我国高铁：“三基”包围正其时

  成果是喜人的，但咱们应该着眼于更远、更高的方向。赶快改动其时我国“三基”工业打开滞后于主机并被固化在工业链中低端的现状。

  我国南车研制的CRH380A型高速动车组运转在京沪高铁阳澄湖段。近一段时期，“我国高铁”在国际交际舞台一再露脸，向全国际传达了一个信号：我国已把握从高铁的系统规划、技能集成、线路施工到运营办理的成套技能，从部分高铁技能引入国一跃成为成套技能的输出国。但是，我国高铁技能的持续打开依然存在“隐忧”。某些零部件还未彻底完结国产化。究其原因，被称为轨道交通配备 “三基”的根底零部件、根底工艺和根底资料的打开脚步“滞后”于整机的迅猛打开。2011年11月，国家工信部印发《机械根底件、根底制作工艺和根底资料工业“十二五”打开规划》。《规划》称，经多年尽力，我国“三基”工业已构成能满意主机职业“一般需求”的出产系统，但高端“三基”产品却跟不上主机打开的要求，已成为限制我国严重和高端配备打开的瓶颈，并将具标志性含义的20种机械根底件、15项根底制作工艺与12种根底资料列为打开要点。一场重心下移的“三基”攻坚战在我国制作业悄然打响。已令国际注目的我国轨道交通配备职业能否首要“包围”？11月21日，江苏常州。由我国工程院与我国南车联合主办的我国首届轨道交通配备制作“三基”技能立异论坛在此间举办，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参与。“三基工业之所以跟不上主机打开脚步，主要是工业技能根底依然单薄，共性技能研讨系统缺位，根底型与共性技能研讨弱化，新产品、新技能的推广使用困难等所造成的。”我国南车总裁刘化龙开宗明义，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，加工精度是否一起，工艺水平是否先进，资料寿数是否合格，都直接影响着整机的功能、质量和牢靠性。在一个已完结全球化收买的年代，竞赛愈加剧烈。我国工程院副院长干勇引述剖析陈述指出，与美、德、日等工业发达国家比较，我国制作业总体上的距离不小。要支撑起国际领先的高铁技能和产品，其难度可想而知。尽管如此，轨道交通配备职业仍被各路专家寄予厚望。必定成果，正视距离，“固本强基”，首要“包围”，成为与会专家的遍及一起和一起愿望。“三基技能的完善是高铁走出去战略获得成功的根底保证。”前有总理活跃推介，后有院士专家团队支撑，刘化龙深感责任严重。“咱们有必要环绕轨道交通高端配备配套需求，以进步机械根底件功能、牢靠性和寿数为主攻方向，以先进、绿色制作工艺为开发要点，以打开高品质结构资料和工艺资料为根底，加速“三基”技能立异和工业打开。”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，不允许有任何差错。”在坐落常州市戚墅堰区的南车戚墅堰机车车辆工艺研讨一切限公司（以下简称戚墅堰所）车间里，总经理王文虎指着出产现场自主研制的CRH380A型齿轮箱告知记者。常州是我国两大齿轮工业集合区之一。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讨所，2000年成为我国南车集团旗下专攻机车车辆制作工艺的研制安排，2008年股份制改造，其出产的动车组齿轮传动设备是现在仅有的国有品牌。高速列车齿轮传动设备由齿轮、箱体、轴承及光滑安排等组成，就比如列车的“关节”，把牵引动力传送到车轮上带动列车飞速奔驰。一般来说，线米每秒的齿轮即可称为高速齿轮。当列车时速从200公里提高到380公里时，从动齿轮的线米。如此高的转速，对齿轮本身的功能、齿轮间的啮合、箱体的密封牢靠等，都提出了极大应战。据CRH380A型齿轮传动设备项目组技能担任人王文涛介绍，小齿轮（自动齿轮）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，“调和号”各型高速动车组已装车的齿轮，均从欧洲和日本进口，或仅在我国进行拼装。为赶快研宣布国产高速齿轮，戚墅堰所诚邀我国闻名精密机械专家、大连理工大学王立鼎院士加盟。“能为我国的高铁工作做点事”，王老十分高兴。他屡次前往该所，辅导齿形规划，并帮忙打开牢靠性剖析，提出工艺改善主张。