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点击上方“高科技与产业化”可以订阅哦高速铁路是带动国民经济腾飞的重要基础设施。中国高铁近年来发展迅速，到2018年，中国高铁里程已达到2.5万公里，占世界高铁总里程的三分之二，营运里程和在建里程均稳居世界第一。中国高铁已累计运输旅客83亿人次，完成旅客周转量2.74万亿人公里，成为大多数旅客出行的首选。高速铁路的建设运营也带动了中国轨道交通装备的快速发展，中国高速动车组及其关键核心部件从无到有，从学习到赶超，研发水平已经处在世界前列，并成为中国制造的一张“黄金名片”。齿轮箱是高速动车组动力转向架上的核心部件，是高速动车组能量转换与传递的核心单元，也是国家十二五科技攻关计划标志性产品。齿轮箱工作性能的好坏直接影响到高铁列车运行的安全性和可靠性，是高铁列车跑出世界速度的关键之一。为保证动车组的安全运用，动车组齿轮箱应具有高速、环境适应性广、轻量化、长寿命、高强度、高可靠性、使用维护便利等主要性能要求。中国高速动车组齿轮箱的发展历程新中国成立后，为了国民经济发展的需要，我国开始大力发展铁路机车车辆技术，从单纯靠机车牵引客车车厢，到目前“复兴号“高速动车组，中国高速铁路及装备发展经历了一个长期的过程，并最终实现了关键核心技术的积累、提升及跨越。上世纪50年代，中国先后自主研发出第一台电力机车“韶山”和内燃机车“东风”，后续发展成为我国电力机车和内燃机车的主力车型。同时车辆研发制造水平也发展迅速。上世纪90年代起，在前期机车车辆研制基础上，中国开始了各型动车组的自主研发摸索，自主研制了一批内燃动车组和电动车组，代表性的产品有新曙光号、中华之星、中原之星先锋号等。为适应不同类型动车组的差异性，该时期研发的齿轮箱结构也呈现多样化。动力集中动车组齿轮箱吸收借鉴了机车齿轮箱的部分技术特点。而动力分散动车齿轮箱结构要更为紧凑。虽然这些动车组齿轮箱最终没有批量运用，但研发经验和运用考核为后续产品引进消化吸收奠定了基础。2004年4月1日，国务院专题会议，明确“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的基本原则，正式开始技术引进工作。中国形成了四方庞巴迪生产的CRH1型、四方股份生产的CRH2型、唐山公司生产的CRH3型，长客股份生产的CRH5型动车组。动车组齿轮箱主要依赖进口。2008以来，经过几年的消化吸收，中国动车组产业发展迅速。建立了时速200-250公里和时速300-350公里两个速度等级的技术平台。齿轮箱作为动车组的核心部件，开始进行国产化和自主研发工作。中车戚墅堰所作为国内主要的动车组齿轮箱研发制造企业，顺利完成了CRH380A、CRH380B等动车组齿轮箱的自主研发，攻克了动车组齿轮箱的核心关键技术，打破垄断，形成了中国自有的动车组齿轮箱品牌。经过消化吸收再创新，中国高速动车组及关键装备研发取得了长足进步，但同时我们也存在两个突出问题：一是部分关键技术和系统还没有完全掌握，需要解决核心技术受制于人的问题。二是中国高速动车组技术平台和标准体系不统一，大多采用国外标准体系，急需统一建立的中国标准体系。基于上述问题，2012年开始，在中国铁路总公司的主导下开展了中国标准动车组的研制工作。2015年6月两列时速350公里中国标准动车组下线，完成了时速420公里交会等线路试验。2017年6月25日，正式命名为“复兴号”，并在京沪高铁正式首发。2017年9月21日复兴号在京沪高铁开始以350km/h世界最高运营速度运用。2017年中国又开始研发时速250公里复兴号动车组研制，并于2018年10月顺利下线。戚墅堰所是时速350公里及250公里复兴号标准动车组齿轮箱的主要研制厂家，最终形成拥有完全自主知识产权的时速350公里中国标准动车组齿轮箱，并占据市场主导地位。