引语
随着科学技术的不断发展,科技成果的转化对我们的日常生活造成的影响也是非常大。在以前,我们很难想象从北京到上海两地只需要5个半小时就可以实现。
而随着高铁技术的不断推广和发展,如今这成为了现实。高铁也逐渐成为了人们远距离出行时最常使用的一种交通工具,毕竟高铁比起火车更加快速,比飞机更加廉价和便捷。
知识点:年10月11日,秦沈客运专线全段建成通车,设计速度千米/小时,为中国第一条高速国铁线路。
仅年,我国通过铁路发送旅客的数量就已经达到了36.6亿人次。可以说,高铁就是目前市面上最为快速和便捷的交通工具了。
中国高铁目前的发展情况在世界上属于领头羊的位置,截止至年年底,我国高速铁路运营的总里程达到了3.79万公里,处于世界第一。
除了解决国内的交通问题之外,我国还积极与其他国家建立合作项目。年6月,中国和俄罗斯确定了从莫斯科带喀山修建高速铁路的项目。
知识点:中国高铁列车不止一种型号:包括CRH1,CRH2,CRH3,CRH5,CRH6a,CRHA(L)CRH2-,CRHC(L),CRHD(L)CRH1-,CRAF,CRBF,CR,TR08(上海磁悬浮列车),中华之星(已进博物馆)等。
可以说,中国的高铁已经成功走在了世界的前端,成为了高铁这个行业的先行者。但是你相信吗?获得如此成就的中国高铁却在一个小小的零件上遭受打击,多年来一直被迫从日本进口。难道中国高铁会被日本掐住脖子吗?
卡住中国高铁的螺母
中国高铁做到今天这样的成就,这与科学家们不懈的努力脱离不了干系。技术的领先也一定代表着更加细致的设计,而这个设计就一定需要一些比较精密的零部件。中国高铁就在这一个精密零部件上栽了跟头,它就是U型螺母。
我们知道,在高铁行驶的过程中,高铁与轨道之间会不断的进行摩擦,而摩擦产生的摩擦力会产生巨大的震动。
知识点:当前标准件(螺栓,螺母)目前的最高级别是螺栓15.9级,螺母15级。
我们日常生活中使用的一般螺母,在遭受这样长期持续的高频率振动之后就会使得螺母回弹,回弹到一定程度之后就会从螺丝上面脱落下来。
因此,在高铁早期的运行过程中,就有着这样一个岗位。这个岗位的工作人员每天的职责就是负责观察高铁上的螺丝和螺母的情况,如果发现了螺母因为振动发生了回弹的情况,就需要马上将螺母拧紧。
虽然这样听起来是一份很简单的工作,但是一旦需要检查的螺丝的量多了起来,再加上枯燥无味的工作内容很容易使人觉得疲累。
所以人工手动对螺母进行检查并不是一个好的选择,那么就有人发出这样的疑问:有没有一种材料或者工艺制作的螺母可以使得螺母与螺丝之间永远连接的严丝合缝,螺母永远不会回弹呢?
U型螺母的前世今生
产自日本的这个U型螺母(日本人造的U型螺母也被称为Hard-Lock螺母)刚好就解决了这个问题,U型螺母由于它的独特特性,又被称为永不松动的螺母。
知识点:Hard-Lock螺母号称给出图纸也无人可制造
这个螺母一经问世,就马上成为了世界上各个国家的宠儿。除了我国之外,英国、韩国、澳大利亚等国家也纷纷采购这种螺母,并将它运用在铁路等需要精密零部件的行业。
U型螺母由日本的哈德洛克工业株式会社研究发明并投入生产的,需要提到的是,这家公司仅仅只有45名员工。一家只有45名员工的公司是如何紧紧把握住世界上几个大国的铁路交通命脉的呢?
知识点:哈德洛克(HardLock)工业株式会社成立于上世纪70年代,主要生产高端“永不松动”螺母,并在该领域占据全球垄断地位,产品被广泛应用于铁路、航空、航天等多个领域。
事实上,早在年就出现了相关的技术。当时,哈德洛克工业株式会社的社长若林克彦在大阪举办的国际工业产品展会上见到了这项技术。
在这次展会上,若林克彦见到了一种叫做防回旋螺母的技术。这种防回旋螺母首次创造性的将一种工程塑料包裹在螺纹上,当螺纹处于缩紧状态时,工程塑料受到挤压时会产生大量的反作用力,而这种反作用力又将反作用于螺纹,增大螺纹遇到的摩擦力。当外界的摩擦力产生振动时,螺纹外摩擦力和螺纹内的阻力互相碰撞,两种力量互相作用,形成了一种微妙的平衡,这样就达到了防止螺母回旋的目的。
这种防回旋螺母首次在大阪的国际工业产品展会上露面之后,就引起了世界各国的注意。它最早被工业生产出来应用在美国早期使用的航天飞机上。
随后,随着技术的发展和成本的降低,美国的部分汽车制造业、手机通讯行业、运动器械等行业广泛运用。可以说,没有防回旋螺母技术的产生,我们现在很多的工业技术成果都无法享受到。
而若林克彦在见到这种技术之后,立马心里头有了灵感。于是他在返程之后,立马成立了项目小组,对防回旋螺母进行拆解和研究。
经过努力,若林克彦终于在防回旋螺母的基础上进一步进行创新,以更加简单的结构、更加低廉的成本制造出了现在我们能见到的U型螺母。在此之后,若林克彦创立了富士精密制造所,专门生产和销售自己研究的这种U型螺母。
知识点:富士精密年开发了专利产品锁紧螺母,预置扭矩型锁紧螺母给螺栓、螺母的松动对策带来了巨大的变革,当时对所有行业都产生了冲击。
虽然制造这种U型螺母的耗时很短,但若林克彦推广这种螺母却花了大量的时间,在第一个U形螺母诞生之后的第二年,若林克彦才成功将螺母推广出去。之后,为了提高销量,若林克彦打出了世界上永不松动的螺母的旗号,以这种口号进行售卖。
果然,在若林克彦喊出这样的口号之后,这种U形螺母果然大卖了。但是好景不长,购买了U型螺母的客户发现这种螺母虽然说是永不松动,但是当它运用在打桩机这种器械的时候,还是会因为机器运作时产生的巨大振动从而使得螺母回旋甚至脱落。而若林克彦的富士精密制造所也因为涉及虚假宣传被购买了U型螺母的客户们起诉,公司随之倒闭。
但是若林克彦没有因为一次的失败就丧失斗志。很快,若林克彦就创立了自己的第二家公司,也就是我们现在看到的哈德洛克工业株式会社。
这一次,若林克彦从建筑方面获得了灵感。他发现,古代传统建筑中常常会用到榫卯这样的构造,如果将榫卯结构运用到螺母上会不会更好呢?
