīng)過切割并且向下彎折，以便形成一個堅(jiān)實(shí)的端部，此端部將成為傳動支桿182;另外，此端部是向內(nèi)彎折，也就是說是繞著線段(ALm)朝著內(nèi)面或者說底邊210彎折的。將這個內(nèi)彎端插入心棒的一個軸線孔中并使帶狀物保持在心棒上，同時往心棒上卷繞它，就能制成螺旋構(gòu)件。
心棒遠(yuǎn)離有孔端的另一端最好擴(kuò)張成喇叭形。這個喇叭形部分使螺旋構(gòu)件的內(nèi)部形成一個向外的錐形，于是它的敞開頂端擴(kuò)大了。為了適應(yīng)這種內(nèi)直徑的增加，同時又不增加其外直徑，螺旋構(gòu)件的外面必須切去一部分，其做法是沿著鋁合金帶狀物的頂點(diǎn)切出一個斜面301，如圖9所示。
再參見圖8，圖中頂點(diǎn)標(biāo)號為174，平直側(cè)壁的標(biāo)號為171。
翼部200和201的形狀與圖3中的翼部190、191不同。
此外，螺旋構(gòu)件擠壓成形帶狀物的后面210也與圖3中的后面不同。
后面210具有一個彎曲的或者說橢圓形的中心部分211，它在212、213處終止，并伸出兩個直線部分214、215，這兩個直線部分最好與中線垂直。然后，這兩個直線部分向外伸出，在240、241處彎成圓形，構(gòu)成球狀部分217和218，這兩個球狀部分向后延伸到與彎曲部分211的中心大約處于同一水平上。最后，球狀部分217、218繼續(xù)彎曲延伸，形成適于頂住螺齒26的傾斜面27、28的彎曲外面220、221。
橫截面的球狀部分217、217朝前的面223、224具有凹口226、227，所述凹口最好是面朝外的V形，V形的中心線229、230從凹口底部開始并相對于中線175向外傾斜;這些凹口構(gòu)成了沿著螺旋構(gòu)件長度(也就是說進(jìn)入圖紙的方向)延伸的溝槽。
然后，螺旋構(gòu)件的表面從凹口的內(nèi)邊232、233順著曲線140、141延伸到側(cè)壁171和172。
當(dāng)把螺紋道釘20擰入螺旋構(gòu)件時，兩個翼部向中線175退讓，導(dǎo)致翼部繞區(qū)域240、241彎折。后面的212、240和前面的140之間的區(qū)域形成翼部200的一個頸;與此同時，后面的213、241和前面的141之間的區(qū)域也形成另一翼部201的一個頸部。
當(dāng)螺旋構(gòu)件的橫截面?zhèn)冗吺侵本€時，在給定的寬度處量測沿著中線的不同高度，寬度與高度的比值將保持不變。也就是說AL0.5/H0.5＝AL0.25/H0.25＝ALm/Hm，此處H0.5是從頂點(diǎn)到中線175中點(diǎn)的長度;H0.25是從頂點(diǎn)到中線175四分之一處的長度;而Hm是從頂點(diǎn)到中線175上一個點(diǎn)的長度，所述中線175上一個點(diǎn)使軸向長度為最大值。
對于圖1中的橫截面而言，這些比值均為1.2。
對于圖3中的橫截面而言，這些比值為ALm/Hm＝11.6/5.8＝2∶1;AL0.5/H0.5＝5.0/3.8＝1.3∶1;而AL0.25/H0.25＝2.4/2.3＝1∶1。
對于圖6中的橫截面而言，這些比值為ALm/Hm＝10.5/11.6＝0.9∶1;AL0.5/H0.5＝4.6/7.4＝0.6∶1;而AL0.25/H0.25＝2.4/3.7＝0.6∶1。
對于圖8所示的橫截面而言，這此比值為ALm/Hm＝11.7/5.8＝2∶1;AL0.5/H0.5＝4.9/3.3＝1.5∶1;而AL0.25/H0.25＝2.6/1.6＝1.6∶1。這些比值由于頂點(diǎn)變圓而失真了;將AL0.25處的側(cè)壁拉成直線使頂點(diǎn)呈點(diǎn)狀就能消除上述失真，此時這些比值分別成為1.9∶1;1.3∶1和1.3∶。
因此，根據(jù)本發(fā)明的螺旋構(gòu)件，其特征為，最好具有下述關(guān)系A(chǔ)Lm/Hm＞AL0.5/H0.5≥AL0.25/H0.25。
為了減少量測誤差，在量測之前應(yīng)將螺旋構(gòu)件橫截面放大到(ALm)至少為5cm的尺寸。
