紧固装置的制作方法

专利名称：紧固装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在有接收能力的垫托物中的螺纹紧固装置，以及用来改进这些装置在有接收能力的垫托物中的啮合的一些方法，所述有接收能力的垫托物是木材、塑料或可接纳螺钉的合成材料;本发明还涉及在经过一阶段使用后的孔中恢复螺钉啮合，所述孔是用螺钉在上述垫托物材料中做出的。本发明是随着解决铁路道钉(通常所说的螺纹道钉)的螺纹问题而发展起来的。下文将对它的此项应用作出专门介绍、但是可以确信，本发明的应用范围决非只限于此。
本发明涉及螺旋构件的改进或者说变形，所述螺旋构件适于嵌入一种垫托物之中，它在我们的欧洲专利号EP-B-188490中曾被披露过。
在早期应用中，螺旋构件沿其全长具有相同的横截面尺寸，并且做成一个内直径从顶端到底端稍微逐渐变细但角度不变的螺旋，所以，它的外直径也稍微逐渐变细。然而，在早期也出现过多种螺旋线直径不变的安排。
所述螺旋线或者说螺旋构件的螺旋具有三角形横截面，三角形的顶点朝外，侧壁是直的，底面是平直的或箭头状的。在能大批生产的产品中底面弯曲，大体上呈椭圆形。螺旋的下端拐入并越过中心线，然后再回头沿中心线向上，从而构成一个传动支杆。
将该螺旋构件安装在一个嵌入工具上，就能把它嵌入枕木的孔洞中，所述嵌入工具有一个外表面螺旋沟槽和一个中心线孔，螺旋构件就套在所述沟槽中;另外，当螺旋构件被完全拧到嵌入工具上时，螺旋构件的中心线传动支杆就安置在所述孔中。在这种情况下，嵌入工具上的一个靠近该孔的肩部成为传动凸缘，于是这个组件就能很容易地拧到枕木的孔洞中。然后再反方向转动嵌入工具，就能把螺旋构件留在孔洞中就位。这种构思十分有效，能把软金属(例如铝)螺纹构件紧密地嵌入孔洞中，因此也被本发明采用。
对先前的文献进行调后发现了一些被推荐用于加强木材或金属内部孔洞的嵌入物。在DE51016〔亚当斯(ADAMS)，1889〕、DE-C-126935〔托莱尔(THOLLIER)，1901〕、DE-C-144331〔托莱尔(THOLLIER)，1902〕、US 730585〔托莱尔(THOLLIER)，1903〕、GB 21852/1905〔法林顿(FARRINGTON)，1906〕、巴克豪森(BARKHAVSEN)等人写的“现代铁路建设”第23页(C.W.Kreidet's Verlag出版，Wiesbaden 1908)、US1011392〔托莱尔(THOLLIER)，1911〕、GB-A-179144〔阿尔茨(AARTS)，1923〕、NL21113〔克洛依德(KLOET)，1930〕、DE 588968〔斯特莱德(STREIT)，1933〕、GB-A-449916〔斯特莱德(STREIT)，1936〕US 2150876〔卡米尼兹(CAMINEZ)，1939〕、US 2520232〔伯莱少(BEREZA)，1950〕、FR-A-990787〔斯特莱德(STREIT)，1951〕、GB 759302〔赫里柯尔(HELICOIL)，1956〕、LU-A-39292〔卡美(COMER)，1960〕、DE 1016066〔赫里柯尔(HELICOIL)，1958〕、GB1289718〔纽曼(NEUMANN)，1972〕、GB2048739〔米特(MITE)，1980〕、EP 0090698 A〔奥塔鲁(OTALU)，1983〕以及GB 2184808〔穆梯克利(MULTICLIP)，1987〕中均介绍过这样的嵌入物。
在EP-B-188490中介绍的产品具有优良的性能，但是，在铁路承载很大的一些情况下，甚至要求枕木的老孔洞得到更好的加强。经过仔细的观测和调查之后我们发现，第一位的影响在于螺旋构件和螺纹道钉之间的纵向相对运动。
借助于仔细地重新设计螺旋构件的横截面，我们已经减少了这一影响。仅仅加大螺旋构件的底部面积是不够的，还必须克服嵌入时附加的摩擦力，并在不过分增加螺旋构件质量的情况下改变其形状。这些目的已经通过下述方法达到重新设计螺旋构件，使得在螺旋道钉拧入已嵌入木材中的螺旋构件期间，构件跟螺纹道钉最初只有点接触。