终究，小齿轮的修形精度达到了CRH380A的精度要求。为进步齿轮的抗疲惫强度，戚墅堰所又针对渗碳淬火工艺和渗碳模仿技能打开攻关，将大齿轮的渗碳层深推进到了7毫米，并且采纳的是与日本住友等独占企业不一样的工艺技能。铸造是一门陈旧的手工，但关于高速齿轮箱来说，却不啻为一项杂乱的系统工程。“像热处理、焊修、整理打磨、磁粉探伤，每道工序都直接影响着铸件质量，有必要做到无缝衔接。”戚墅堰所铸造技能工程部主任徐贵宝告知记者。据介绍，齿轮箱的资料有铸铁、铸钢和铸铝三种。戚墅堰所曾先后研宣布球墨铸铁、铸钢齿轮箱。为满意高速列车的轻量化要求，近年来该所研宣布与欧洲ZLALSi7Mg功能适当的高强韧度资料铸铝101，在此根底上全面把握了铝合金齿轮箱铸造技能。和日本新干线动车组上的铸钢齿轮箱体比较，分量减轻了65.6%。记者查阅文献发现，高速运转下的齿轮将改动箱体内的空气压力散布，构成部分正压区和负压区，齿轮飞溅出来的光滑油与箱壁剧烈磕碰，在箱体内构成油雾，在高压区极易渗出箱壁，对齿轮箱的密封功能提出了更高要求。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规划中，创造出一种非触摸式机械迷宫密封结构，处理了其时发达国家也十分难“啃”的高速齿轮箱光滑密封难题。这之后，密封技能持续改善。21世纪初，戚墅堰所掌管国家工业化项目“时速270公里高速动力车动力转向架传动齿轮箱”的研制，研制的齿轮箱顺畅经过时速达400千米的高速牵引动力实验，运转平稳、密封牢靠，总算完结在380公里列车时速、每秒70米线速度下光滑油的“零”走漏。据了解，现在包含31种小件、小齿轮、大齿轮、箱体、箱盖在内的齿轮传动设备均已连续装上CRH380A，承受运转查核。小齿轮已完结运营查核路程超越200万公里，大齿轮也已于本年开端装车。一旦查核经过，将首要完结高速动车组齿轮传动设备的国产化代替。“一代主机，一代零部件。”谈到齿轮传动设备的研制进程，王文虎慨叹良多，在被主机配套需求高端化“推着”的压力下，“主机和根底零部件的联络，实际上是你推着我，我推着你，唯有持之以恒自主立异。”王文虎说。从重载制动机到高速制动闸片“重载、高速列车跑起来简单，停下来难。”谈到制动系统，南车株洲电力机车有限公司（以下简称株机公司）首席专家、技能中心副主任刘豫湘坦言。制动系统操控着列车的减速和泊车，通称“火车的刹车”，直接关乎列车的运转安全。在制动系统中，制动机“宣布”的制动力，传导到根底制动设备上，完结减速刹车动作。其间，国产制动机和根底制动设备别离由我国南车坐落湖南株洲的株机公司和坐落常州的戚墅堰所掌管研制。1982年，株机公司完结零的打破，研宣布DK-1型电空制动机，迄今已配备我国铁路电力机车4000余台。但随着我国铁路重载、高速要求的不断进步，研制制动精度更高、安全功能更强的新一代国产制动机的需求日益火急。重载制动机的要害技能，长时间把握在德国克诺尔、日本NABTESCO等少量几家跨国公司手中，商场简直被其独占。我国第一条电气化重载铁路大秦线年末开行万吨级组合列车至今，选用的仍是克诺尔公司的CCBⅡ制动机。“假如没有把握这一技能，我国铁路机车车辆的运转安全将永久受制于人。”刘豫湘说。早在2005年10月，由原铁道部立项，他带领团队开端自主研制DK-2型新一代机车制动机。“咱们最难攻关，最值钱、国外封闭最厉害的是制动操控软件。”刘豫湘介绍，国内因为计算机网络操控技能起步晚，经验不足，“一切引入的东西，国外都不转让软件，咱们依托不了他人，有必要自主研制。”为此，株机公司组成起一套专攻操控软件的班子，从“零”开端，自主研制最中心的制动操控单元及操控程序。经两年艰苦攻关啃下这块“硬骨头”后，2007年，国产新一代DK-2型机车电空制动机诞生，成功打破国外对重载列车高精度制动技能的独占。同年，在某运煤货运专线制动机顺畅经过首台套样机装车查核，随后在该专线万吨级组合列车上正式装车运转。因为完结了数字化与网络化，DK-2型制动机的制动力输出精度更高，可把当今业界最难操控的一般长大编组客车的制动精度，进步到动车组的等级，一起处理了长大重载组合列车制动同步性与一起性的难题。