對于本發(fā)明螺旋構(gòu)件的一種實(shí)施例而言，當(dāng)圍繞心棒纏繞圖8所示的擠壓成形帶狀物時，安排使翼部或者說角狀物200、201朝著頂點(diǎn)174向上卷曲，造成形狀的變化。
向上卷曲的量可以改變，如果需要也可以取消。
然而在圖10到12所示的實(shí)施例中，向上卷曲被加以利用。
從圖10可以看出，外邊緣224已經(jīng)變薄，并向上加長超過了點(diǎn)233。但凹口的深度并沒有增大，其結(jié)果是邊緣224更象一個掛鉤。仔細(xì)檢查一根枕木(這種形狀的螺旋構(gòu)件已在使用后從該枕木中取出)，就會發(fā)現(xiàn)木材中有三個凹口，主要的一個凹口是由頂點(diǎn)174形成的，而在其兩側(cè)的兩個較小凹口是由224和223造成的。這種三重鎖緊的效果至少發(fā)生在螺旋構(gòu)件的最靠近頂端(即遠(yuǎn)離傳動支桿)的那些圈上，往下越遠(yuǎn)可能越不明顯。
圖11畫出了軌枕的木材表面310以及表面311，其中，表面310是螺紋道釘嵌入之后立刻形成的，而表面311是在磨損發(fā)生之后形成的。此圖還畫出了在嵌入工具被取走之前，以及在螺旋構(gòu)件借助了螺紋道釘?shù)闹匦虑度攵黄认蛲膺M(jìn)入木材之前，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的螺旋構(gòu)件的兩個圈，它們已支承在老的螺齒槽中并且已套在嵌入工具的溝槽中。圖11還表示出保持在嵌入工具50中的螺旋構(gòu)件的相繼各圈是支承在平面164之間的多個溝槽165中的。
圖12畫出的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的螺旋構(gòu)件的兩個圈已以被迫進(jìn)入老的螺齒槽并超過老的螺齒槽線311。在圖12中還畫出了螺紋道釘?shù)膬蓚€螺齒26。
螺旋構(gòu)件向上轉(zhuǎn)動，與木材中的不對稱螺槽相符，與此同時翼部或者說角狀物200和201朝頂點(diǎn)174進(jìn)一步彎曲。顯而易見，所述轉(zhuǎn)動的準(zhǔn)確度數(shù)和翼部變形的準(zhǔn)確程度取決于原有螺齒槽、螺旋構(gòu)件以及螺紋道釘?shù)臏?zhǔn)確尺寸關(guān)系。螺齒槽由于磨損程度不同有很大變化，螺紋道釘有一定的公差。此外，螺紋道釘也具有不同的尺寸。
圖12要圖示和表達(dá)的是易于發(fā)生的轉(zhuǎn)動和變形的方向，而不是這些運(yùn)動的準(zhǔn)確數(shù)量。
螺旋構(gòu)件的延展性使它自身很容易適應(yīng)這些變化。
翼部的彎折和變形有助于螺旋構(gòu)件與螺齒更嚴(yán)密一致，并且還提供了額外的嚙合位置，也就是說，兩個翼部的變形使它們自身伸長并被迫進(jìn)入木材。
在圖12中還用點(diǎn)劃線350表示圖8所示的翼部輪廓，用虛線360表示圖10所示的翼部輪廓。
應(yīng)該注意，在螺紋道釘嵌入螺旋構(gòu)件之前的木材表面(磨損后的表面)用分成幾部分的虛線311表示。
新的木材表面用間斷的虛線370表示。
權(quán)利要求
1.一種用來增加螺釘拔出阻力的螺旋構(gòu)件，所述螺釘由硬質(zhì)材料制成，并被接納在一個由螺釘接納材料制成的物體的孔洞中，所述接納材料是一種比螺釘材料軟的材料；所述螺旋構(gòu)件呈圓柱形或朝一端逐漸變細(xì)，螺旋構(gòu)件的一端或小端(當(dāng)它逐漸變細(xì)時)向內(nèi)彎折，以便形成一個傳動支桿，所述支桿適合與一個能插入所述螺旋構(gòu)件內(nèi)側(cè)的嵌入工具嚙合，從而使所述螺旋構(gòu)件能從底端開始擰入所述孔洞之中，其特征為制成螺旋構(gòu)件的材料的硬度小于螺釘?shù)挠捕?