本发明提供一种用来增加螺钉拔出阻力的螺旋构件，所述螺钉由硬质材料制成，并被接纳在一个由螺钉接纳材料制成的物体的孔洞中，所述接纳材料是一种比螺钉材料软的材料;所述螺旋构件呈圆柱形或朝一端逐渐变细，螺旋构件的一端或小端(当它逐渐变细时)向内弯折，以便形成一个传动支杆，所述支杆适合与一个能插入所述螺旋构件内侧的嵌入工具啮合，从而使所述螺旋构件能从底端开始拧入所述孔洞之中，其特征在为，制成螺旋构件的材料的硬度小于螺钉的硬度，但大于螺钉接纳材料的硬度;并且螺旋构件的横截面大体呈三角形，三角形的底面朝向所述螺旋构件的中心线，三角形的侧面则朝外远离所述中心线并连接成一个顶点;所述顶点可是锋利的，或者稍钝一些，或者是圆形的;所述底面是弯曲的，并且伸出呈翼状或者说呈超出侧面的隆起物形状;所述侧面是平直的或者弯曲的，而所述翼部是圆形的。
在顶点附近，所述螺旋构件的侧面最了是平直的。
所述螺旋构件的侧面最好向外弯曲，融合到所述翼部之中。
翼部的末端确定螺旋构件横截面的总长度，从顶点经所述总长度的中点再到底边的线段确定螺旋构件横截面的高度或者说径向长度，而从顶点到底边的距离被称作中线。螺旋构件横截面最好是相对中线对称的。而两个翼部最好具有相同的形状和尺寸。大多数铁道螺纹道钉的螺齿，其一个面对于螺纹道钉的半径倾斜15°，另一个面倾斜45°，所以构成一个大约60°的角。
一些螺纹道钉的螺齿上表面角度较小，而另一些螺纹道钉的螺齿下表面角度较小，为数甚少的螺纹道钉螺齿上下表面角度相同，均为30°。
根据本发明的螺旋构件最好具有下列特征横截面的最大轴向长度(ALm)与半高轴向长度(AL0.5，即与从横截面顶点到底边的中线的中点垂直的长度)的比值ALm/AL0.5超过1.9∶1，并且最好是至少为2.0∶1，例如至少为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，也就是说在2.0∶1至7∶1范围内，但最佳范围是2∶1到5∶1，例如2∶1至4∶1或者2.2∶1至3.5∶1。
所述轴向长度与给定高度的比例关系最好满足下列需要ALm/Hm＞AL0.5/H0.5＞AL0.25/H0.25此外，H0.5、H0.25和Hm分别是从顶点到所述中线中点、到所述中线四分之一处以及到所述中线上轴向长度最大的一点处的长度，而AL0.25是四分之一高轴向长度，即与从横截面顶点到横截面底边的中线的四分之一处垂直的长度。
作为本发明的一种最佳实施例，螺旋构件的翼部具有较为复杂的形状，使它能退让和弯折，以便与所述螺纹道钉的齿侧处于啮合状态。翼部最好还设有凹口装置，该凹口装置最好是面朝外地朝着离开螺旋构件底面的方向伸出。所述凹口装置可以是每个翼部一个或者多个，它促成翼部的退让和弯折，使翼部与螺纹道钉啮合。所述凹口可以呈“V”形、“U”形或者其它横截面形状。未变形的翼部可能是张开呈球形并且向后伸出的，即远离螺旋构件横截面的顶点向底面伸出，而且可能伸到与底面相同的水平甚至超出。
凹口装置的中心线可能是远离螺旋构件横截面的中线向外伸出，而不是朝着或平行于该中线伸出。这样的结构容易挤压出具有坚固形状和尺寸的横截面。而且在仍然提供良好啮合的同时，这样的结构在螺纹道钉完全拧到家的情况下也只产生较小的螺纹道钉嵌入阻力。
本发明还提供由一个螺纹道钉以及一个根据本发明的螺旋构件组成的成套组件，其特征为，所述螺旋构件的相邻圈安装在所述螺纹道钉的相邻螺齿之间，并且所述螺旋构件翼部尺寸使它能分别压在所述相邻螺齿的倾斜的上、下表面上。
这使螺旋构件能与任何一种螺纹道钉配合使用，并且具有下述优点螺旋构件的螺旋横截面可做成与中线对称的形状。然而，本发明对于它是否精确对称或者说真正对称完全不加限制;一个翼部可做得伸出更多或者比另一个翼部更厚，或者两个或一个翼部可做得较薄并且伸出更多。
螺旋构件的螺旋底表面最好是在螺纹道钉相邻螺齿之间留出根部间隙，至少在螺纹道钉开始嵌入螺旋构件时是如此。
如同在EP-B-188490中一样，螺旋构件是用比垫托物材料硬但比螺纹道钉材料软的材料制成的，所述垫托物材料可以是桃花心木、红柳桉树木或作为铁路木轨枕典型用料的软木;而所述螺纹道钉材料通常是铸铁或钢。螺旋构件的材料也可以是比硬黄铜软一些的线材。典型的适用材料是硬度跟早期应用中介绍的铝合金硬度具有同一数量级的材料。
螺旋构件的第一适用材料为铝合金HE9。符合BS 1474 No.6063 TF的这种铝合金具有以下性能值0.2%弹性极限应力值为160MPa(兆帕)，拉伸强度为185MPa，断后伸长度为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，其余为铝。
有希望被采用的其它合金牌号及其物理性能在表1中列出。
