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“齿轮”转动中国高铁

2018-01-08 11:33 来源:科技日报

  中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司项目负责人王文虎

  国产380A齿轮箱

  中国高铁,从无到有,再到今天的“世界速度”,俨然成为中国制造的一张“金名片”,它正以超乎想象的速度呼啸而来,改变着中国,同时也震撼着世界。

  然而,中国高端装备崛起的背后,也面临着核心关键部件落后的掣肘。齿轮传动系统是高铁能量转换与传递的核心部件,其工作性能的好坏直接影响到高铁列车运行的可靠性和安全性,也是高铁列车跑出“世界速度”的关键所在。

  有这样一支项目团队,通过自主技术创新,为高铁跑出“世界速度”真正保驾护航——他们就是由王文虎作为项目负责人带领的中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司。该公司完成的“高铁列车用高可靠齿轮传动系统”项目成功获得了2017年国家科技进步奖二等奖,在轻量化、振动和温度控制技术方面处于国际领先水平。

  齿轮——高铁的核心部件

  中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司(简称“中车戚墅堰所”),是中国轨道交通装备基础材料、基础工艺、基础零部件的专业研发机构及我国轨道交通关键核心零部件研发及产业化单位。

  作为国家技术创新示范企业、国家高新技术企业、江苏省创新型企业,中车戚墅堰所建有国家级企业技术中心、国家级博士后科研工作站、国家认可的实验室,4个省级工程中心、2个院士工作站等研发平台。曾获国家科技进步奖12项(一等奖3项),省部级奖励120余项。

  中车戚墅堰所作为我国铁路6次大提速中关键核心零部件技术攻关和产品开发的承担主体之一,为我国铁路大提速作出了突出贡献,跑出了相对时速840公里的超高速度,促使了中国轨道交通站在世界的顶峰。

  那么,关键核心零部件对于高铁列车到底意味着什么呢?

  “齿轮传动系统是高铁列车动力传递的核心部件,其工作性能直接决定了高铁列车运行的可靠性和安全性。”王文虎介绍道,长期以来,我国高铁列车用齿轮传动系统完全被德国和日本公司所垄断。并且,由于缺乏对我国高铁列车运行工况的针对性研究,进口齿轮传动系统在运营过程中出现了批量的润滑油乳化发黑、轴承烧损、润滑油渗漏等惯性质量问题。这不仅增加了高铁列车的制造成本,制约了关键零部件的国产化进程,更事关民生安全,使我国高铁走向世界的战略面临严峻考验。

  “相较国外已有高铁,我国高铁因南北温差大、跨度广、速度高、长时间运行等复杂多变工况,对齿轮传动系统的温度控制、振动、可靠性等都提出了更为苛刻的要求。”王文虎如是说。

  为解决束缚高铁发展的国际性难题,在国家、部委科技计划支持下,王文虎作为负责人,带领中车戚墅堰所充分发挥在齿轮传动方面的技术优势,与大连理工大学、北京工业大学密切合作,另辟蹊径,用创新的机械结构和多学科综合优化方法,围绕温升、振动、集成设计以及可靠性等方面开展技术攻关。项目重点开发了CRH2、CRH380A等型号高铁列车用齿轮传动系统,并实现批量应用,产品覆盖了时速160—350公里全速度等级国内全部车型和全部高铁线路,建立了国内重要的高铁列车用高可靠齿轮传动系统研发和产业化平台。

  “高铁列车用高可靠齿轮传动系统”项目,不仅获得授权专利 91 件(发明专利52件),发表论文30篇、专著1篇,还制定行业标准1项、企业标准6项,软件著作权2项。依托项目技术,实现了京沪、武广、郑西、哈大等中国高速铁路线路、中国各型号高速动车组全覆盖,在我国新造高铁列车中占比为70%,项目产品已逐步代替进口产品,并取得了显著的经济社会效益。

  创新——打破国外垄断

  创新是一个民族的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,更是科技进步的源泉。只有自主创新,才能拥有自己的自主品牌,打破国外垄断,走向世界。

  中车戚墅堰所,正是在创新的道路上永不止步。在“高铁列车用高可靠齿轮传动系统”项目中,创下了多项创新纪录。

  在跨热带到寒温带的巨大温差条件下运行,是中国高铁的一大特点。中国东北冬季列车启动时,齿轮箱温度低于-40℃,而南方夏季环境温度则超过40℃,温差相差80℃之大。因此,必须做出良好的温度控制,才能同时适应各种情况。针对这些问题,王文虎带领团队开创性地提出基于记忆合金流量调节的温控技术,开发了油量调节装置并通过记忆合金对温度的响应,形成对润滑油流动的控制,确保低温时提供足够油量保证轴承和齿面润滑,高温时降低润滑油量减小搅油损失,解决了高铁齿轮箱低温启动和高速工况下温升控制相矛盾的难题。