2013年8月，装载该制动机的我国首台大功率沟通传动客运电力机车HXD1D（调和1D型电力机车），顺畅经过运转查核，填补了我国在大功率交传快速客运电力机车范畴的空白。与制动机难在操控软件不同，根底制动设备则难在新资料的研制和使用。“我国列车根底制动设备的打开，大致阅历了三代变迁。”在江苏常州戚墅堰一切着50多年前史的铸造楼工作室里，徐贵宝告知记者。据介绍，时速160公里以下的根底制动一般采纳闸瓦紧压车轮踏面的办法泊车即可，俗称闸瓦制动。上世纪90年代中期，铁路系统大提速后，盘形制动办法得到运用，即经过在车轴上设备制动盘，再用制动夹钳使两个闸片紧压制动盘，使列车减速泊车。因为高速制动时制动盘会承受很高的热应力，研讨人员经研讨选用蠕墨铸铁作为制动盘资料，并不断进步资料的纯净度、抗裂纹和冷热疲惫功能，成功研宣布满意时速200公里内需求的制动盘，现在商场占有率已在80%以上。2005年，原铁道部引入时速200公里以上高速动车组技能，根底制动设备的研制难度进一步加大。扎了近50年铸造资料和工艺研讨“马步”的戚墅堰所，先后“消化吸收”300多份技能文件，仅用一年首要完结了制动夹钳的国产化，并成功运用于CRH2型高速动车组。随后，研讨人员瞄准了技能难度更大的制动盘和闸片。其时，国内职业全体仍处于铸铁盘水平，价格约是铸铁盘5倍的铸（锻）钢盘才刚刚起步。这一次，戚墅堰所与中南大学黄伯云院士团队协作，将后者航空制动用炭炭复合资料技能引入到动车组上，承当国家“863”项目“高速列车用制动盘和闸片资料及其制备技能的研讨”。2009年，可满意时速300公里要求的高速动车组铸钢制动盘研制成功。同年3月，开端攻关粉末冶金制动闸片资料及制备技能。2010年，锻钢制动盘研制成功，现在即将在CRH6型城际动车组上装车实验。2011年6月，研讨人员又盯住最新的陶瓷基复合资料，开端研制更高制动功能的C/C-SiC陶瓷基复合资料制动盘和匹配闸片。据泄漏，戚墅堰所最新开宣布的制动闸片最高已可承受瞬时温度达950℃，可适用于时速350公里以下的高速列车，新式制动盘也正在承受装车运转查核，一旦成功，依托进口的局势将有望打破。工业“核芯”IGBT怎么“弯道超车”IGBT，绝缘栅双极型晶体管，这个工业操控范畴的中心电子元器材外界知之甚少，也不属于工信部“三基”工业规划的机械根底件之列，但无论是轨道交通仍是电动汽车，甚至智能电网、新能源发电均离不开它。便是这块巴掌大的芯片，曾扼住我国大功率牵引变流技能的“咽喉”达十余年之久。假如说以变流器为中心的牵引系统，是为电力机车供给动力的“心脏”，IGBT则是“心脏”的“核芯”。牵引变流器正是经过IGBT器材，完结电流直转交的改换和操控，使外部运送的高压电得以为列车所用。因为电子工业根底单薄、技能门槛高级原因，我国大功率IGBT器材一度开发滞后，相关技能长时间被ABB、英飞凌、三菱等国外公司操控，轨道交通用IGBT曾一度悉数依托进口。为打破国外长时间封闭的局势，在南车株洲电力机车研讨所（以下简称株洲所）所长丁荣军院士带领下，我国轨道交通配备职业首要瞄准了这块硬骨头。“出产IGBT器材技能难度高，需霸占芯片、封装、测验、驱动操控等一系列技能和工艺。”株洲所总工程师冯江华告知记者，“就拿芯片工艺来说吧，IGBT芯片的元胞尺度小、分辨率要求高，一起数以万计的元胞要功能一起并同步开关操控，要求有必要具有很强的工艺操控能力。”7年前，株洲所承当起国家“863”项目“7.5MVA IGBT变流器系统研制”，成功研宣布其时国内最大功率等级的变流器，并成功使用。2007年，株洲所首要发动国家“高压IGBT元件研制”项目，并树立我国轨道交通范畴的第一家微电子实验室，开发大功率IGBT技能，为后续自主立异奠定了根底。2008年，株洲所跨出国门，收买英国闻名半导体公司丹尼克斯公司，在国际业界引起极大轰动，使我国成功跻身国际大功率IGBT器材技能一流队伍。有了上述根底，株洲所敏捷加速IGBT技能研制。2010年在英国树立功率半导体海外研制中心，联合国内研制安排组成起全球研制团队，专心新一代IGBT芯片技能的开发与使用,终使我国完毕了国外长时间独占这一高技能的前史。2012年12月，株洲所自主研制的“轨道交通用3300伏电压等级IGBT芯片”经过了湖南省科技厅安排的科技成果鉴定。