表1合金牌号 0,2%弹性极限应力值 拉伸强度 伸长率MPa MPa %HE9-6063TB 70 130 14HE30-6082TB 120 190 14HE30-5083O 125 275 13HE9-6063TE 110 150 7拉伸强度在130-275MPa范围内以及伸长度为7-14%的其它材料也有希望适用。
我们还发现，螺旋构件应该用这样的材料来制造，它硬到足以嵌入硬如桃花心木软如轨枕软木的木材，同时又软到(或者说可延展到)足以与螺纹道钉的螺齿形状相符，从而不会产生跳齿现象。
可以相信，螺旋构件实际上被螺纹道钉的螺齿和它被迫嵌入的木材夹紧;当拧入螺纹道钉时，为了与螺齿相符，螺旋构件实际上需要能被螺齿挤压或拉长。
此外，螺旋构件满出木材孔洞表面，因而能与螺纹道钉相符这一事实有助于达到在该孔洞中牢固啮合的目的。
当拧入螺纹道钉时螺施构件看来似乎向下旋入枕木约3/4圈，但有时螺旋构件也可能产生一些伸长。我们还不能准确地说出其机理，但是已经发现，在采用低碳钢螺纹道钉以及枕木常用木材(硬的或软的)的情况下，上文提到的铝合金能工作得很好。
具有与这些铝合金相似的硬度和压延性、韧性、延展性或者说伸长性能的其它材料(不一定金属)也可望得到使用。
本发明能以千变万化的方式投入实际使用，下面结合附图以举例方式对本发明螺旋构件的几个专门实施例以及一种工具进行介绍，其中

图1画出一个木轨枕的局部纵向剖面，并且还以纵向剖面形式画出一个早先的紧固装置的底部区域，该紧固装置嵌在一个老孔洞之中;有一个螺纹道钉已经松动并从此孔洞中取走，再用这个老螺纹道钉部分地拧回到这个孔洞中;中心线21左侧的一半道钉没有画出，所以整个的金属螺旋构件能在这一侧显示出来;在右侧还示意地画出了木材缩进之后的表面(这张图也是我们原先的专利EP188490 B1的图1，本专利与其密切相关并在此基础上进行改进);
图2是一张正面图，画出EP 188490 B1的嵌入工具以及一个根据EP 188490 B1而且缠绕在所述工具上的螺旋构件，该螺旋构件已被全部拧入枕木之中，并且嵌入工具正处于开始拧出之前的状态，所述嵌入工具将把螺旋构件留在孔洞中，从而为嵌入螺纹道钉作好准备;
图3类似于图1，但比例比图1、2大得多，它画出一个螺纹道钉的一些部分，该道钉正准备被拧进作为本发明第一实施例的一个螺旋构件之中;
图4类似于图2，但比例与图3相同，它画出嵌入工具的一部分以及作为本发明第一实施例的螺旋构件的一圈;
图5也类似于图1，但比例与图3相同，它画出已经全部拧入的螺纹道钉以及作为本发明第一实施例的螺旋构件，该螺旋构件已被迫进入轨枕的木材并已变形，以便与螺纹道钉的螺齿相符;
图6类似于图4，但比例较小，它示意地画出根据本发明的一种经过变形的螺旋构件从插入阶段到最后阶段向外推动的范围;
图7类似于图6，表示螺旋构件是怎样与螺纹道钉相符的;
图8至12涉及本发明螺旋构件的第二实施例。
图8是一种挤压成形的带状物的横截面，螺旋构件就由这种带状物卷绕而成;
图9是所述带状物剖去中段后的立体图，图中的带状物已经过卷绕之前的初加工阶段;
图10是该带状物在卷绕之后的横截面，并显示用卷绕法怎样把翼部做得更象钩状或者说角状;
图11是类似于图2的横截面图，但只画出两圈螺旋构件;
图12类似于图5，但画出两圈螺旋构件;图11、12比图8比例稍小。
在EP 188490中曾详细介绍过图1，此处编入其披露的内容作为参考，故使用相同的参考编号。
首先参见图1，此图的右半画出一种英国螺纹道钉20的纵向剖面，线21是该道钉的中心线。道钉的根部22从顶部到底部逐渐变细，根线23连接相邻圈之间的每个根部的最低点，并与中心线21倾斜成一个角度。常见的锥度是4英寸(10.2cm)道钉螺纹部分长度缩小1mm，但也有一些螺纹道钉是不带锥度的。根部22支承着与枕木啮合的单螺旋形的螺齿26。所述螺齿具有一个上面27和一个下面28，上面27与螺纹道钉纵向中心线21的夹角A约为70°，下面28与该中心线的夹角B约为30°。
螺齿26从根线23伸出一个距离(即径向深度或者说高度)29，其值为3.1mm左右，更常见的是2.5-3.5mm。
在一些其它国家中使用的螺纹道钉与英国所用螺纹道钉的精确尺寸不同，但是它们具有相似的数量级。那些国家所用的螺旋构件进行过变形，以便具有与螺纹道钉相同或者类似的相互关系。
