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我国工业齿轮技术的20年

GM记者 胡志强

编者按: 在 2005变速传动技术研讨会上,来自南京高精齿轮股份有限公司(以下简称南高齿)的副总工程师李钊刚先生做了《我国工业齿轮技术的20年》的报告,引起了强烈的反响。他提出中国企业新的发展思路:"几十年来国内企业努力追赶世界先进水平,而一直赶不上,原因就在"赶"字上,"赶"造成的结果是永远跟在人家身后。要赶上,必须在某一方面先超过。基于这个理念,经过一定的技术沉积之后,必须迈出一大步超出,以超出保证达到世界同步水平。"下面,本刊记者将整理的报告内容介绍给读者,希望能给您提供发展的思路。

一、 工业齿轮技术发展

20 世纪 70 年代以来,世界齿轮技术有了很大的发展,发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。 80 年代末,国外硬齿面技术日趋成熟,采用优质合金钢锻件渗碳淬火磨齿的硬面齿轮为承载能力是中硬齿面调质齿轮的 4 倍,是软齿面齿轮的 5 ~ 6 倍。一个中等规格的硬齿面减速机的重量仅为传递同样功率的调质齿轮减速机的 1/3 左右。

中国工业齿轮技术的蓬勃发展也集中在 80 年代到现在这 20 多年间。 70 年代末,中国的改革开放政策使国内企业相继引进了许多大型成套项目,使我国的齿轮界开始接触国外先进的齿轮传动装置。如武钢 1 700mm 轧机中的通用和轧钢机减速机;英国 23 000kW 燃气轮机发电机组负荷齿轮箱; 30 万 t/a 合成氨中的高速齿轮装置。进入 80 年代,中国从国外引进了多项齿轮技术,如由南高齿和郑州机械研究所(以下简称郑机所)等 4 单位联合美国费城齿轮公司引进全套高速重载齿轮设计制造技术。此后,南高齿和郑机所联合对齿轮的弹性变形和热变形修形等高速重载齿轮的共性技术开展了专题研究。通过这两项工作,使中国的高速重载齿轮技术产生了质的飞跃,有了较完整的理论,有了设计制造规范,有了系列产品。 80 年代末,中国工业齿轮行业就真正跨入了能够独立设计、制造高速重载齿轮传动设备的阶段。

在中国齿轮工业发展的过程中,水泥磨的传动设备是低速重载齿轮技术两大难题之一。中心传动水泥磨主减速机是典型的功率分支结构。 80 年代,中国水泥企业曾经采用丹麦史密斯的输出大齿轮悬浮式和日本川崎弹性轴式两种均载方式。经过齿轮传动专家的探讨、比较,最终采用了更简单可靠的弹性轴式均载,最大功率已达 4 000kW 。目前,中国的大功率水泥磨减速机装置基本实现了全部国产化。

除了水泥磨的传动齿轮箱,轧钢齿轮箱是低速重载齿轮技术的另外一个大难题。 90 年代后,中国以市场换技术的政策,提出"联合设计,合作除了水泥磨的传动齿轮箱,轧钢齿轮箱是低速重载齿轮技术的另外一个大难题。 90 年代后,中国以市场换技术的政策,提出"联合设计,合作制造"等方式同外方合作,在重大项目上更多采用德、日等国公司提供技术,国内厂家制造,外方监制。这样促进了中国工业齿轮行业在技术、管理水平和质量控制方面大幅提高。

此外,当今工业齿轮技术发展日趋成熟,这还表现在:①理论研究(如强度计算、修形计算、优化设计等现代方法的应用、新结构的应用等)更完善、更接近实际。②普遍采用各种优质合金锻件,提高材料和热处理质量控制水平。③结构设计更合理。④加工精度普遍提高到 ISO 的 4 ~ 6 级。⑤提高轴承质量和寿命。⑥提高润滑油质量。⑦提高加工装备和监测手段。

