防脱落变牙型防松螺母研究开发应用

随着综采设备向重型化大功率方面发展，对紧固件的要求也越来越高，特别是刮板输送机的刮板螺母防松技术，原来的弹簧垫和尼龙防松已不能适应大型设备生产的需要，由于刮板螺母松而造成的掉刮板、断大链事故经常发生，仅此每个工作面每年造成的事故占到事故率的30%左右，平均每月影响生产在48h以上，急需一种新产品来替代传统的防松紧固件，以适应大型篼效矿井生产的需要，在这种情况下司马煤矿机电部与宁波翔翔大型紧固件有限公司共同研制开发了防脱落变牙型防松螺母，并成功应用于司马矿1101综采工作面。

　　1科研内容1.1标准螺纹紧固件的工作状况紧固件产品是一种通用性很强，且在全世界范围内可互换的零部件，起到组合紧固连接的作用。

　　普通标准螺纹紧固件在施拧力矩较小时，其锁紧力主要集中在**牙的螺纹面上，螺栓的随后各牙螺纹在螺母中几乎都处在“浮游”状态，当施拧力矩较大时，**牙螺纹产生弯曲和剪切变形，才使第二牙的螺纹面承受应力，并产生锁紧力。其它各牙螺纹仍处在“浮游”状态。如再施拧更大的力矩，普通标准螺母**、第二螺纹面上报承受的应力一般都在其总负荷的80%以上，其后各牙螺纹面上的压紧力依次递减，甚至为零。

　　因此，普通标准螺母承受的作用力都集中在**、第二螺纹面上，所遇到的剪切和磨损破坏是十分严重的，甚至产生“滑牙”现象。通过此现象的分析，说明普通标准螺纹紧固件的真正接触面仅是螺母的**、第二牙处，其余各牙几乎都处在“浮游”

　　状态。如该螺纹紧固件工作在振动负荷条件下，由于存在外螺纹移动的径向间隙，就很容易克服螺纹接触面上的锁紧力而产生自松转动而松脱。这就是普通标准螺纹紧固件自行松脱的根本原因。

　　为解决螺纹紧固件的松脱问题。世界许多国家的科学家，做了大量的试验和研究，一般采用锁片、销钉、变形螺纹、嵌入件或用化学胶粘结法，甚至用多个螺母拧紧等措施来解决螺纹紧固件的松脱问题。实践表明，采用上述措施，由于其无法克服的缺点，而且它的锁紧功能只有一次有效，不能重复使用，特别是不能在高温下或低温环境中正常使用。

　　所以在一定程度上，螺纹紧固件的松脱问题长期没有得到满意的解决。

　　20世纪后期，国外科学家经过长期研究后发现，螺纹紧固件出现自行松脱的关键在于其螺纹的结构形状。理论分析和实验室试验表明，要解决螺纹紧固件的松脱问题，必须重新设计螺纹的几何形状。经过长期的努力，美国率先推出了内螺纹具有30楔形斜坡的变牙型防松螺母，从而实现了螺纹紧固件防松技术的质的突破。

　　1.2变牙型防松螺母的螺纹结构这种螺纹形状与普通标准螺纹形状的不同之处是在内螺纹的根部有一截成30的楔形斜坡，而螺栓上的外螺纹形状仍保持标准的三角形。当螺母拧紧在螺栓上，或螺栓旋紧在螺母中时，外螺纹就会自动定心于内螺纹中，外螺纹的牙顶紧紧地楔入内螺纹牙根的30斜坡上，负荷均布在整个直径的每一牙上。由于遍布其全部直径上的外螺纹的每一牙的牙顶都被紧紧地推向楔形斜坡，排除了外螺纹径向位移的可能。为此具有良好的防松效果，而且是全螺纹销紧的。

　　1.3变牙型防松螺母的功能及质置控制变牙型防松螺母具有与众不同的功能。主要表现在以下几个方面：①卓越的抗振防松能力；②系统张立新：防脱落变牙型防松螺母研究开发应用可以自由旋人旋出，特别适合于高速装配的场合；③可重复使用，且系统拧上拧下的次数愈多，锁紧性能愈好；④旋合长度内所有各牙受力均匀，不产生滑牙，对克服软质材料易滑牙问题有显著效果；⑤无需任何辅助锁紧元件，如弹簧垫圈，止动垫圈等；⑥内外螺纹间作用力之合力方向合理，具有稳定的力学锁紧状态，增加了耐剪切能力，提高了螺栓及螺母的使用奉命；⑦应用环境范围广泛，不受温度剧烈变化的影响。

　　在国外，变牙型防松螺母已被广泛应用于航天、航空、机械、交通、电力和桥梁、建筑钢结构等各项领域，并取得了较好的使用效果。

　　变牙型防松技术1997年被引人中国，已被汽车、机械及交通等行业采用，在经过必要的实验检测及现场试用，取得了良好的效果，已推广使用，并且具有相当的市场前景。

　　目前，该项技术的基础性能软件均被国外公司所控制。国内在这方面尚未开发必要的理论研究，尚未制定针对中国用户使用特点的完整的技术标准，丝锥和量规也未国产化。可以说明尽管已部分使用，但在技术上还有一定的盲从性。

