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460個零件、耐80度溫差,中國高鐵的“風火輪”如何煉成?

來源:界面新聞 發布時間:2018-12-12 22:07 點擊:

記者|莊鍵

編輯|張慧

“運行正常”。

有一段時間的每天半夜或第二天凌晨,戚墅堰所總經理王文虎的手機都會收到同事發來的這樣一條短信,這是他每天最想得到的消息。

“每次看到短信,心里就踏實一些。”王文虎回憶說。那時是2010年,戚墅堰所研制的首批齒輪箱開始試裝在型號為CRH380A的動車組上,這些列車將以最高300公里的時速在中國的高鐵網絡上飛馳。它們更為人熟知的名稱是“和諧號”動車組。

戚墅堰所研制的齒輪箱是高鐵的核心部件之一,它負責將電機產生的動力傳送到列車的輪對上,驅動“和諧號”高速行進。通常,一列8節車廂編組的高鐵列車需裝配16個齒輪箱。

當時,這項技術被歐洲和日本廠商壟斷,其中,德國的老牌齒輪箱供貨商包括福伊特、弗蘭德、采埃孚等,日本則有東洋電機等。中國大部分齒輪箱需從海外采購,價格昂貴。

王文虎清楚,如果首批試裝在“和諧號”上的齒輪箱出現任何問題,不但可能會釀成巨大事故,戚墅堰所的齒輪箱國產化計劃也將就此告終。好在,他所擔心的事情并沒有發生。

戚墅堰所的全稱為中車戚墅堰機車車輛工藝研究所,地處江蘇省常州市。成立于1959年的戚墅堰所隸屬于原鐵道部,此后劃入了南車集團,在南北車合并后,又成為了中國中車的全資子公司。

早先,戚墅堰所是鐵路體系內唯一的材料工藝研究所,負責開展材料工藝研究和應用。這些技術通常難度較高,又十分重要。因此,行業內流傳著這樣一句話,“有難題找戚墅堰所”。

戚墅堰所的齒輪箱國產計劃誕生于2009年,它向當時的鐵道部提出申請,希望承擔“和諧號”動車組的齒輪箱國產化項目。次年1月,戚墅堰所與日本東洋電機簽署了齒輪傳動系統的技術轉讓合同,雙方合作包括設計、制造、檢驗及維修等方面,戚墅堰所為此派遣了項目組成員前往日本學習。

彼時,中國鐵路正在經歷第六次大提速。與此前的五次提速不同,鐵道部不再著眼于在既有線路上加快列車行駛速度,而是寄希望通過新建高速客運專線,實現跨越式發展,逐步將最高運行時速從200公里提升到350公里。由此,中國鐵路邁入了高鐵時代,從2004年起,中國高鐵技術的發展路線由自主研發轉為“引進、消化、吸收、再創新”。

對于戚墅堰所而言,齒輪箱并非完全陌生的領域。上世紀90年代,中國鐵路行業尚在探索國產高鐵列車的可能性時,戚墅堰所就在研發這一列車關鍵零部件,并實現了批量供貨。在王文虎看來,這也是戚墅堰所承擔“和諧號”齒輪箱國產化項目的優勢和機遇所在。

一套齒輪箱由大大小小460多個零件組裝而成,包括齒輪、箱體、軸承及潤滑機構等在內,生產過程頗為復雜。就齒輪的制造而言,從原材料鍛造到熱處理、精加工,共需經過接近30道工序,整個生產周期約兩個月,而這只是齒輪箱的一個零件而已。

2010年底,在引進消化日本技術的基礎上,戚墅堰所的首批國產化齒輪箱研制完成,成為了唯一能為“和諧號”提供該產品的國內供應商。

齒輪箱生產車間,圖片來源:中車戚墅堰所首批齒輪箱試安裝成功后,戚墅堰所開啟了量產并不斷擴大市場占有率。現在,每十臺高鐵列車上,就有七臺安裝了該公司的齒輪箱產品。

中國高鐵的另一個重要里程碑出現在2013年。這一年,國內高鐵網絡的通車里程數首次突破1萬公里。同年,被命名為“復興號”的中國標準動車組正式立項。

如果把“和諧號”理解為高鐵技術國產化的產物,“復興號”則定位于高鐵技術引進后的“再創新”,并實現自主知識產權。

在“復興號”立項之初,戚墅堰所就參與到前期的頂層設計過程中,負責提供自主研發的齒輪箱產品。“復興號”設計時的首要原則,是供應鏈的本土化。

研制新一代齒輪箱面對的首要問題,在于如何幫助“復興號”在中國遼闊的高鐵網絡上穩定運行。隨著中國高鐵版圖的延伸,“復興號”需要克服海拔、溫差等多重因素的考驗。

根據2017年發布的《鐵路“十三五”發展規劃》,到2020年,中國高鐵的總里程規模將達到3萬公里,南北縱穿廣州至哈爾濱,東西橫貫上海到烏魯木齊。

戚墅堰所當時試圖解決的難題之一是:“復興號”一天內需從零下40度進入到零上40度的環境中,它能否適應這樣的極劇變化?

與“和諧號”相比,“復興號”的車速每小時提高了50公里,最高時速可達400公里每小時,并要在此基礎上繼續保證乘坐高鐵的舒適性。在高鐵列車持續高速運行的情況下,齒輪箱如何保證可靠性也是一大挑戰。

“比如,從北京到廣州要開八個小時,(高鐵列車)長時間一直跑是非常累的。”王文虎稱。

這意味著齒輪本身的性能、齒輪間的嚙合、齒輪箱的密封可靠性都需再進一步。戚墅堰所為此研制了智能組裝生產線,保證齒輪箱組裝過程中的力度、方向和時間的標準化,從而讓產品更為可靠。比如,工人使用的智能扳手能根據電腦所設置的數據輸出扭力,使齒輪箱上每一個螺栓都達到所需要的松緊度。

齒輪箱生產車間。圖片來源:中車戚墅堰所

2017年,“復興號”在經歷三年多的研發后正式投入運行。

這款高鐵列車所裝配的齒輪箱中,九成由戚墅堰所自主研發并生產。今年,將有近1萬套齒輪箱從該研究所的常州工廠下線,其中一半以上供應給了“復興號”。

身為戚墅堰的總經理,王文虎也開始思考新的課題,比如,如何借助新技術,摸清高鐵齒輪箱在運行過程中的參數變化規律,從而預判其可能在何時出現故障,并提前介入保養和維修。

這樣的做法,使齒輪箱能夠達到平穩運行30年或2400萬公里的預期壽命。在行業內,這一理念被稱為產品的全生命周期管理。

在中國的高鐵列車上,目前有超過2萬套戚墅堰所生產的齒輪箱處于運行狀態,它已經成為這項關鍵設備的國內最大供應商。“追求高可靠性和高安全性,(高鐵齒輪箱)往后路的還很長。”王文虎認為。

責任編輯:途小二

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