460個零件、耐80度溫差，中國高鐵的“風火輪”如何煉成？｜中國新制造⑤

記者|莊鍵

編輯|張慧

“運行正常”。

有一段時間的每天半夜或第二天凌晨，慼墅堰所總經理王文虎的手機都會收到同事發來的這樣一條短信，這是他每天最想得到的消息。

“每次看到短信，心裡就踏實一些。”王文虎回憶說。那時是2010年，慼墅堰所研製的首批齒輪箱開始試裝在型號為CRH380A的動車組上，這些列車將以最高300公里的時速在中國的高鐵網絡上飛馳。它們更為人熟知的名稱是“和諧號”動車組。

慼墅堰所研製的齒輪箱是高鐵的核心部件之一，它負責將電機產生的動力傳送到列車的輪對上，驅動“和諧號”高速行進。通常，一列8節車廂編組的高鐵列車需裝配16個齒輪箱。

當時，這項技術被歐洲和日本廠商壟斷，其中，德國的老牌齒輪箱供貨商包括福伊特、弗蘭德、採埃孚等，日本則有東洋電機等。中國大部分齒輪箱需從海外採購，價格昂貴。

王文虎清楚，如果首批試裝在“和諧號”上的齒輪箱出現任何問題，不但可能會釀成巨大事故，慼墅堰所的齒輪箱國產化計劃也將就此告終。好在，他所擔心的事情並沒有發生。

慼墅堰所的全稱為中車慼墅堰機車車輛工藝研究所，地處江蘇省常州市。成立於1959年的慼墅堰所隸屬於原鐵道部，此後劃入了南車集團，在南北車合併後，又成為了中國中車的全資子公司。

早先，慼墅堰所是鐵路體系內唯一的材料工藝研究所，負責開展材料工藝研究和應用。這些技術通常難度較高，又十分重要。因此，行業內流傳著這樣一句話，“有難題找慼墅堰所”。

慼墅堰所的齒輪箱國產計劃誕生於2009年，它向當時的鐵道部提出申請，希望承擔“和諧號”動車組的齒輪箱國產化項目。次年1月，慼墅堰所與日本東洋電機簽署了齒輪傳動系統的技術轉讓合同，雙方合作包括設計、製造、檢驗及維修等方面，慼墅堰所為此派遣了項目組成員前往日本學習。

彼時，中國鐵路正在經歷第六次大提速。與此前的五次提速不同，鐵道部不再著眼於在既有線路上加快列車行駛速度，而是寄希望通過新建高速客運專線，實現跨越式發展，逐步將最高運行時速從200公里提升到350公里。由此，中國鐵路邁入了高鐵時代，從2004年起，中國高鐵技術的發展路線由自主研發轉為“引進、消化、吸收、再創新”。

對於慼墅堰所而言，齒輪箱並非完全陌生的領域。上世紀90年代，中國鐵路行業尚在探索國產高鐵列車的可能性時，慼墅堰所就在研發這一列車關鍵零部件，並實現了批量供貨。在王文虎看來，這也是慼墅堰所承擔“和諧號”齒輪箱國產化項目的優勢和機遇所在。

一套齒輪箱由大大小小460多個零件組裝而成，包括齒輪、箱體、軸承及潤滑機構等在內，生產過程頗為複雜。就齒輪的製造而言，從原材料鍛造到熱處理、精加工，共需經過接近30道工序，整個生產週期約兩個月，而這只是齒輪箱的一個零件而已。

2010年底，在引進消化日本技術的基礎上，慼墅堰所的首批國產化齒輪箱研製完成，成為了唯一能為“和諧號”提供該產品的國內供應商。

首批齒輪箱試安裝成功後，慼墅堰所開啟了量產並不斷擴大市場佔有率。現在，每十臺高鐵列車上，就有七臺安裝了該公司的齒輪箱產品。

中國高鐵的另一個重要里程碑出現在2013年。這一年，國內高鐵網絡的通車裡程數首次突破1萬公里。同年，被命名為“復興號”的中國標準動車組正式立項。

如果把“和諧號”理解為高鐵技術國產化的產物，“復興號”則定位於高鐵技術引進後的“再創新”，並實現自主知識產權。

在“復興號”立項之初，慼墅堰所就參與到前期的頂層設計過程中，負責提供自主研發的齒輪箱產品。“復興號”設計時的首要原則，是供應鏈的本土化。

研製新一代齒輪箱面對的首要問題，在於如何幫助“復興號”在中國遼闊的高鐵網絡上穩定運行。隨著中國高鐵版圖的延伸，“復興號”需要克服海拔、溫差等多重因素的考驗。

根據2017年發佈的《鐵路“十三五”發展規劃》，到2020年，中國高鐵的總里程規模將達到3萬公里，南北縱穿廣州至哈爾濱，東西橫貫上海到烏魯木齊。

慼墅堰所當時試圖解決的難題之一是：“復興號”一天內需從零下40度進入到零上40度的環境中，它能否適應這樣的極劇變化？

與“和諧號”相比，“復興號”的車速每小時提高了50公里，最高時速可達400公里每小時，並要在此基礎上繼續保證乘坐高鐵的舒適性。在高鐵列車持續高速運行的情況下，齒輪箱如何保證可靠性也是一大挑戰。

“比如，從北京到廣州要開八個小時，（高鐵列車）長時間一直跑是非常累的。”王文虎稱。

這意味著齒輪本身的性能、齒輪間的齧合、齒輪箱的密封可靠性都需再進一步。慼墅堰所為此研製了智能組裝生產線，保證齒輪箱組裝過程中的力度、方向和時間的標準化，從而讓產品更為可靠。比如，工人使用的智能扳手能根據電腦所設置的數據輸出扭力，使齒輪箱上每一個螺栓都達到所需要的鬆緊度。

2017年，“復興號”在經歷三年多的研發後正式投入運行。

這款高鐵列車所裝配的齒輪箱中，九成由慼墅堰所自主研發並生產。今年，將有近1萬套齒輪箱從該研究所的常州工廠下線，其中一半以上供應給了“復興號”。

身為慼墅堰的總經理，王文虎也開始思考新的課題，比如，如何藉助新技術，摸清高鐵齒輪箱在運行過程中的參數變化規律，從而預判其可能在何時出現故障，並提前介入保養和維修。

這樣的做法，使齒輪箱能夠達到平穩運行30年或2400萬公里的預期壽命。在行業內，這一理念被稱為產品的全生命週期管理。

在中國的高鐵列車上，目前有超過2萬套慼墅堰所生產的齒輪箱處於運行狀態，它已經成為這項關鍵設備的國內最大供應商。“追求高可靠性和高安全性，（高鐵齒輪箱）往後路的還很長。”王文虎認為。