1月8日， 一年一度的國家科技獎勵大會在京舉行。 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司（以下簡稱“戚墅堰所”）憑藉“高鐵列車高可靠齒輪傳動系統”榮膺國家科學技術進步獎二等獎。 該成果填補了國內空白， 打破了技術上完全依賴進口的局面， 相比於國外同類產品， 溫升、雜訊明顯降低， 振動得到顯著控制， 實現了產品的國際領先。
“齒輪傳動系統是高速列車動力傳動的關鍵設備， 技術密集度非常高。 在看得見的器件上， 我們實現了中國設計和中國製造；在看不見的技術工藝中， 則奔騰著中國思維和中國創造。
“復興號”在京滬高鐵上書寫“350公里時速”， 標誌著我國成為世界高鐵商業運營速度最高的國家。
齒輪傳動系統是高速列車動力傳動的關鍵設備， 是高速動車組的十大配套技術之一， 對精度和可靠性的要求高， 設計製造難度大， 直接關係行車安全。 “‘復興號’齒輪傳動系統的齒輪以每秒70米的線速度飛速旋轉， 不允許有任何誤差。 ”戚墅堰所資深專家闕紅波介紹， 高鐵齒輪傳動系統由齒輪、箱體、軸承及潤滑機構等組成， 就好比列車的“關節”， 把牽引動力傳送到車輪上帶動列車飛速賓士。 “齒輪傳動系統就像汽車的變速器， 它連著高鐵的輪軸， 400多米長的高鐵要靠它傳動。 正是通過齒間傳遞， 源源不斷地把動力傳到輪對， 才有了高鐵風馳電掣般的速度。
通過齒輪傳動， 很困難嗎？“難點不在功能， 而在高速下的振動和溫度控制， 這兩者都是極其嚴峻的考驗。 ”闕紅波說。 一般而言， 線速度超過25米每秒的齒輪即可稱為高速齒輪。 當列車時速從200公里提升到350公里時， 從動齒輪的線速度將從每秒35米躍升至每秒70米。 如此高的轉速， 對齒輪本身的性能、齒輪間的嚙合、箱體的振動回應等， 都提出了極大挑戰。
“為了保障高鐵的安全， 不管是零下40攝氏度， 還是零上40攝氏度， 不管是雨雪還是風沙， 我們的齒輪箱都必須能夠平穩運行。 ”闕紅波說。 戚墅堰所自2006年開始攻堅齒輪傳動系統， 對材料、熱處理、鍛造等各個環節一一摸索。
我國引進高鐵之初， 齒輪傳動系統從技術到工藝都被外國公司壟斷， 價格昂貴， 成為高鐵列車最“卡脖子”的一環。 為打破國外技術的壟斷， 戚墅堰所在引進國外技術之初就開始了國產化的進程， 並進行了技術再創新。
“一套齒輪傳動系統包括箱體、齒輪、聯軸節等10大部件， 共計95個類別、460多個小零件， 專案組成員們要跨越這460道技術‘門檻’， 難度可想而知。 ”王文虎回憶說， 在引進初期， 川崎重工的總裁大橋忠晴曾勸告我們的技術人員， 讓大家不要操之過急， 先用8年時間掌握時速200公里的技術， 再用8年時間掌握時速350公里技術， 在大橋忠晴看來， 16年時間已經非常快了， 因為當時日本新幹線從時速210公里提速到310公里用了近30年時間。 戚墅堰所針對國內高鐵運行的複雜工況， 對各個環節進行試驗開發， 經過5年時間， 完成高鐵列車齒輪傳動系統全面自主化研製。 在研製過程中， 戚墅堰所多次派員赴日本學習。 專案組成員基本是白天聽課， 晚上翻譯清單， 查找標準，仔細推敲，以便第二天向日本技術人員請教。成員每天只能休息4個小時左右，執著、認真的精神把日本技術人員都感動了。
相較國外的高鐵，中國高鐵特點是在跨熱帶到寒溫帶的巨大溫差條件下運行，中國東北冬季列車啟動時，齒輪傳動系統所處環境溫度低於-40℃，而南方夏季環境溫度超過40℃。此外，中國高鐵跨度廣、速度高、長時間運行等複雜多變工況，對齒輪傳動系統的溫度控制、振動、可靠性等提出了更苛刻的要求。此前，進口齒輪傳動系統在運營過程中出現了批量的潤滑油乳化發黑、軸承燒損、箱體裂紋、潤滑油滲漏等慣性品質問題。
項目進展過程中，戚墅堰所不僅進行了全面的技術消化吸收，更開展了創新性研究，其中最關鍵的就是從動齒輪的研製。戚墅堰所發揮自身材料工藝的優勢和數十年的技術累積，在經歷了反復的研究和數十次的實驗後，最終選用了一種新型的合金鋼材料，熱處理和加工工藝要求更高，性能也比原型產品更好。針對發達國家也非常難“啃”的高速齒輪箱潤滑密封難題，戚墅堰所發明了“迷宮式封閉技術”，哪怕再細小的沙粒也無法進入它的核心空間，影響齒輪的傳動。
