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460个零件、耐80度温差,中国高铁的“风火轮”如何炼成?

来源:界面新闻 发布时间:2018-12-12 22:07 点击:

记者|庄键

编辑|张慧

“运行正常”。

有一段时间的每天半夜或第二天凌晨,戚墅堰所总经理王文虎的手机都会收到同事发来的这样一条短信,这是他每天最想得到的消息。

“每次看到短信,心里就踏实一些。”王文虎回忆说。那时是2010年,戚墅堰所研制的首批齿轮箱开始试装在型号为CRH380A的动车组上,这些列车将以最高300公里的时速在中国的高铁网络上飞驰。它们更为人熟知的名称是“和谐号”动车组。

戚墅堰所研制的齿轮箱是高铁的核心部件之一,它负责将电机产生的动力传送到列车的轮对上,驱动“和谐号”高速行进。通常,一列8节车厢编组的高铁列车需装配16个齿轮箱。

当时,这项技术被欧洲和日本厂商垄断,其中,德国的老牌齿轮箱供货商包括福伊特、弗兰德、采埃孚等,日本则有东洋电机等。中国大部分齿轮箱需从海外采购,价格昂贵。

王文虎清楚,如果首批试装在“和谐号”上的齿轮箱出现任何问题,不但可能会酿成巨大事故,戚墅堰所的齿轮箱国产化计划也将就此告终。好在,他所担心的事情并没有发生。

戚墅堰所的全称为中车戚墅堰机车车辆工艺研究所,地处江苏省常州市。成立于1959年的戚墅堰所隶属于原铁道部,此后划入了南车集团,在南北车合并后,又成为了中国中车的全资子公司。

早先,戚墅堰所是铁路体系内唯一的材料工艺研究所,负责开展材料工艺研究和应用。这些技术通常难度较高,又十分重要。因此,行业内流传着这样一句话,“有难题找戚墅堰所”。

戚墅堰所的齿轮箱国产计划诞生于2009年,它向当时的铁道部提出申请,希望承担“和谐号”动车组的齿轮箱国产化项目。次年1月,戚墅堰所与日本东洋电机签署了齿轮传动系统的技术转让合同,双方合作包括设计、制造、检验及维修等方面,戚墅堰所为此派遣了项目组成员前往日本学习。

彼时,中国铁路正在经历第六次大提速。与此前的五次提速不同,铁道部不再着眼于在既有线路上加快列车行驶速度,而是寄希望通过新建高速客运专线,实现跨越式发展,逐步将最高运行时速从200公里提升到350公里。由此,中国铁路迈入了高铁时代,从2004年起,中国高铁技术的发展路线由自主研发转为“引进、消化、吸收、再创新”。

对于戚墅堰所而言,齿轮箱并非完全陌生的领域。上世纪90年代,中国铁路行业尚在探索国产高铁列车的可能性时,戚墅堰所就在研发这一列车关键零部件,并实现了批量供货。在王文虎看来,这也是戚墅堰所承担“和谐号”齿轮箱国产化项目的优势和机遇所在。

一套齿轮箱由大大小小460多个零件组装而成,包括齿轮、箱体、轴承及润滑机构等在内,生产过程颇为复杂。就齿轮的制造而言,从原材料锻造到热处理、精加工,共需经过接近30道工序,整个生产周期约两个月,而这只是齿轮箱的一个零件而已。

2010年底,在引进消化日本技术的基础上,戚墅堰所的首批国产化齿轮箱研制完成,成为了唯一能为“和谐号”提供该产品的国内供应商。

齿轮箱生产车间,图片来源:中车戚墅堰所首批齿轮箱试安装成功后,戚墅堰所开启了量产并不断扩大市场占有率。现在,每十台高铁列车上,就有七台安装了该公司的齿轮箱产品。

中国高铁的另一个重要里程碑出现在2013年。这一年,国内高铁网络的通车里程数首次突破1万公里。同年,被命名为“复兴号”的中国标准动车组正式立项。

如果把“和谐号”理解为高铁技术国产化的产物,“复兴号”则定位于高铁技术引进后的“再创新”,并实现自主知识产权。

在“复兴号”立项之初,戚墅堰所就参与到前期的顶层设计过程中,负责提供自主研发的齿轮箱产品。“复兴号”设计时的首要原则,是供应链的本土化。

研制新一代齿轮箱面对的首要问题,在于如何帮助“复兴号”在中国辽阔的高铁网络上稳定运行。随着中国高铁版图的延伸,“复兴号”需要克服海拔、温差等多重因素的考验。

根据2017年发布的《铁路“十三五”发展规划》,到2020年,中国高铁的总里程规模将达到3万公里,南北纵穿广州至哈尔滨,东西横贯上海到乌鲁木齐。

戚墅堰所当时试图解决的难题之一是:“复兴号”一天内需从零下40度进入到零上40度的环境中,它能否适应这样的极剧变化?

与“和谐号”相比,“复兴号”的车速每小时提高了50公里,最高时速可达400公里每小时,并要在此基础上继续保证乘坐高铁的舒适性。在高铁列车持续高速运行的情况下,齿轮箱如何保证可靠性也是一大挑战。

“比如,从北京到广州要开八个小时,(高铁列车)长时间一直跑是非常累的。”王文虎称。

这意味着齿轮本身的性能、齿轮间的啮合、齿轮箱的密封可靠性都需再进一步。戚墅堰所为此研制了智能组装生产线,保证齿轮箱组装过程中的力度、方向和时间的标准化,从而让产品更为可靠。比如,工人使用的智能扳手能根据电脑所设置的数据输出扭力,使齿轮箱上每一个螺栓都达到所需要的松紧度。

齿轮箱生产车间。图片来源:中车戚墅堰所

2017年,“复兴号”在经历三年多的研发后正式投入运行。

这款高铁列车所装配的齿轮箱中,九成由戚墅堰所自主研发并生产。今年,将有近1万套齿轮箱从该研究所的常州工厂下线,其中一半以上供应给了“复兴号”。

身为戚墅堰的总经理,王文虎也开始思考新的课题,比如,如何借助新技术,摸清高铁齿轮箱在运行过程中的参数变化规律,从而预判其可能在何时出现故障,并提前介入保养和维修。

这样的做法,使齿轮箱能够达到平稳运行30年或2400万公里的预期寿命。在行业内,这一理念被称为产品的全生命周期管理。

在中国的高铁列车上,目前有超过2万套戚墅堰所生产的齿轮箱处于运行状态,它已经成为这项关键设备的国内最大供应商。“追求高可靠性和高安全性,(高铁齿轮箱)往后路的还很长。”王文虎认为。

责任编辑:途小二

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