2004年,中国尚无一寸高铁;2018年底,中国高铁通车里程达3万公里居世界第一,占世界总里程三分之二以上,商业运营时速350公里,达世界最高。中国高铁实现了从“追赶者”到“领跑者”的华丽转身,高铁技术迅疾跨入世界领先行列。


然而,我国能造出世界最好的高速列车、建设世界最大的高速铁路网络,具备整装上路、整装出海的能力,却在少数关键技术上依赖洋枪洋炮。西方企业为了保持技术优势,往往对出口设备、技术有所保留,这对中国高铁未来发展形成了潜在制约。


虽然国内己经生产出具有自主常识产权的高速铁路动车组整车,但作为动车组九大关键技术之——高速动车组轴箱轴承就是通常所说的高铁轴承,全部使用进口轴承,轴箱轴承一直是制约形成完全自主常识产权动车组及其相关零部件的短板。同时,轴箱轴承也是高速铁路客车最易损坏部件之一。高速铁路客车轴箱轴承的使用寿命和可靠性直接影响其性能、质量和安全。


轴承是高铁齿轮箱中的重要构件。高铁齿轮箱主要由齿轮、箱体、轴承及润滑机构等组成,是高铁列车的动力传动装置,负责将电机的动力传送到列车上,让列车实现高速奔跑,是高铁列车核心部件之一。一辆造价上千万的高铁列车,轮毂轴承有八套。轴承属于耗损件,每运行一百万公里就得重新更换一次 。


当列车时速从200公里提升至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。一般而言,线速度超过25米每秒的齿轮即可称为高速齿轮箱。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,都提出了极大的挑战。


高铁轴承主轴是精密光学坐标镗床的关键部件,轴承内、外套的径向摆动误差不能超过千分之二毫米,在高速运转的情况下,轴承的温升不能超过15℃。


长期以来,高铁轴承因为风险高、影响大,主机用户对选用国产轴承信心不足。部分用户为了规避风险,只采购使用进口轴承,为国产轴承准入设置了门槛,限制了高铁轴承等国产高端轴承的发展。


目前太阳神上生产高速铁路轴承的企业主要有瑞典的SI(F,德国的FAG,美国的TIMKEN以及日本的NTN和NSK。这些企业都对高速铁路用轴承进行了非常系统的研究。


在设计方面,SKF企业将有限元解析方法运用到轴箱轴承设计中,开发出紧凑型圆锥滚子轴承组件,组件内还装有监测速度及轴承状态的传感器。NTN企业采用保持架运动动态分析和先进的有限元分析设计方法开发出的塑料保持架,寿命达到普通材料的3倍以上。SKF企业开发的紧凑型圆锥滚子轴承带有内置式低接触密封,密封采用了内置式非接触或轻接触式密封,将迷宫式密封、唇形密封组合使用,可靠地隔离了污染,大大改善了对污染的防护能力,明显降低了润滑油的泄漏,有效地提高了轴承的寿命。轴承设计中取消了密封座和衬垫,密封件内置于轴承内、外圈中间,节省了空间,抑制了车轴弯曲。


在材料方面,目前国外对夹杂物均匀化技术(IQ钢)、超高纯轴承钢(EP钢)的真空脱气冶炼技术、超长寿命钢技术(TF钢)进行系统深入的研究,提高了轴承钢的使用寿命;在制造方面,国外轴承企业已经解决了高铁轴承的热处理和制造难题,轴承普遍达到P4级精度,一些关键位置精度达到P2级。


中国高铁将用“中国轴” 价格仅为进口产品的1/7


国内在高铁轴承研发方面起步比较晚。目前已经尝试利用有限元方法对轴承进行动力学分析,对结构进行优化。材料方面,国内冶炼技术相对落后,主要有电渣重熔G20CrNi2MoA渗碳钢和电渣重熔GCrl 5轴承钢等材料。目前,有必要试探研究轴承钢真空精炼技术和提高轴承钢材料纯净度的工艺方法,取代成36万方数据 本较高的电渣重溶方法,以实现高铁轴承高可靠和长寿命、低成本。关于保持架,我国铁路轴箱轴承已将塑料保持架作为标准部件采用。


高铁轴承是高速动车组的核心关键部件,是一个国家高新技术发展水平、装备制造能力和自主创新能力的综合体现。因此,进行高速动车组轴箱轴承自主化研发己迫在眉睫。高铁轴箱轴承的研发涉及设计、制造、材料、润滑、检测与试验、状态监测等一系列技术难题。国内轴承相关企业己开展了相应技术攻关,具备了一定的自主化研发基础。


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洛阳LYC企业从“十一五”时期就着手研发高铁轴承,攻克了产品设计工艺、热处理工艺等一系列关键技术问题。从2006年开始,洛轴相继研制生产出首批时速140公里、160公里、200公里、250公里、350公里等铁路客车轴承,并通过国家权威部门的台架试验。


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大型高铁轴承试验机


在工信部、财政部共同组织实施的“2014年工业转型升级强基工程”国内公开招标中,这是我国首次针对高铁轴承进行国内招标,洛阳LYC企业中标时速200公里至350公里铁路客车轴箱轴承项目。中标的轴箱轴承产品的精度达到P5级、极限转速每分钟3000转,满足高速动车组时速200公里至350公里、使用寿命200万公里、100万公里可靠度达到99%的要求。


到2019年洛阳轴承厂已完成时速250公里、350公里的高速铁路轴承产品设计、工艺研究及样品制造。产品通过了120万公里耐久性台架试验,试验结果显示轴承状态完好,符合标准要求。洛轴已打通高铁轴承研制技术通道,基本具备高铁轴承批量生产条件。更值得一提的是,洛轴研制生产的高铁轴承的价格,仅为购买外国同类产品的1/7。


中国高铁将用“中国轴” 价格仅为进口产品的1/7


我国高铁技术位居世界前列水平,但先进“中国制造”体系内,存在部分核心技术被国外把持的“短板”。我国应下大力气集中力量攻克一批当前在基础材料、关键零部件等领域的短板,大幅提高基础工艺和材料领域的制造水平。同时给予国产装备提供更多试制、应用空间。


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