通過不斷的自主創新和協同創新，戚墅堰所一舉突破了高鐵列車齒輪傳動系統設計、模擬技術和多目標總體設計優化配置技術，成功解決了鎂鋁輕合金、高強度齒輪用鋼等關鍵基礎材料的開發以及低壓鑄造工藝、雙頻感應淬火熱處理工藝等先進製造工藝等多項技術難題。相比于國外同類產品，溫升降低10℃以上，雜訊降低了11%，振動得到顯著控制，功率重量比提升了10%，實現產品國際領先，改變了我國高端裝備業迅速崛起而關鍵核心零部件支撐不足的局面。
高可靠性保障 速度、安全雙護航“我們生產齒輪傳動系統齒輪和箱體壽命達30年，以每列車每年80萬公里里程計，一套齒輪傳動系統至少要跑出2400萬公里，遠超過國外的標準。”如今，戚墅堰所的產品已逐步替代進口產品，生產線每天生產32台齒輪箱，相當於兩列高鐵列車標準列所需的供應量，目前有超過2萬套產品在中國鐵路幹線安全運行。“研製成功之後大批量的生產是一個更大的挑戰，在時速300多公里的高速狀態下，任何一點瑕疵都可能釀成巨大的事故，所以產品品質要始終如一，這更是‘高可靠性’的體現。”
生產一個齒輪需要多少道工序？據戚墅堰所齒輪傳動事業部製造經理萬捷介紹，僅一個齒輪就需要經過30多道工序，其中光檢測工序就有原材料檢測、超聲探傷、齒形檢測、尺寸檢測等，加工就更多了，像熱處理、焊修、清理打磨、磁粉探傷，每道工序都直接影響著產品品質，必須做到“無縫”連接。零部件的組裝要求也十分嚴苛，力度、方向、時間都是標準化的，每一步操作的動作、移動路線等都精確安排到分秒，還要技術人員反復確認檢查，保證產品品質。
戚墅堰所還逐步建立起國內唯一、國際先進、附加值高的高速動車組齒輪傳動系統產品平臺，實現對關鍵參數的自動調節、自動預警、自動糾正偏差，確保整個生產在預定的軌道上運行。在高速動車組齒輪驅動裝置智慧組裝線上，工位上的顯示幕展示了每個工步的標準工藝操作視頻，精確到每個工步的工作結果、工作時間，實現了工步標準作業的視覺化，有效保證了數萬套高鐵列車齒輪傳動系統產品的穩定性和一致性。
除了這些，還需要持續的堅持和創新。僅2017年，齒輪傳動事業部的一線員工就針對生產流程提出了994條合理化建議，其中針對高鐵齒輪傳動系統箱生產的有350條。在每年春運等客運繁忙時期，戚墅堰所都會派出專業的售後服務隊伍進行包保服務，每天對列車進行“體檢”，確保客運暢通。
產品多級修的檢修結果顯示，戚墅堰所生產的齒輪傳動系統不僅性能良好，並且幾乎沒有損耗。目前平均故障間隔里程7000萬公里，已成為我國軌道交通智慧製造的典範。
面向未來作答 智造“新品”將層出不窮“過去，我們通過技術跟進和學習，加強了自身的基因強化。現在我們正在部署產品全壽命週期的健康管理，通過智慧手段讓產品自己說話，實現智慧診斷和預維修。通過資料收集和分析來加快技術的更新，真正實現在國際上的技術引領。”王文虎信心滿滿。
戚墅堰所作為目前國內唯一的高速動車組齒輪傳動系統開發供應商，和中國高鐵一起經歷了翻天覆地的變化。目前，齒輪傳動系統產品基本成熟，關於產品的改進並沒有停下腳步。現在，中車戚墅堰所的高鐵齒輪傳動系統在國內市場佔有率近70%，覆蓋90%的“復興號”中國標準動車組，出海腳步不斷加快。產品的最新試驗速度已突破每小時500公里，再次刷新了“中國速度”。
“未來，戚墅堰所齒輪箱產品將朝著譜系化、智慧化方向發展，為中國高鐵提供持續的支撐，努力打造成為中國乃至世界的高鐵齒輪箱領域的第一品牌。”面向未來，王文虎還透露，滿足高鐵嚴苛條件的齒輪傳統系統將向風電、重載礦卡以及新能源汽車等領域發展。
查找標準，仔細推敲，以便第二天向日本技術人員請教。成員每天只能休息4個小時左右，執著、認真的精神把日本技術人員都感動了。相較國外的高鐵，中國高鐵特點是在跨熱帶到寒溫帶的巨大溫差條件下運行，中國東北冬季列車啟動時，齒輪傳動系統所處環境溫度低於-40℃，而南方夏季環境溫度超過40℃。此外，中國高鐵跨度廣、速度高、長時間運行等複雜多變工況，對齒輪傳動系統的溫度控制、振動、可靠性等提出了更苛刻的要求。此前，進口齒輪傳動系統在運營過程中出現了批量的潤滑油乳化發黑、軸承燒損、箱體裂紋、潤滑油滲漏等慣性品質問題。
