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基础研究断档二十载 我国齿轮产业任重道远
http://cn.newmaker.com 8/25/2016 11:42:00 AM  中国工业报
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“由于基础数据的缺失和基础工艺、材料研究的缺乏,当前我国齿轮产业的设计和制造均落后于国外,这已经成为制约我国齿轮行业发展最根本的问题。”

在日前由中国机械通用零部件工业协会齿轮分会主办、北京工业大学承办的2016全国齿轮技术研讨会上,不断有业内专家向中国工业报记者强调、重复以上观点。

2015年我国齿轮产品销售额达2200亿元,位居全球第一,行业进口、出口和逆差均有所下降。但由于寿命短、可靠性低和功率密度低,汽车自动变速箱、机器人RV减速器、工程机械变速箱等高端齿轮产品仍依赖进口,我国齿轮行业的对外依存度依然很高。

高端市场仍受制于人

由于直接决定着机械装备的性能、水平和可靠性,齿轮的制造水平,被认为反映着一个时代机械制造的总体水平。

“近年来,齿轮行业为主机配套的能力大幅提升。”会上,中国机械通用零部件工业协会齿轮分会副会长兼秘书长、全国齿轮标准化技术委员会主任委员王长路介绍说,“目前,我国百万千瓦级核电的循环水泵齿轮箱经过攻关已完全替代进口,1~5兆瓦风电齿轮箱也已完全自主配套并实现了批量出口。”

作为通用零部件行业中规模最大的子行业,相较57.18亿美元的出口额,2015年我国齿轮产业进口额高达129.74亿美元,尽管同比有所下降,但在整个零部件行业中占比达到了75.2%。

而这与“中低端市场竞争激烈,产品价格太低,企业营业收入、利润下降严重,亏损企业不少,高端市场多数被国外产品占据,产品销量低,稳定性差”的齿轮产业现状密不可分。

王长路举了个例子,我国直升机齿轮和重型卡车螺旋锥齿轮的无故障寿命分别不足国际先进水平的十分之一和五分之一。

再比如机器人,它堪称最典型的机电一体化装备,技术附加值高而且应用范围极其广泛。其中的核心部件RV减速器,传动性能直接影响到机器人的运动精度、重复定位精度等。

“与通用减速器相比,RV减速器对运动精度指标的要求更加苛刻,”齿轮分会副秘书长邓效忠在其《机器人RV减速机摆线轮精密制造技术及装备》的发言中透露说,相较国外产品,国产的RV减速器运动精度低且精度保持性差,“这已成为制约机器人RV减速器国产化和竞争力提升的瓶颈。”

经常被拿来比较的还有汽车变速箱齿轮———日本产品的寿命是120万公里,而中国的指标则是80万公里,且国产变速箱的噪音比国外同类产品至少要高3~5个分贝。

基础研究断档二十载

当前,工业齿轮箱正在向着高功率密度、轻量化、高可靠性的方向发展,而我国在重载齿轮箱的设计制造方面与国外先进水平差距较大:同样传递功率下,明显存在着粗大笨重、寿命短、可靠性低等问题;国家重大装备、重大工程中配套的高端齿轮箱等国产化率仍然较低,高端齿轮进出口逆差高位运行。

“造成上述问题的主要原因,就是国内齿轮传动基础研究中断已达二十年之久,整个行业缺乏对齿轮制造基础工艺的理论分析和试验验证,基础实验数据匮乏。”提及此事,郑州机械研究所研究员、博导、副总工程师刘忠明不免痛心疾首。

他告诉记者,目前在齿轮箱设计过程中,国内均是依据国标GB/T3480-1997进行的,该标准等效于国际标准ISO6336-1988。“随着近年齿轮产品不断朝着轻量化、长寿命、高可靠性多方向的发展,我国在齿轮传动设计过程中缺乏基础试验数据的问题暴露得日益明显,已经对我国高端齿轮产品的开发产生了严重的制约作用。”

在刘忠明看来,该问题主要体现在以下两个方面:一是国内与国外在齿轮材料的合金成分、冶炼水平以及热处理能力等方面均存在一定的差异,套用国外齿轮材料的试验数据进行产品开发,会产生较大的误差;二是标准采用的是二十多年前的实验数据,随着近年来新材料、新工艺的不断出现,急需符合当前齿轮制造水平的实验数据。

“国外进口的齿轮产品按照我们的国标算,都不满足常规要求,这充分说明我们齿轮设计所依靠的技术资料已经很落后了,”邓效忠对此也很有感慨,由于缺乏基础数据,我们的齿轮设计甚至比制造更为落后!

也正是基于此,近年来郑州机械研究所牵头组织了三峡升船机齿条感应淬火残余应力控制及性能评价技术研究、渗碳淬火齿轮疲劳强度试验技术研究,以及齿轮硬化层最佳深度分析及应用技术研究等几项基础性的研究。

在研讨会上,刘忠明向几百家参会代表介绍了这几项基础研究的最新进展。其中,在郑州机械研究所、中国第二重型机械集团公司、机械科学研究院、上海交通大学及河南工业大学等的参与下,“三峡升船机齿条感应淬火残余应力控制及性能评价技术研究”,已取得了大模数齿轮齿条试验装备研发、试验测试技术,以及大模数齿条可靠性分析技术等不少研究成果,并申请了16项专利,发表了35篇论文,制定了9项规范,还培养了一大批学生等。

“在郑州机械研究所的主持下,包括河南大学在内的几所学校一起申报了国家的公共技术平台,为全行业提供齿轮设计或制造的基础平台,后续还要做云计算平台等,”邓效忠在会上透露说,“大量基础数据的积累,对我国从齿轮大国迈向齿轮强国有重要意义。”

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