，但大于螺釘接納材料的硬度；并且螺旋構(gòu)件的橫截面大體呈三角形，三角形的底面朝向所述螺旋構(gòu)件的中心線，三角形的側(cè)面則朝外遠(yuǎn)離所述中心線并連接成一個頂點(diǎn)；所述頂點(diǎn)可以是鋒利的，或者稍鈍一些，或者是圓形的；所述底面是彎曲的，并且伸出呈翼狀或者說呈超出側(cè)面的隆起物形狀；所述側(cè)面是平直的或者彎曲的，而所述翼部呈圓部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述螺旋構(gòu)件，其特征為，在所述頂點(diǎn)附近，所述側(cè)面是平直的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述側(cè)面向外彎曲，融合到所述翼部之中。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，橫截面的最大軸向長度(ALm)與半高軸向長度(AL0.5)的比值A(chǔ)Lm/AL0.5超過1.9∶1，并且最好是至少為2.0∶1，所述半高軸向長度即垂直于從橫截面的所述頂點(diǎn)到橫截面底邊的中線中點(diǎn)的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，具有下述關(guān)系A(chǔ)Lm/Hm＞AL0.5/H0.5≥AL0.25/H0.25。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述翼部具有的形狀使它能退讓和彎折，以便與所述螺釘?shù)凝X側(cè)處于嚙合狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述翼部具有一個頸部，所述頸部位于螺旋構(gòu)件的翼部未端和主體之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述翼部提供一個適于跟所述螺釘?shù)凝X側(cè)嚙合的球狀部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述翼部設(shè)有凹口或者說溝槽裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述凹口或者說溝槽裝置朝著離開所述螺旋構(gòu)件底面的方向伸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的螺旋構(gòu)件，其特征為，所述翼部具有適于咬入所述螺釘接納材料的尖銳結(jié)構(gòu)。
12.由一個螺紋道釘及根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的一個螺旋構(gòu)件組成的一套組件，其特征為，所述螺旋構(gòu)件的相鄰圈安裝在所述螺紋道釘?shù)南噜徛蔟X之間，并且所述螺旋構(gòu)件翼部尺寸使它能分別壓在所述相鄰螺齒的傾斜的上、下面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其特征為，所述螺刻構(gòu)件底面在所述螺紋道釘?shù)南噜徛蔟X之間留有根部間隙，至少在所述螺紋道釘開始嵌入所述螺旋構(gòu)件時是如此。
全文摘要
一種螺旋構(gòu)件，它能改進(jìn)螺釘在木材或其它適用墊托物中的緊固，該螺旋構(gòu)件借助于一個傳動支桿，嵌入墊托物的螺槽之中，該螺旋構(gòu)件的橫截面經(jīng)過多處改進(jìn)，它大體上呈三角形，并具有兩個翼部，所述翼部向外伸出超過該橫截面的側(cè)邊；還具有一個面朝外的三角形頂點(diǎn)，在翼部壓住已嵌入螺旋構(gòu)件的螺釘齒側(cè)時，所述頂點(diǎn)嵌入老的螺槽之中，從而使緊固得到加強(qiáng)。
文檔編號B25B27/00GK1088669SQ93117129
公開日1994年6月29日 申請日期1993年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月4日
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