知识点:榫卯是在两个木构件上所采用的一种凹凸结合的连接方式。凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽),榫和卯咬合,起到连接作用。
于是他尝试在一个螺丝上使用凹凸两个形状的螺母,并且在凸型螺母上使用偏心加工的工艺,使得它在螺丝的下方承担一个楔子的作用。而上方的凹型螺母采用圆形加工的工艺,两个螺母的叠加使用,刚好解决了螺母会受到震动之后进行回旋脱落的情况。
因为这两个螺母的叠加使用会构成一个极其稳定的结构,而根据实验数据表面,这种结构在经历近2万次的振动之后仍然保持稳定,没有出现回旋松动的情况出生。这一次,若林克彦真正制造出了用不松动的螺母了,这种螺母一经问世,就被世界各国的铁路项目运用在实际建设上。
但事实上,号称永不松动的螺母也不可能真正永远不松动。真正永远不松动的螺母,人类根本不可能制造出来,就好比永动机永远存在于理论之中,人类是无法实现的。文中的这个永不松动是一个相对的概念,它是指在相同的使用条件下,它的防松动和防回旋能力要比其他的螺母来的更强。
中国真的完全依赖这个永不松动的螺母吗?
上面提到了这个所谓永不松动的螺母的前世今生,也说明了它并不是真正的永不松动。那么中国的高铁事业真的对这个螺母的依赖性有这么高以至于没了它根本不能运转了吗?
事实上,中国早在几百年前就已经研究出了相同结构的零件。若林克彦是受到了古代传统建筑中的榫头结构的启发最后发明了这个螺母,但榫头结构的建筑在中国古代可以说是遍地皆是。
知识点:榫卯是我国劳动人民智慧的结晶,含而不露,透露着儒家思想的平和中庸;内蕴阴阳,相生相克,以制为衡,又闪耀着道家思想的光辉。
以明清两代的皇宫——故宫为例,故宫中的古代建筑大多使用的是榫卯结构。这种结构的优点是它可以承受更大的荷载,而且榫卯结构的建筑在面临巨大的作用力时可以进行小幅度的变形。
尤其是地震的时候,地震带来的振动会被榫卯结构建筑通过变形进行一小部分的抵消,从而减少结构因为振动带来的影响。也就是说,中国从日本进口的这个螺母的结构其实早在年前就被中国人的祖先所发明了。那么现代的中国到底有没有掌握自主研发永不松动螺母的核心技术呢?
知识点:青藏铁路是我国青海省西宁市至西藏自治区拉萨市的铁路,全长公里,是中国新世纪四大工程之一。
年,我国在进行青藏铁路线的建设时,铁路线路需要经过大量的无人区。而无人区的铁路段中所使用的精密零部件就需要做到长时间的免维护,不然要在无人区地段对铁路线进行维护可是一个费时费力的大工程。
在经过科学家不断的实验和努力后,我国成功在美国施必劳放松紧固件的基础上研发出了一种新的放松紧固件。这个紧固件的研究开发和生产完全由中国自主完成,可以说,铁路线段紧固件的放松问题随着这个紧固件的成功生产和运用而被攻克了。
如今已经过去了整整18年,我国自主研发的紧固件仍然没有出现过任何问题。换句话说,青藏铁路线无人区铁路段的安全运行其实早就向世界证明中国已经掌握了可以研究放松的精密紧固件的核心技术。根本不需要再依赖从日本进口的螺母了,也就是说中国在高铁这个行业上根本不可能也不会被日本给卡住脖子。
中国高铁的未来
根据我国年发布的《中长期铁路网规划》,我国将在年到年这个期间规划建设八纵八横的铁路网。
八纵八横铁路网的简称将进一步完善我国四个地区的铁路网,扩大高铁的覆盖面积和覆盖率。而我国将高铁推出海外的项目也在逐渐加多中,中国高铁的影响也即将到达整个世界。
结语
随着中国高铁技术的不断发展和完善,高铁也逐渐成为中国走出国门,走向世界的一张独具特色的名片。目前,中国已经协助俄罗斯、匈牙利、印度尼西亚等国家建设高铁线路数十条。
其中,在匈塞铁路的建设过程中,我国建立了海外首个高铁列车运行控制系统实验室,项目团队依托这个实验室对塞尔维亚当地的信号市场进行了深入调查。而这些国家对于中国高铁技术无一不都是称赞有加。我们有理由相信,在未来的某一天,中国不仅仅在高铁这方面,在其他的科技方面也能走在世界的前沿。中国标准越来越国际化,最终成为世界标准。