当螺纹道钉20第一次拧进枕木的木材时，木材35与道钉的根部和螺齿的表面完全一致。而在使用一个阶段之后，其状态如同图1右半所示。在使用前原本接触或者紧靠根部22的木材表面36已经收缩离开根部22，而原本接触螺齿上面27的木材区域也已经十分严重地缩回。木材这种形式收缩的准确原因尚不知晓，可能是处于松动过程中的道钉螺齿，迫使木材离开道钉的根部，也可能是由于水渗入木材和金属螺纹道钉之间，造成木材的腐蚀或者说腐朽所致。该专利申请通过试验观测到当螺纹道钉被拧紧到与初始紧度大致相同的紧度时，就可以认为得到充分的紧固，然而，从装配处拔出螺纹道钉的阻力已经大大减小，通常只有其初始值的25%，当然一个直接拉力与螺纹道钉和枕木在使用期间产生的力并不相同，但是，看来好象紧紧地固定在枕木中的螺纹道钉的这种改变是令人惊叹的。
英国螺纹道钉通常全长7.5英寸(19cm)，一些专门用途的螺纹道钉稍长，例如是8英寸(20.3cm)螺纹段逐渐变细，与无螺纹杆接触处直径为0.95英寸(2..41cm)，底端直径为0.88英寸(2.24cm);所述无螺纹杆约2.2英寸(5.6cm)，在使用中由一个塑料套包裹，塑料套穿过轨座直至一个平底圆顶的凸缘，凸缘的平底通过塑料套将压力施加在轨座上。这种螺纹道钉的头部为正方形。
这种螺纹道钉一般用低碳钢制成，表面可镀锌以减少使用中的腐蚀。螺距通常为0.5英寸(1.3cm)，螺齿的角度和高度前文已经提到。
根据我们原先专利的一个螺旋构件140的第一实施例如图1所示，图的右半是它的剖面图，而图的左半是它的正视图。此螺旋构件具有一个非环行的等边三角形横截面，该等边三角形包括边171，172和173，其中的一个边173(内边)通常与线145平行;所述线145与中心线21倾斜，而且倾斜角度大于螺纹道钉根部线23的倾斜角度。边173提供一个内压力面。这个内压力面173顶住位于相邻螺齿之间的道钉根部22，从图1中可以看出，内压力面173沿着螺纹道钉纵向的尺寸与根部22的长度相同或者稍大。
三角形顶点174提供一个面朝外的凸起，从而形成一个切入孔洞壁的切削刃口，以便沿径向向外嵌入老螺槽的原质木材之中，达到加强紧固的目的。在这个实施例中，螺旋构件的径向高度或者说中线175(与中心线垂直的距离)，从内压力面173到顶点174是5.2mm。
图1所示横截面中有一个6单位长的最大轴向长度(ALm)以及一个3.25单位长的半高轴向长度(AL0.5)(即垂直于从顶点174到底边173的中线175的中点的长度)。因此ALm/AL0.5的比值为1.9∶1。
在嵌入孔洞之前，螺旋构件底圈内直径约为1.5-1.6cm。
从底部开始拧入螺旋构件140时，螺旋构件趋向于拉紧，因而缩小螺旋的直径，所以，即使是在已经松开并取下(即拧出)螺纹道钉的情况下，也有助于螺旋构件在浅螺槽中的定位，因而留在枕木的孔洞壁中。
在图1中螺纹道钉处于重新插入一部分的状态，它的下端(图中的60)已经靠近但尚未接触螺旋构件40的最后一个整圈。图中只画出中心线21右边的一部分道钉以便有利于在中心线左边显示螺旋构件40的圈的形状。当螺旋道钉全部嵌入位于枕木中的三角形横截面螺旋构件时，螺旋道钉的一个塑料套将杆的无螺纹段与轨座隔开，根部22迫使每个圈都向外进入老的浅螺槽使之加深，从而将此紧固装置嵌在轨枕的木材之中。螺纹道钉的螺齿也在螺旋构件每圈之间的木材段36上切割出一个新的螺槽61(见图1)。
我们已经发现，在完全嵌入状态，这样一种组件的拉出力约为3吨(采用软木轨枕时)或6吨(采用硬木轨枕时)，也就是说，拉出力已大体上得到恢复或者是已至少恢复到孔洞周围木料的强度。
螺旋构件可用下法做出先用挤压之类方法制造出符合需要的带状物(在图1所示的实施例中边171、172和173的长度均为6mm，径向高度175为5.2mm)，然后将它缠绕到一个所需直径的心棒上。当然，为了获得靠近心棒的平直内压力面，这个三角形截面带状物不还必须盘旋成螺旋状。
由于外顶点174处延伸，围绕心轴缠绕挤压出的带状物会改变后者的横截面，因此，在延伸之后径向高度会缩减约5-10%或5-15%。
在缠绕前三角形金属带状物的长度为20.5英寸(52cm)，为了产生七个内直径约2.5cm的顺时针方向的圈，首先必须在它的两端之间顺时针均匀缠绕1 1/2 圈(540°)。由于心轴带有锥度，螺旋构件逐渐加大，其底圈内直径为1.5-1.6cm，顶圈内直径为1.7cm。
曾对用铝合金HE9制成的上述螺旋构件作过弹性效应试验。当构件140的顶端被夹持，并附加一个120磅(54.5公斤)的重物时，在1秒钟内伸长1.75英寸(4.45cm)，载荷保持10分钟，卸载一秒钟内长度恢复为5.5英寸(14cm)，(从夹钳底部至螺旋构件底部的原始长度为11.4cm)，可见，螺旋构件的中心线长度显著地增加了。