　　综上所述，加快变牙型防松螺母技术的研制和开发是十分必要的和非常迫切的，特别是研制开发适用于煤矿动态静态状态下的变牙防松螺母以适应煤矿重型大功率设备的需要显得更为突出。

　　司马矿和宁波翔翔紧固件有限公司科研人员根据国内外的科技发展，结合我国的实际需要，经过大量调研、实验试验和理论分析后发现，变牙型防松螺母的技术关键在于如何检验生产出来的变牙型防松螺母是否合格。即变牙型防松螺母的量规检验系统。这个量规检验系统的真正有效功能在于能精确地检验评定螺纹质量所需的全部特征。在此，要检验的关键特征是30楔形斜坡，特别的就是这个30斜坡，而且这个斜坡在径向还有一个正确的位置，以便同时适应外螺纹的*大和*小外径。

　　通过技术攻关，设计了一个三塞规系统，由一个通规和二个止规组成。通规做成全螺纹的全形。如果它“通过”，那就是告诉我们：中径、大径、小径以及综合形成的牙顶位置正确，可以允许*大公差的标准外螺纹的旋人。二个止规如能止住，那就是告诉我们：斜坡和剩下的侧面的位置适合于与*小的标准外螺纹相配。完成此项工作之所以要用两个止规，是因为我们需要知道中径变化是否足够窄小，这与斜坡有关；还需要知道这个斜坡是否足够地低，以便这个斜坡与剩余尾侧的交接处，能够将有*小外径的螺栓也能合适地顶在斜坡上。

　　第16朱蜻利2至此，改变内螺纹结构设计，以解决螺纹紧固件自行松脱的技术难题得到彻底解决。目前，在完成内螺纹研究、设计、论证的基础上，已开发成功全系列的以变牙型螺纹为基准的工具丝锥和检测变牙型螺母质量的全套量规，具备了大批量生产规格齐全的变牙型防松螺母的能力，并制定了相应的变牙型防松螺母的企业标准，以及生产变牙型防松螺母质量控制规程和变牙型防松螺母用户指导书。实现了小批量生产到批量生产的转移过程。

　　2中试应用国内矿用首批变牙防松螺母于2005年6月在潞安集团司马煤矿1101综采工作面进行井下应用试验，M24变牙防松螺母应用于SGZ -800/800刮板输送机和SZZ960/250桥式转载机的刮板紧固，M30变牙防松螺母应用于SGZ830/800刮板输送机的刮板紧固，M36变压防松螺母应用于破碎机与转载机的连接。经过两个月运行，M36螺母在**遍紧固后就表现出卓越的抗震防松性能，M24和M30刮板螺母由于紧固周期较长，正常需7~8d时间，在动态情况下，大小刮板之间振动摩擦合位后使个别螺母产生松动现象，在未能及时复紧的情况下而脱落，针对这一情况双方技术人员通过科学论证；在变牙防松螺母上加装了一个防脱尼龙圈，从而解决了这一技术性难题，通过在M24变牙防松螺母上的应用，使螺母的整体性能得到提高，适应了中国煤矿的实际情况，并根据设备运行情况、井下紧固环境、紧固周期等因素，开发了TL型预置扭矩扳手和加力扭矩扳手，并编制了防脱落变牙型防松螺母的使用说明等相关资料，使防脱落变牙防松螺母技术从生产、应用、管理形成了一个完整的系统工程。

　　3防脱落变牙型防松螺母的应用标准及使用说明3.1环境环境温度。不经电镀处理的螺母：-50丈~+300弋；经电镀处理的螺母：-50弋~+230弋。

　　环境状况。螺母不宜用于有腐蚀性的环境中。

　　3.2螺纹连接副的强度匹配为保证螺纹连接副中应力达到其保证载荷或屈服载荷时，不发生螺纹脱扣，应满足规定选取相适应的外螺纹件与之配合，见表1.表1螈纹连接副的强度匹配内螺纹性能等级相配的外螺纹件性能等级5.8级及其以下8.8级及其以下注：不推荐经热处理的变牙型锁紧防松螺母与性能低于8.8级的外螺纹件相配3.3螺纹连接副的精度匹配变牙型锁紧防松螺母，其螺纹精度均为6H以上，为了正常发挥其锁紧防松性能力，要求相配用的外螺纹件螺纹为6g或5g. 3.4安装方向变牙型锁紧防松螺母的螺纹是有方向性的，故在使用时务必认准方向无iVS标记的面为螺母支承面，外螺纹件必须从支承面方向拧人。否则其锁紧能力将不及普通螺纹螺母的水平。

