高铁突围：关键零部件国产化任重道远
中国高铁技术先进，安全可靠，成本具有竞争优势。
——国务院总理李克强
成绩是喜人的，但我们应该着眼于更远、更高的方向。尽快扭转当前我国“三基”产业发展滞后于主机并被固化在产业链中低端的现状。
——中国工程院副院长干勇
中国南车研制的CRH380A型高速动车组运行在京沪高铁阳澄湖段。
近一段时期，“中国高铁”在国际外交舞台频频亮相，向全世界传达了一个讯号：中国已掌握从高铁的系统设计、技术集成、线路施工到运营管理的成套技术，从部分高铁技术引进国一跃成为成套技术的输出国。
然而，中国高铁技术的持续发展依然存在“隐忧”。某些零部件还未完全实现国产化。究其原因，被称为轨道交通装备“三基”的基础零部件、基础工艺和基础材料的发展步伐“滞后”于整机的迅猛发展。
2011年11月，国家工信部印发《机械基础件、基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》。《规划》称，经多年努力，我国“三基”产业已形成能满足主机行业“一般需求”的生产体系，但高端“三基”产品却跟不上主机发展的要求，已成为制约我国重大和高端装备发展的瓶颈，并将具标志性意义的20种机械基础件、15项基础制造工艺与12种基础材料列为发展重点。
一场重心下移的“三基”攻坚战在中国制造业悄然打响。已令世界瞩目的我国轨道交通装备行业能否率先“突围”?
11月21日，江苏常州。
由中国工程院与中国南车联合主办的我国首届轨道交通装备制造“三基”技术创新论坛在此间举行，干勇、刘友梅、王立鼎、饶芳权、钟掘、谭建荣、郭重庆、丁荣军等数位院士悉数到场。
“‘三基’产业之所以跟不上主机发展步伐，主要是产业技术基础仍然薄弱，共性技术研究体系缺位，基础型与共性技术研究弱化，新产品、新技术的推广应用困难等所致。”中国南车总裁刘化龙开门见山，直陈要害。
以一辆8节编组的CRH380A高速动车组为例，其上的零部件数以万计，加工精度是否一致，工艺水平是否先进，材料寿命是否合格，都直接影响着整机的性能、质量和可靠性。在一个已实现全球化采购的时代，竞争更加激烈。
中国工程院副院长干勇引述分析报告指出，与美、德、日等工业发达国家相比，我国制造业总体上的差距不小。要支撑起世界领先的高铁技术和产品，其难度可想而知。
尽管如此，轨道交通装备行业仍被各路专家寄予厚望。肯定成绩，正视差距，“固本强基”，率先“突围”，成为与会专家的普遍共识和共同心愿。
“‘三基’技术的完善是高铁‘走出去’战略取得成功的基础保障。”前有总理积极推介，后有院士专家团队支持，刘化龙深感责任重大。“我们必须围绕轨道交通高端装备配套需求，以提高机械基础件性能、可靠性和寿命为主攻方向，以先进、绿色制造工艺为开发重点，以发展高品质结构材料和工艺材料为基础，加快“三基”技术创新和产业发展。”
每秒70米，国产高速齿轮传动迎大考
“齿轮箱里的齿轮以每秒70米的线速度飞速旋转，不允许有任何误差。”在位于常州市戚墅堰区的南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司(以下简称戚墅堰所)车间里，总经理王文虎指着生产现场自主研制的CRH380A型齿轮箱告诉记者。
常州是我国两大齿轮产业聚集区之一。1959年，在这里诞生了戚墅堰所的前身——原铁道部戚墅堰铸工工艺研究所，2000年成为中国南车集团旗下专攻机车车辆制造工艺的研发机构，2008年股份制改造，其生产的动车组齿轮传动装置是目前唯一的国有品牌。
高速列车齿轮传动装置由齿轮、箱体、轴承及润滑机构等组成，就好比列车的“关节”，把牵引动力传送到车轮上带动列车飞速奔驰。一般而言，线速度超过25米每秒的齿轮即可称为高速齿轮。当列车时速从200公里提升到380公里时，从动齿轮的线速度将从每秒35米跃升至每秒70米。如此高的转速，对齿轮本身的性能、齿轮间的啮合、箱体的密封可靠等，都提出了极大挑战。
据CRH380A型齿轮传动装置项目组技术负责人王文涛介绍，小齿轮(主动齿轮)最难的是修形精度，大齿轮(从动齿轮)最难的是热处理工艺。此前从CRH1到CRH380，“和谐号”各型高速动车组已装车的齿轮，均从欧洲和日本进口，或仅在我国进行组装。
为尽快研制出国产高速齿轮，戚墅堰所诚邀我国著名精密机械专家、大连理工大学王立鼎院士加盟。“能为我国的高铁事业做点事”，王老十分高兴。他多次前往该所，指导齿形设计，并协助开展可靠性分析，提出工艺改进建议。最终，小齿轮的修形精度达到了CRH380A的精度要求。
为提高齿轮的抗疲劳强度，戚墅堰所又针对渗碳淬火工艺和渗碳模拟技术展开攻关，将大齿轮的渗碳层深推进到了7毫米，而且采取的是与日本住友等垄断企业不一样的工艺技术。
铸造是一门古老的手艺，但对于高速齿轮箱来说，却不啻为一项复杂的系统工程。“像热处理、焊修、清理打磨、磁粉探伤，每道工序都直接影响着铸件质量，必须做到‘无缝’连接。”戚墅堰所铸造技术工程部主任徐贵宝告诉记者。
据介绍，齿轮箱的材料有铸铁、铸钢和铸铝三种。戚墅堰所曾先后研制出球墨铸铁、铸钢齿轮箱。为满足高速列车的轻量化要求，近年来该所研发出与欧洲ZLALSi7Mg性能相当的高强韧度材料铸铝101，在此基础上全面掌握了铝合金齿轮箱铸造技术。和日本新干线动车组上的铸钢齿轮箱体相比，重量减轻了65.6%。
记者查阅文献发现，高速运转下的齿轮将改变箱体内的空气压力分布，形成局部正压区和负压区，齿轮飞溅出来的润滑油与箱壁剧烈碰撞，在箱体内形成油雾，在高压区极易渗出箱壁，对齿轮箱的密封性能提出了更高要求。
上世纪90年代初，时任项目组组长的周平创造性地将“锥面泵油”和“重力回油”的原理引入密封系统的设计中，发明出一种非接触式机械迷宫密封结构，解决了当时发达国家也非常难“啃”的高速齿轮箱润滑密封难题。
这之后，密封技术继续改进。21世纪初，戚墅堰所主持国家产业化项目“时速270公里高速动力车动力转向架传动齿轮箱”的研制，研制的齿轮箱顺利通过时速达400千米的高速牵引动力试验，运行平稳、密封可靠，终于实现在380公里列车时速、每秒70米线速度下润滑油的“零”泄漏。
据了解，目前包括31种小件、小齿轮、大齿轮、箱体、箱盖在内的齿轮传动装置均已陆续装上CRH380A，接受运行考核。小齿轮已完成运营考核里程超过200万公里，大齿轮也已于今年开始装车。一旦考核通过，将率先实现高速动车组齿轮传动装置的国产化替代。
“一代主机，一代零部件。”谈到齿轮传动装置的研发历程，王文虎感慨良多，在被主机配套需求高端化“推着”的压力下，“主机和基础零部件的关系，实际上是你推着我，我推着你，唯有坚持不懈自主创新。”王文虎说。
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