符合BS 1474 No.6063 TF的这种合金具有以下性能值0.2%弹性极限应力值为160MPa，拉伸强度为185MPa，断后伸长度为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，其余为铝。
图2画出一个螺旋构件以及一个根据我们原先专利的嵌入工具，本发明的螺旋构件也使用相同类型的插入工具。图2与EP188490的图4相同，其说明也同样适用于图2，因此编入作为参考，并使用相同的参考编号。
嵌入工具50的形状相当于一个经削减变形的螺纹道钉，所述道钉将借助于螺旋构件嵌入用旧的枕木之中。因此，方形头160和圆形凸缘161不需改变，而杆162可加以调节，使直径稍微减少，以便保证自由地穿过轨座，并且杆162与螺齿第一圈的连接处也可调节到足以防止它与孔内壁相碰的程度。
将螺齿拧到锥形面164的沟槽165中，此锥形面的锥度比所用螺纹道钉的锥度大。也就是说，当嵌入工具的内直径为13至17或者14至18mm时，螺纹道钉的锥体内径为16-17mm，其中下限值为位于螺旋底部的值。在每个锥形面之间都做出一条矩形沟槽165，沟槽的轴向长度最好是1/4英寸左右(6.3mm或7mm)(与本发明螺旋构件配合使用时要加长)，以便在每圈螺旋构件的任何一侧形成间隙，使螺旋构件在工具上较为松动，也就是说，每个沟槽的适当轴向长度是螺旋构件每圈最大轴向长度(即5mm)的101%，或105%，或110-120%，或130%，即115%左右。
每个矩形沟槽的深度约为5/64英寸(2mm)。
螺旋构件140的下端具有一个传动支杆180，所述螺旋构件下端先向内转弯到该构件的纵向中心线上，以便形成一个转入段201，然后上弯回到所述中心线位置，再向螺旋构件中心线正上方伸出大约一圈的长度，最后形成一个轴向尾部182。传动支杆尾部182的横宽约为6mm，嵌入工具底端有一个轴向孔166，此孔对于螺旋构件的传动支杆轴向尾部来说具有一个接近然而自由的配合，也就是说，此孔的直径可以是7mm左右。孔166在轴向比传动支杆的尾部182长。嵌入工具的底端也有一个从孔166伸出的、大体呈径向延伸的肩部167。此肩部与螺旋构件传动支杆端部的转入段201接合，并且最好做成圆的，以保证韧性的螺旋构件传动支杆不被嵌入工具的硬质金属切断。
所述尾部和轴向孔的最小长度值在保证所需性能前题下尚不知晓，但是，它们相互之间必须具有这样的长度和直径，以至于在螺旋构件完全嵌入孔洞、构件上端位于枕木表面下方(因此它就被锁住定位在枕木之中;如果没有这种锁定，顶圈就会伸出，螺纹道钉进入螺旋构件将十分困难)之前，能产生足够的夹持作用，以防止肩部167将尾部182从轴向孔166中拔出。
当嵌入工具停止转动时，螺旋构件上部各圈与嵌入木材的端部的摩擦效应能防止螺旋构件松动展开。
值得注意的是，如果没有上述的夹持或者说摩擦啮合，尾部182将会从孔166中被拔出，于是，由于螺旋构件最佳材料的延展性，构件将会变形到与嵌入工具的沟槽165相符，从而停止被拧入，最后，嵌入工具将会仅仅是转动穿过静止的螺旋构件进入孔洞。
图3以截面图形式画出了根据本发明的螺旋构件横截面的第一最佳实施例。此截面大体上呈三角形，此三角形的顶点具有一个面朝外的凸起174，此三角形的底面提供一个推力面173。在缠绕到心轴上之前的挤压成形状态，所述螺旋构件的高度或者说径向深度为6.1mm;而在缠绕之后，此值缩减(如同上述)为5.7mm左右。
该三角形的两个底角向外凸出，形成局部椭圆形或者说卵形的翼部或者说隆起部190和191。它们平滑地向下弯曲，以各自的后面192与底边173相接。底边173也呈弯曲的形状或者说卵形。此外，并以各自的外面193与侧壁171和172相接。
也可采用其他的形状或比例，但是结果应是产生一个大体呈蘑菇形的横截面。
因而，侧壁171、172可以是全长弯曲的;171和172的夹角也可比图上所画的小些或大些。在174处的角度为30-65°被认为是最合适的。
所画的顶角174是锐利的，但是对于某些木材来说，它又可以是迟钝的或者说圆的。
该横截面相对于一条从顶角到底边中点的连线而言是对称的，这意味着，这个挤压而成的横截面能以两者之间的任何一个方向围着心棒缠绕，从而形成螺旋构件。但是，相对于一条通过从顶角到底边中点的线的中点、并且与底边平行的线而言，该轮廓是不对称的。
从图3中可以看到，翼部190和191的尺寸是经过选择的，其结果是，它们分别接触螺纹道钉相邻螺齿28和27的倾斜表面，这种接触基本上发生在单独的地点194和195;而该横截面的弯曲底边不接触螺纹的根部22。