专家组一起以为，该芯片代表了轨道交通用高电压等级IGBT器材技能的最高水平，填补了国内涵该范畴的空白，为我国树立起从芯片研制、模块封装测验到系统使用的完好工业链，打破了最要害的节点。国产列车的“心脏”，总算有了自己的“核芯”。把握中心技能是第一步，推进工业化运营则更为要害。2009年，我国南车在株洲树立国内第一条小批量大功率IGBT模块封装线，开端出产能满意轨道交通牵引使用要求的大功率IGBT。2011年，我国南车进一步加大大功率IGBT工业化力度，在株洲所发动了我国首条8英寸IGBT芯片出产线项目。“投产后的IGBT模块，连续在国内200余辆城市轨道车辆、大功率电力机车上完结装车、查核和使用，其体现与同功率等级国外产品处于平等水平。”冯江华说。2013年10月，从株洲所传来最新消息，该所大功率IGBT产销打破6万只。至此，我国不只彻底把握该技能，并且成功完结工业化，开端大批量国产装车。不只满意了轨道交通配备对大功率电子元器材的需求，更使我国很多战略性新兴工业打开态势为之一振。为把握未来竞赛中的自动权，现在株洲所又与中科院微电子所强强联合，一起组成新式电力电子器材联合研制中心，打开以碳化硅为基材的新式IGBT技能研制。到现在，新式碳化硅IGBT的芯片样品和封装模型均已研制成功。下一轮立异之路怎么走？“咱们已把握齿轮传动设备、根底制动设备、IGBT等大部分中心零部件要害技能，不过根底资料、制作工艺还未获得实质性打破。”我国南车副总裁王军向记者坦言。此外，“一些零部件在样件试制时往往没问题，但在批量化出产和工业化过程中，产品质量就会产生改变，功能不稳定”。固然，面对着数十年的全体距离，改变并非一蹴即至。假如资料科学的根底研讨成果一天得不到转化，制作职业的工艺水准一天得不到提高，零部件产品的功能质量一天得不到有用操控，“三基”工业就仍将“滞后”于高端配备的打开。唯有进一步深化科技立异系统，一起改动工业链全体格式。2012年8月10日，就在我国工程院与国资委达到央企技能立异战略协作不到一个月后，我国工程院与我国南车在湖南签署院企协作协议，敞开了我国国家工程科技思想库与轨道交通配备领军企业的前史性协作。在这次签署典礼上，时任我国南车董事长的赵小刚揭露表明，未来我国本乡科技型企业的自主立异形式将产生严重改变，引入消化吸收再立异的形式将退居末位，集树立异将成干流，原始立异的比重将大幅提高。随后，来自国内闻名高校、科研院所的院士专家团队连续参加，与我国南车合力攻坚。在轨道交通配备职业，一个更敞开的产学研协作局势正在构成。与此一起，我国南车也加紧了本身的研制系统布置。2013年4月16日，我国南车中央研讨院在京树立，王军出任院长。新树立的中央研讨院担任联络和办理集团已有的技能专家委员会、技能标准化委员会、焊接技能委员会、无损检测技能委员会及资料与工艺研讨中心，加上旗下子公司已建成的4个国家级研制安排、7个国家级企业技能中心、10个省级研制安排和8个省级企业技能中心，一个掩盖全集团的新研制系统初现雏形。“要提高轨道交通配备工业三基水平，需国家、职业、企业的一起尽力。”王军在常州“三基”论坛上最终表明。他主张，瞄准“三基”范畴共性技能，以企业为主体建造国家级技能立异渠道，将轨道交通配备范畴具有条件的研讨项目列入国家严重科技方案，并考虑优先立项。“不只配备制作业应首要加强“三基”研讨，客户也应对国产配备的实验查核和装车运转供给优先支撑，以一起进步轨道交通根底配套工业的国产化率。”结语在高速、重载年代伊始，曾领衔研制国产准高速列车“中华之星”的南车株机专家委员会主任刘友梅院士，现在已将要点瞄准了下一代绿色列车。2012年8月，由刘友梅掌管研制的国际首列储能式轻轨样车在株洲下线，这种选用超级电容作为自动力、全程不依托电网、可完结能量收回和循环使用的新式列车，甫一露脸便引起了国际各国的重视，被以为有望敞开轨道交通的绿色年代。现在，该型列车已完结工程化试制和工业化预备，最快将于明年在广州投入商业运营。值得注意的是，超级电容作为储能式列车的中心零部件，一开端就悉数依托我国自主研制。2013年9月，7500法拉的国际最大功率超级电容单体在我国南车完结批量出产，第一批超级电容产品交给完结。这再次阐明，谁把握了根底，谁就赢在了起点。