項目進展過程中，戚墅堰所不僅進行了全面的技術消化吸收，更開展了創新性研究，其中最關鍵的就是從動齒輪的研製。戚墅堰所發揮自身材料工藝的優勢和數十年的技術累積，在經歷了反復的研究和數十次的實驗後，最終選用了一種新型的合金鋼材料，熱處理和加工工藝要求更高，性能也比原型產品更好。針對發達國家也非常難“啃”的高速齒輪箱潤滑密封難題，戚墅堰所發明了“迷宮式封閉技術”，哪怕再細小的沙粒也無法進入它的核心空間，影響齒輪的傳動。
通過不斷的自主創新和協同創新，戚墅堰所一舉突破了高鐵列車齒輪傳動系統設計、模擬技術和多目標總體設計優化配置技術，成功解決了鎂鋁輕合金、高強度齒輪用鋼等關鍵基礎材料的開發以及低壓鑄造工藝、雙頻感應淬火熱處理工藝等先進製造工藝等多項技術難題。相比于國外同類產品，溫升降低10℃以上，雜訊降低了11%，振動得到顯著控制，功率重量比提升了10%，實現產品國際領先，改變了我國高端裝備業迅速崛起而關鍵核心零部件支撐不足的局面。
高可靠性保障 速度、安全雙護航“我們生產齒輪傳動系統齒輪和箱體壽命達30年，以每列車每年80萬公里里程計，一套齒輪傳動系統至少要跑出2400萬公里，遠超過國外的標準。”如今，戚墅堰所的產品已逐步替代進口產品，生產線每天生產32台齒輪箱，相當於兩列高鐵列車標準列所需的供應量，目前有超過2萬套產品在中國鐵路幹線安全運行。“研製成功之後大批量的生產是一個更大的挑戰，在時速300多公里的高速狀態下，任何一點瑕疵都可能釀成巨大的事故，所以產品品質要始終如一，這更是‘高可靠性’的體現。”
生產一個齒輪需要多少道工序？據戚墅堰所齒輪傳動事業部製造經理萬捷介紹，僅一個齒輪就需要經過30多道工序，其中光檢測工序就有原材料檢測、超聲探傷、齒形檢測、尺寸檢測等，加工就更多了，像熱處理、焊修、清理打磨、磁粉探傷，每道工序都直接影響著產品品質，必須做到“無縫”連接。零部件的組裝要求也十分嚴苛，力度、方向、時間都是標準化的，每一步操作的動作、移動路線等都精確安排到分秒，還要技術人員反復確認檢查，保證產品品質。
戚墅堰所還逐步建立起國內唯一、國際先進、附加值高的高速動車組齒輪傳動系統產品平臺，實現對關鍵參數的自動調節、自動預警、自動糾正偏差，確保整個生產在預定的軌道上運行。在高速動車組齒輪驅動裝置智慧組裝線上，工位上的顯示幕展示了每個工步的標準工藝操作視頻，精確到每個工步的工作結果、工作時間，實現了工步標準作業的視覺化，有效保證了數萬套高鐵列車齒輪傳動系統產品的穩定性和一致性。
除了這些，還需要持續的堅持和創新。僅2017年，齒輪傳動事業部的一線員工就針對生產流程提出了994條合理化建議，其中針對高鐵齒輪傳動系統箱生產的有350條。在每年春運等客運繁忙時期，戚墅堰所都會派出專業的售後服務隊伍進行包保服務，每天對列車進行“體檢”，確保客運暢通。
產品多級修的檢修結果顯示，戚墅堰所生產的齒輪傳動系統不僅性能良好，並且幾乎沒有損耗。目前平均故障間隔里程7000萬公里，已成為我國軌道交通智慧製造的典範。
面向未來作答 智造“新品”將層出不窮“過去，我們通過技術跟進和學習，加強了自身的基因強化。現在我們正在部署產品全壽命週期的健康管理，通過智慧手段讓產品自己說話，實現智慧診斷和預維修。通過資料收集和分析來加快技術的更新，真正實現在國際上的技術引領。”王文虎信心滿滿。
戚墅堰所作為目前國內唯一的高速動車組齒輪傳動系統開發供應商，和中國高鐵一起經歷了翻天覆地的變化。目前，齒輪傳動系統產品基本成熟，關於產品的改進並沒有停下腳步。現在，中車戚墅堰所的高鐵齒輪傳動系統在國內市場佔有率近70%，覆蓋90%的“復興號”中國標準動車組，出海腳步不斷加快。產品的最新試驗速度已突破每小時500公里，再次刷新了“中國速度”。
“未來，戚墅堰所齒輪箱產品將朝著譜系化、智慧化方向發展，為中國高鐵提供持續的支撐，努力打造成為中國乃至世界的高鐵齒輪箱領域的第一品牌。”面向未來，王文虎還透露，滿足高鐵嚴苛條件的齒輪傳統系統將向風電、重載礦卡以及新能源汽車等領域發展。