这样做的目的在于减少道钉拧入期间的摩擦力，并且在螺齿之间提供足够的螺旋构件金属，以便增加完全装毕后的紧密度。
图3所示的横线面具有一条长11.6单位的最大轴向长度ALm，还有一条半高轴向长度AL0.5，即与从顶点174到底边173的中线的中点垂直的长度，此长度为5.0单位。所以，比值ALm/AL0.5等于2.3∶1。而虚线所示轮廓的比值ALm/AL0.5等于2.4∶1。
这些比值比图1所示横截面的比值1.9∶1大得多。
螺旋构件的尾部182最好压缩成一个更圆的形状或者修整一下，以便保证它适合进入工具50内部的轴和孔洞166。
图4画的是螺旋构件140安置在嵌入工具50中的情况，构件的弯曲底边173支撑在平面164之间的沟槽165的底面上。
可以看出，螺旋构件140的翼部190和191之间的长度小于沟槽165的轴向长度。沟槽165的轴向长度比图2所示的长，而平面164相应地短了。
图5画的是螺旋构件140已被推入枕木的老沟槽中，而螺纹道钉20的螺齿26已在枕木的表面36上做出新的沟槽61。翼部190和191已经产生变形，它们的外面193比在图1中更靠近木材35的表面36，并且它们的后面192与倾斜面28、29的啮合范围很大。弯曲的后面173也变得与螺纹道钉的根部22十分一致。
其结果是，螺纹道钉20与螺旋构件140之间纵向相对运动的空间大为缩小。
一些铁道线，如英国西区(English Western Region)的铁道线采用较大的孔洞36，因此，在这里，挤压件的径向高度175为7.4mm(三角形是等边的，在缠绕后径向高度缩减为6.9mm)。作为一种变形，将传动支杆尾部182做得较细，横宽约为5.7mm，因此不需要改变嵌入工具就适于安放在工具的孔166中。
图3、4和5中所画的虚线轮廓就是用于这些大尺寸的螺旋构件的。
用于很硬的木材时，螺旋构件的高度可做得比在这几张图中实线轮廓更小些。
有一些螺纹道钉的根部不是平的，而是浅弯的，最佳螺旋构件的延展性对它的变形十分有利，于是在螺纹道钉嵌入期间，螺旋构件就形成与所述浅弯根部完全相符的面接触。
图6示意地画出边缘70、轨座72的孔71、嵌入工具50上的平面164、以及装在工具50上的螺旋构件140的点174之间的相互关系，从虚线75可以看出，顶点174恰好位于孔洞71的边缘70的木材中。
与图3、4和5中的螺旋件相比，图6中的螺旋构件140更加具有变形的蘑菇状。表面171和172之间的角度较小，但这些表面却更长。标号23是螺纹道钉完全拧入并靠近木材35的表面36时确定的道钉最终根部线。当把道钉拧入已在木材中的螺旋构件时，它迫使螺旋构件及其顶点174由实线所示的位置外移到虚线所示的最终位置。
图6中的实线轮廓具有一条长10.5单位的最大轴线长度(ALm)，还有一条半高轴线长度(AL0.5)，即与从顶点174到底边173的中线的中点垂直的长度，此长度为4.6单位。所以，比值ALm/AL0.5等于2.3∶1。
图7与图6类似，画的是螺旋构件的变形和在增强之前螺纹道钉螺齿在木材中的初始位置。
螺纹道钉的螺齿26的顶点正好达到线75外，因此螺纹道钉能通过孔70。
顶点40和41之间的距离是螺齿26的螺距，
从顶点40、41之间的连线到螺旋构件顶点174的径向距离是相对于螺纹道钉而言，由于采用螺旋构件获得的好处。
翼部190和191已经变形，并与螺齿26的倾斜表面28、27以及根部22形状相符。
线45周围的横阴影线表示的区域是危险区，它位于被螺齿26占据的初始沟槽周围，螺齿的初始位置47用虚线画出。
现在参见图8，与图1-7中相同的零件在此图中采用同样的参考编号。
图8画出直接挤压出的铝合金带状物的横截面，如上所述，螺旋构件就是将它缠绕在一根心棒上做成的。
图9是该铝合金带状物的切去中段后的立体图，铝合金带状物的一端300已经过切割并且向下弯折，以便形成一个坚实的端部，此端部将成为传动支杆182;另外，此端部是向内弯折，也就是说是绕着线段(ALm)朝着内面或者说底边210弯折的。将这个内弯端插入心棒的一个轴线孔中并使带状物保持在心棒上，同时往心棒上卷绕它，就能制成螺旋构件。
心棒远离有孔端的另一端最好扩张成喇叭形。这个喇叭形部分使螺旋构件的内部形成一个向外的锥形，于是它的敞开顶端扩大了。为了适应这种内直径的增加，同时又不增加其外直径，螺旋构件的外面必须切去一部分，其做法是沿着铝合金带状物的顶点切出一个斜面301，如图9所示。