　　3.5安装力矩变牙型锁紧防松螺母其锁紧防松功能必须在承受载荷后才能显现，故在使用时必须使螺纹连接副带处于受力状态，且其载荷必须是足够的，否则将不能起锁紧防松作用。

　　表2是推荐的变牙型锁紧防松螺母的预紧力。

　　表2变牙型锁紧防松螵母预紧力性能螺母规格等级在润滑状态下，应按规定的预紧力控制安装扭矩，见表2，安装扭矩按下式计算：m'为扭短系数由试验确定；P为预紧力，kN；d为螺栓的螺纹规格，mm.矩，见表3.该表所列的推荐矩值是建立在理论基础上结合应用力矩时的因素计算的结果。

　　建议在使用变牙型锁紧防松螺母时在润滑状态下安装并选用推荐力矩之上限，扳手应使用精度较高的，使用便利亦能控制的力矩扳手。变牙型锁紧防松螺母的保证载荷和推荐安装力表3变牙型锁紧防松螵母保证载荷及安装力矩（在润滑状态下）保证载荷安装力矩91卜保装载荷17.2/安装力矩保证载荷安装力矩5卜保证载荷安装力矩4扭矩扳手的开发及使用方法4.1扭矩扳手的开发为了适应变牙防松螺母的应用和推广，开发了TL型预置扭矩和加力扭矩扳手，从200 4.2扭矩扳手的使用方法根据螺母的规格和安装力矩，设定扳手的扭矩值，设定扭矩值时，将扭矩扳手自带的六方调节钥匙插人扳手尾端，然后旋转，调节标尺刻度线至需要值时拉出。

　　在扳手头上装上相应套筒，并套住紧固件，再在表面上缓慢用力，当拧紧到发出信号“嗒”的一声（已达到预紧扭矩值）止，（下转第70页）蒙面，平衡杆等采用了空心钢管，门框结构为可拆门的数量，提高民风门安全的可靠性，而且还降低了式，各大件之间均采用标准螺栓连接，同时配以定位材料费、人工费、维护费，从长远看具有良好的经济销和定位梁来保证风门安装时的可靠性和准确性。效益。

　　2压力平衡式风门的推广应用3几点建议针对风门的性能特点，建井期间在井下主要进回巷之间安装使用了长治科安有限公司的压力平衡风门，并从风门的材料构筑、施工难易程度、漏风程度、开启力等多项指标与传统木质风门进行了实测比较，从表1中可以看出压力平衡风门完全能够满足安全要求，不仅有效地改善了通风条件，减少了风由于该风门为异向开启，使用初期易造成车辆撞坏风门现象，因此在投入使用初期，要做好职工的培训工作。

　　要进一步完善风门前后的阻车自动保护装置，有效阻挡跑车，以免撞坏风门。

　　表1木质风门与压力平衡风门的性能差异项目木质风门压力平衡风门墙体厚度/mm每平方米断面用砖/块施工难易程度需要构筑正反向风门，较难较易开启难易程度困难容易密封情况单面密封双面密封漏风情况/%隔风情况反向风门隔风双向隔风，不用设反向风门运行情况门面受迫击较重，维护困难双向无迫击情况，运行平衡风门强度矿冲击性较差耐冲击，整体强度高关闭效果自动关闭较差自动关闭（上接第55页）完成紧固操作。

　　4.3对刮板蝈母的紧固方法首先给螺栓杆涂润滑油，用扭矩扳手先紧固中间螺母，再紧固两边螺母。

　　**遍紧固完成后，再从中间螺母开始紧固第二遍。

　　4.4防脱落变牙防松刮板用螺母紧固周期防脱落变牙防松刮板螺母投入使用，**次按力矩要求紧固一遍后，设备运行第二天*迟第三天用七天时间紧固第二遍；再用七天时间紧固第三遍，使用一月后检查螺母是否有松动现象，发现有松动的需再次紧固，以后每月检查一次。

　　5应用效果加装了防脱落尼龙圈的M24变牙防松螺母，于2005年10月在潞安集团司马矿1101综采工作面的后部SGZ800/800刮板输送机的刮板上进行了应用，此次应用完全按照标准和使用说明对螺母进行管理，首次紧固后第二天开始紧固第二遍，第八天开始紧固第三遍，M24和M30螺母各选择100做为测试目标，每月检查测试一次，每次用精度较高的可调扭矩扳手对螺母残余扭矩进行测试，测试结果，见表表4防脱落变牙型防松朽母检测情况表松动情况检测日期MM-8安装残余扭矩残余扭矩平均值10月4日11月10日12月17日1月17曰2月17日3月17日4月18日5月18日6月15日6结语防脱落变牙型防松螺母的研制成功，填补了国内煤机行业空白，缩短了国内与国外的技术差距，为我国重型总裁设备解决了动态紧固的难题，降低了事故发生率，提高了开机率，减轻了工人的劳动强度，推进了机电设备管了标准化进程，具有广泛的应用前景。