二、 通用齿轮减速机市场

在各类减速机的市场竞争中,通用减速机的竞争无疑是最激烈的。竞争促进了技术的不断发展和性价比的提高,使得当今的通用减速机已成为最能够体现齿轮技术水平的一类产品。以承载能力为例,国际一流的硬齿面减速机的齿面载荷系数 K 值已经由 20 世纪 80 年代不到 6MPa 提高到现在的 16MPa ,此值远高于大多专业减速机的载荷水平。

80 年代,仅有德国弗兰德等少数国外公司进入了中国市场,虽然它们在技术上占有优势,但对于迅猛发展起来的中国硬齿面减速机行业来说,尚构不成太大的威胁。 90 年代,随着经济全球化的到来,国外公司开始大举抢占中国市场,仅天津就有德国 SEW 、德国弗兰德、日本住友等多家国外公司独资办厂。这些公司不仅是全球经营,而且是全球制造。它们凭借装备、技术、资金和生产规模的优势同国内企业展开了激烈竞争,并很轻易就占有了优势。到 90 年代末,中国工业齿轮行业虽然在中低档通用减速机市场具有充足的生产能力和竞争力,但是在高档减速机市场却是多年空缺,这一市场已经完全被国外垄断。

在技术上, 90 年代国外的产品普遍经历了一次新的更新换代,使得承载能力又有大幅提高,模块化设计程度更高,更容易实现零件的批量化生产,并进一步采取降噪措施,进一步改进了密封和外观,许多减速机都像工艺品一样漂亮。相比之下,国内的产品已是 10 多年不变,只相当于国外七八十年代的水平,不但在产品性能上又拉大了差距,而且也失去了价格上的优势。可以说,从 1995 年开始,中国的硬齿面通用减速机就没有能与国外相抗衡的产品,眼看着中国需求的高档通用减速机的市场基本上已全被国外公司一个一个地占去,中国的通用减速机行业已面临严重的危机。

如何应对国外企业的挑战,出路在哪里,中国的企业曾经有过困惑和彷徨。但是,那些经历过市场经济大潮洗礼过的国内企业正在走向成熟,它们一直在注视着国内外齿轮技术发展的动态,努力创新,不断开发新产品。经过艰苦创业,这其中的许多企业正在成为新产品开发和科研的主力军。

三、 "以超代赶"新思维

从 80 年代初到现在,中国工业齿轮的发展经历了不平凡的 20 年。硬齿面技术从无到有,然后迅猛发展,并成为中国齿轮技术发展的主趋势,只要中国企业认真去学习、研究,吸取众家之长,针对不足解决、完善,结合国情赋予产品新的特点,就一定能开发出能与国外媲美的产品。多年的实际证明,中国企业产品比国外产品差的根本原因,不在技术差,也不在装备差,而在于以下 3 方面。

( 1 ) 短期行为,观念落后,设计思想落后,制造质量意识陈旧。

( 2 ) 管理水平差距,造成质量控制漏洞多,产品质量难以稳定在一个高的水平上。

( 3 ) 国家或行业制订和推行的产品标准更新慢,不能适应市场经济条件下产品竞争的需求。

目前,中国的工业齿轮减速机行业正面临空前未有的大好发展形势与机遇,中国强大的市场后盾和成本优势是企业的先天优势;中国的崛起正在使世界制造业向中国转移,这对工业齿轮行业来说是挑战,更是机遇。和国外知名企业在同一个舞台上展示,更有利于使中国企业国际化。把握机遇,把握企业定位,每一个企业都应该找准自己的位置。在这个过程中,一定会造就成一批国际化的企业,也一定会打造出一批拥有国际化品牌的产品。

"要与狼共舞,不被吃掉,自己就要变成狼。"海尔张瑞敏的这句名言值得深思。国内企业向国外学习了 20 多年,竞争了 20 多年,也终于悟出了一个为什么"几十年来国内企业努力追赶世界先进水平,而一直赶不上,原因就在"赶"字上,造成的结果是永远跟在人家身后面。要赶上,必须在某一方面先超过。基于这个理念,经过一定的技术沉积之后,必须迈出一大步超出,以超出保证达到世界同步水平。