再参见图8，图中顶点标号为174，平直侧壁的标号为171。
翼部200和201的形状与图3中的翼部190、191不同。
此外，螺旋构件挤压成形带状物的后面210也与图3中的后面不同。
后面210具有一个弯曲的或者说椭圆形的中心部分211，它在212、213处终止，并伸出两个直线部分214、215，这两个直线部分最好与中线垂直。然后，这两个直线部分向外伸出，在240、241处弯成圆形，构成球状部分217和218，这两个球状部分向后延伸到与弯曲部分211的中心大约处于同一水平上。最后，球状部分217、218继续弯曲延伸，形成适于顶住螺齿26的倾斜面27、28的弯曲外面220、221。
横截面的球状部分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形的中心线229、230从凹口底部开始并相对于中线175向外倾斜;这些凹口构成了沿着螺旋构件长度(也就是说进入图纸的方向)延伸的沟槽。
然后，螺旋构件的表面从凹口的内边232、233顺着曲线140、141延伸到侧壁171和172。
当把螺纹道钉20拧入螺旋构件时，两个翼部向中线175退让，导致翼部绕区域240、241弯折。后面的212、240和前面的140之间的区域形成翼部200的一个颈;与此同时，后面的213、241和前面的141之间的区域也形成另一翼部201的一个颈部。
当螺旋构件的横截面侧边是直线时，在给定的宽度处量测沿着中线的不同高度，宽度与高度的比值将保持不变。也就是说AL0.5/H0.5＝AL0.25/H0.25＝ALm/Hm，此处H0.5是从顶点到中线175中点的长度;H0.25是从顶点到中线175四分之一处的长度;而Hm是从顶点到中线175上一个点的长度，所述中线175上一个点使轴向长度为最大值。
对于图1中的横截面而言，这些比值均为1.2。
对于图3中的横截面而言，这些比值为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。
对于图6中的横截面而言，这些比值为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。
对于图8所示的横截面而言，这此比值为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。这些比值由于顶点变圆而失真了;将AL0.25处的侧壁拉成直线使顶点呈点状就能消除上述失真，此时这些比值分别成为1.9∶1;1.3∶1和1.3∶。
因此，根据本发明的螺旋构件，其特征为，最好具有下述关系ALm/Hm＞AL0.5/H0.5≥AL0.25/H0.25。
为了减少量测误差，在量测之前应将螺旋构件横截面放大到(ALm)至少为5cm的尺寸。
对于本发明螺旋构件的一种实施例而言，当围绕心棒缠绕图8所示的挤压成形带状物时，安排使翼部或者说角状物200、201朝着顶点174向上卷曲，造成形状的变化。
向上卷曲的量可以改变，如果需要也可以取消。
然而在图10到12所示的实施例中，向上卷曲被加以利用。
从图10可以看出，外边缘224已经变薄，并向上加长超过了点233。但凹口的深度并没有增大，其结果是边缘224更象一个挂钩。仔细检查一根枕木(这种形状的螺旋构件已在使用后从该枕木中取出)，就会发现木材中有三个凹口，主要的一个凹口是由顶点174形成的，而在其两侧的两个较小凹口是由224和223造成的。这种三重锁紧的效果至少发生在螺旋构件的最靠近顶端(即远离传动支杆)的那些圈上，往下越远可能越不明显。
图11画出了轨枕的木材表面310以及表面311，其中，表面310是螺纹道钉嵌入之后立刻形成的，而表面311是在磨损发生之后形成的。此图还画出了在嵌入工具被取走之前，以及在螺旋构件借助了螺纹道钉的重新嵌入而被迫向外进入木材之前，根据本发明第二实施例的螺旋构件的两个圈，它们已支承在老的螺齿槽中并且已套在嵌入工具的沟槽中。图11还表示出保持在嵌入工具50中的螺旋构件的相继各圈是支承在平面164之间的多个沟槽165中的。
图12画出的根据本发明第二实施例的螺旋构件的两个圈已以被迫进入老的螺齿槽并超过老的螺齿槽线311。在图12中还画出了螺纹道钉的两个螺齿26。
螺旋构件向上转动，与木材中的不对称螺槽相符，与此同时翼部或者说角状物200和201朝顶点174进一步弯曲。显而易见，所述转动的准确度数和翼部变形的准确程度取决于原有螺齿槽、螺旋构件以及螺纹道钉的准确尺寸关系。螺齿槽由于磨损程度不同有很大变化，螺纹道钉有一定的公差。此外，螺纹道钉也具有不同的尺寸。