  技术创新的最大意义在于应用。依托项目技术,团队成功开发了CRH380A、CRH380B、CRH6 等车型高铁列车齿轮传动系统,实现了京沪、武广、郑西、哈大等中国高速铁路线路、中国各型号高速动车组全覆盖,运用里程最长的超过300万公里。此外,自主研发的两种型号中国标准动车组齿轮传动系统已实现装车运行,并于2016年7月15日以超过420公里的时速在郑徐高铁线路交汇,相对时速超过840公里。

  通过项目研发团队的技术攻关,解决了齿轮传动行业最前沿的振动、温升等国际性难题,促进了我国高铁列车整体技术水平的提升,使中国高铁的“世界第一速度”真正成为可能。基于此,“高铁列车齿轮传动系统”也成为国家《三基产业“十二五”发展规划》中最具标志性成果,促进了我国高端关键基础零部件进入国际领先行列。

  初心——砥砺前行

  “得一良将才,胜百连城壁”。一个团队成绩的取得,离不开每一位成员的努力,更离不开团队核心领导者和管理者的付出。身为中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司总经理,王文虎在多年的实战磨砺中,敏锐把握国家战略需求和世界科技发展趋势,在企业管理创新、科学技术创新中不断取得重要成果。

  从助理工程师到工程师再到教授级高级工程师,从设计师到主任再到总经理,王文虎在专业领域已经摸爬滚打了整整30年。这30年来,王文虎脚踏实地,每一步都踩得结实。正是这一步步认真走来,铸就了今天中车戚墅堰所的辉煌成绩。

  身为我国机车车辆传动系统、制动系统和材料工艺的学科带头人之一,王文虎取得的成绩有目共睹——

  作为第一完成人,他承担的“高铁列车高可靠性齿轮传动系统研发及产业化”项目获第四届中国工业大奖,并获得首届中国好设计金奖;作为主要负责人参与的“时速250公里动车组高速转向架及应用”项目,获得国家科学技术进步一等奖,该成果已应用于京广、京沪等9条共计6003公里的主要干线,平均缩短旅客旅行时间30%—40%,大幅度提高了客运能力,推进了区域经济协调发展,取得了巨大的经济和社会效益。

  他主持的国家科技支撑计划项目“高速列车牵引传动与制动系统”,完成了CRH2型车与CRH3型车齿轮系统的样机研制,形成350km/h高速齿轮传动系统的产品设计平台和仿真平台,建成400km/h高速齿轮传动系统试验平台,并形成我国首个高速齿轮传动系统智能制造基地。

  30年来,王文虎在专业领域创下的成绩不胜枚举。近年来他获得国家科技进步奖一等奖、二等奖各1项,铁道学会科技进步奖二等奖2项,上海市科技进步奖二等奖1项,并获“国务院政府特殊津贴”“中国铁道学会学科带头人”“茅以升铁道工程师奖”等荣誉称号。2013年被评为常州市明星企业家,同年被评为江苏省科技企业家;2014年获第十二届“詹天佑科学技术奖突出贡献奖”。

  但他从未满足,只有“运筹帷幄之中,才能决胜于千里之外”。“我国高速铁路装备虽然已逐步达到国际领先水平,但是相比于德国、日本、法国等发达国家起步较晚,特别对齿轮传动系统来说,自主化产品装车运营虽已经超过6年,但积累的产品运行数据、故障数据仍然较少,需要完善更多工况条件下的数据库积累,以便于进行更准确、高效的故障预测和诊断。”王文虎说,当前,横贯欧亚大陆的“一带一路”倡议正稳步推进。而作为经济运行的大动脉,高铁将成为推动“一带一路”倡议相关国家和地区贸易与人员往来便利化、实现经济融合的重要工具和助推器,“高铁走出去”也成为必然。

  为了进一步响应我国“一带一路”倡议和“高铁走出去”战略,王文虎表示,目前正在进行俄罗斯高铁(极寒工况)、美国新泽西高铁(超重载)等项目的开发。在项目成果的基础上,他们将克服更大的挑战,进一步开展极寒、超重载等特殊工况下产品的适应性研究。

  不忘初心,坚守笃信。王文虎和中车戚墅堰所正一起砥砺前行,为中国高铁崛起全力以赴!

(责任编辑:王蔚)

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