中国的工业齿轮技术总体上仍与国外先进水平有较大差距,要达到发达国家的水平,尚需多年努力,任重道远。当前,在市场经济大潮的冲击中,总会出现一些负面的东西,有两点非常值得业内人士警惕。

( 1 ) 在世界制造业向中国转移过程中,要谨防垃圾工厂的转移;做翻牌的生意不应成为企业的最终倚靠点。

( 2 ) 盲目投资,超越需求地增加齿轮加工设备的能力,只会引起低价位的恶性竞争,与齿轮业的良性发展不利,到头来最大的输家往往还是决策失误者自己。

四、南高齿发展轨迹

"一个成功企业的卓越之处在于使自身始终置于上升通道,并把每一次机遇化作前行的基石。" 这就是南高齿发展的原动力。在市场大潮的洗礼中,南高齿也是从痛苦挣扎的阶段中奋力突围的。 90 年代的南高齿处在夹缝中求生存的境地,不进则退,迫使企业更新观念,逐步确立了开发世界上一流产品,誓与国外比高低的决心和信心。南高齿 1986 年设计了 MS6001B 燃气轮机发电机组 42 900kW 负荷齿轮箱, 1989 年制造成功后提高到 44 000kW 。此后,南高齿设计制造的产品最高转速达 67 000r/min ,圆周速度达 170m/s 。

90 年代初,南高齿为上钢五厂成功设计制造 l30 万 t/a 棒材轧机齿轮箱拉开了轧钢机齿轮箱国产化的序幕;为武钢二热轧制造了直径 3m 多幅板焊接结构的渗碳淬火齿轮。该项目是世界第三大热轧项目,其中的难度和风险令一些发达国家的制造商望而却步,南高齿完成该项目,成为世界第三家能够制造这么大减速机的企业。

进入 21 世纪,为了迎接国外市场的挑战,在 1993 年南高齿完成了 YNK 减速机的开发和推广后,经过 8 年艰苦的努力,在中硬齿轮减速机领域内实现新突破,开发出上规模、上档次、高技术附加值的 DNK 、 DQJ 、 DZQ 系列通用和起重机用点线啮合齿轮减速机,把点线啮合齿轮的科技成果转化成生产力;在硬齿面齿轮减速机领域开发出具有世界一流水平可与国外任何公司的产品相抗衡的 PR 系列模块式齿轮减速机。在 8 年的 PR 减速机研制中,曾用了 3 年多时间作了 10 多台样机的疲劳寿命试验;从样机到最后定型,减速机的外形已经过 3 次大的改型;并完成" PR2000 "用户选型专家系统编制,为用户方便、正确、合理地选型提供好帮手。 PR 减速机具有完全自主的知识产权,水平不比任何企业差,因此,可以自豪地称其为"中国自己的重载齿轮减速机"。 PR 减速机的问世,意味着无力抗衡国外挑战的局面结束。

PR 减速机经过 4 年多的生产,现在已经稳定过了技术关和质量关,有上千台覆盖全系列的大、中、小不同类型的产品在冶金、矿山、码头、煤矿、化工、造纸、发电和起重机运输等许多工业部门成功地运行使用。

南高齿是国家机械工业的大型企业,专业研制设计生产各类高速、重载、精密、硬齿面齿轮箱及鼓形齿联轴器,产品广泛用于发电、冶金、矿山、建材、造船、石油化工、航空航天、起重运输、轻纺造纸、通用机械以及国防科研等领域。

2005年2月,南高齿与"世界500强"美国GE(即美国通用电气公司)建立了战略合作关系。南高齿已成功跻身美国GE的"国际采购链",为其供应齿轮和齿轮箱,今年的合同额预计达2 000万美元。

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