图12要图示和表达的是易于发生的转动和变形的方向，而不是这些运动的准确数量。
螺旋构件的延展性使它自身很容易适应这些变化。
翼部的弯折和变形有助于螺旋构件与螺齿更严密一致，并且还提供了额外的啮合位置，也就是说，两个翼部的变形使它们自身伸长并被迫进入木材。
在图12中还用点划线350表示图8所示的翼部轮廓，用虚线360表示图10所示的翼部轮廓。
应该注意，在螺纹道钉嵌入螺旋构件之前的木材表面(磨损后的表面)用分成几部分的虚线311表示。
新的木材表面用间断的虚线370表示。
权利要求
1.一种用来增加螺钉拔出阻力的螺旋构件，所述螺钉由硬质材料制成，并被接纳在一个由螺钉接纳材料制成的物体的孔洞中，所述接纳材料是一种比螺钉材料软的材料；所述螺旋构件呈圆柱形或朝一端逐渐变细，螺旋构件的一端或小端(当它逐渐变细时)向内弯折，以便形成一个传动支杆，所述支杆适合与一个能插入所述螺旋构件内侧的嵌入工具啮合，从而使所述螺旋构件能从底端开始拧入所述孔洞之中，其特征为制成螺旋构件的材料的硬度小于螺钉的硬度，但大于螺钉接纳材料的硬度；并且螺旋构件的横截面大体呈三角形，三角形的底面朝向所述螺旋构件的中心线，三角形的侧面则朝外远离所述中心线并连接成一个顶点；所述顶点可以是锋利的，或者稍钝一些，或者是圆形的；所述底面是弯曲的，并且伸出呈翼状或者说呈超出侧面的隆起物形状；所述侧面是平直的或者弯曲的，而所述翼部呈圆部。
2.根据权利要求1所述螺旋构件，其特征为，在所述顶点附近，所述侧面是平直的。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋构件，其特征为，所述侧面向外弯曲，融合到所述翼部之中。
4.根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋构件，其特征为，横截面的最大轴向长度(ALm)与半高轴向长度(AL0.5)的比值ALm/AL0.5超过1.9∶1，并且最好是至少为2.0∶1，所述半高轴向长度即垂直于从横截面的所述顶点到横截面底边的中线中点的长度。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的螺旋构件，其特征为，具有下述关系ALm/Hm＞AL0.5/H0.5≥AL0.25/H0.25。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的螺旋构件，其特征为，所述翼部具有的形状使它能退让和弯折，以便与所述螺钉的齿侧处于啮合状态。
7.根据权利要求6所述的螺旋构件，其特征为，所述翼部具有一个颈部，所述颈部位于螺旋构件的翼部未端和主体之间。
8.根据权利要求6或7所述的螺旋构件，其特征为，所述翼部提供一个适于跟所述螺钉的齿侧啮合的球状部分。
9.根据权利要求6、7或8所述的螺旋构件，其特征为，所述翼部设有凹口或者说沟槽装置。
10.根据权利要求9所述的螺旋构件，其特征为，所述凹口或者说沟槽装置朝着离开所述螺旋构件底面的方向伸出。
11.根据权利要求1至10中任何一项所述的螺旋构件，其特征为，所述翼部具有适于咬入所述螺钉接纳材料的尖锐结构。
12.由一个螺纹道钉及根据权利要求1至10中任何一项所述的一个螺旋构件组成的一套组件，其特征为，所述螺旋构件的相邻圈安装在所述螺纹道钉的相邻螺齿之间，并且所述螺旋构件翼部尺寸使它能分别压在所述相邻螺齿的倾斜的上、下面上。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征为，所述螺刻构件底面在所述螺纹道钉的相邻螺齿之间留有根部间隙，至少在所述螺纹道钉开始嵌入所述螺旋构件时是如此。
全文摘要
一种螺旋构件，它能改进螺钉在木材或其它适用垫托物中的紧固，该螺旋构件借助于一个传动支杆，嵌入垫托物的螺槽之中，该螺旋构件的横截面经过多处改进，它大体上呈三角形，并具有两个翼部，所述翼部向外伸出超过该横截面的侧边；还具有一个面朝外的三角形顶点，在翼部压住已嵌入螺旋构件的螺钉齿侧时，所述顶点嵌入老的螺槽之中，从而使紧固得到加强。
文档编号B25B27/00GK1088669SQ93117129
公开日1994年6月29日 申请日期1993年9月2日 优先权日1992年9月4日
发明者雷金纳德·F·莫顿 申请人:莫提克利普有限公司