组齿轮箱全面系统采用中国标准，具有完全自主知识产权。通过对轴承形式、密封润滑、箱体结构、监测预警等综合优化，使齿轮箱具备更高速、环境适应性更广、可靠性更高等诸多技术特点，实现了对进口产品的全面赶超。中国高速动车组齿轮箱的运用特点中国高速铁路具有运量大、运用环境多样、运用工况复杂等特殊性，对齿轮箱温度控制、振动控制、密封润滑可靠性、寿命等提出了更多、更苛刻的要求。中国动车组齿轮箱面临的问题更加复杂、困难。运用环境的复杂性——跨区域运行中国高速动车组跨越了高寒、高温、高湿、多风沙等多气候条件区域。齿轮箱既要适应严寒，又要适应高温潮湿，风沙环境，在这样条件下运用的齿轮箱世界上绝无仅有。运用工况的特殊性（1）长大交路持续运行。中国高速动车组单程连续运营距离长，最长达两千多公里。例如北京至广州高铁单程最长2300公里，单程最短运行时间8小时。齿轮箱要有良好的温控能力，有效的监控措施、高可靠性来满足长大交路持续运行。（2）运营速度高。中国时速300公里及以上高速铁路里程世界最长，主要干线高速铁路均按最高运营速度350km/h设计，复兴号动车组在京沪高铁、京津城际以世界最高运营速度350km/h运行。齿轮箱既要保证在高速运营下密封润滑可靠、温度正常，又要解决高速运营下线路冲击振动大与产品轻量化间的矛盾等因素。（3）线路条件复杂。中国高速铁路坡道、桥梁、隧道等比例高，主要干线高速铁路均采用无砟轨道。据统计武广高铁全长1068.8公里，桥梁684座，隧道226座；西成高铁全长658公里，穿越秦岭山区地段总长135公里，隧道里程高达127公里，且有46公里25‰的长大坡度。桥隧、线路产生的气动力和机械振动对齿轮箱零部件磨损、疲劳、密封润滑等影响显著。（4）运量大。据统计2017年，平均每天超过400万名旅客乘坐高铁出行。高速动车组普遍长时间、长距离、大载荷运行。长期承受高负荷、轮轨间的大冲击对齿轮箱的强度、寿命、可靠性等提出了更高要求。检修维护的特殊性——周期长为提高动车组利用率，降低动车组运用维护成本，中国对动车组齿轮箱的检修维护周期提出了更高要求。齿轮箱需满足长寿命、运用维护便利、全寿命周期成本低等要求。复兴号等主型动车组齿轮箱分解检修周期不短于240万公里。中国高速动车组齿轮箱发展展望产品和技术的发展都有其目的性，如获得市场订单，满足客户对产品性能、全寿命周期成本、使用方便性的需求，新技术的应用等，高铁齿轮箱技术后续将从更高性能提升、健康管理（PHM）、智能化，设计水平和手段提升，结合绿色、环保、经济的发展理念等方向发展。对于高速动车组齿轮箱，高速是一个永恒的主题。目前动车组齿轮箱世界最高运营速度为350km/h，要想实现时速400km及以上的运营速度，势必要改变轴承型式、更精确合理控制润滑等来提升轴承工作转速，提高轮齿精度、优化修形等提升啮合平稳性，设计刚性更好的材料和结构来提升整体刚性，研究齿轮箱振动响应特性，并从设计源头降低外部振动载荷对传动平稳性的影响。另外，针对特定线路、环境的项目也是今后一个时期的研发重点，比如说-50℃极高寒，高风沙，高海拔等环境下，就需要对齿轮箱的润滑密封，可靠性，以及特定条件的磨损受力件的失效情况着重研究，随着一带一路的需求增加，适应自动变轨距转向架的齿轮箱也是一个研发方向。健康管理（PHM）对于齿轮箱来说也是一个必须开展的课题。虽然很多人都在做，但是真正具备条件的就是中国高铁，因为我们有足够的样本，不同齿轮箱、不同里程、不同线路、不同运用环境，足够多的在线数据和拆解数据等等。与此同时，随着各种传感技术的发展，将研究在适应目前运用、安装、列车控制等模式下，采用除温度外，增加振动、应力应变、油品在线监测等手段以得到更有效在线运用信息。大量的在线数据和有效的仿真、试验结合，将有助于建立更科学准确的健康模型。未来我们有理由相信齿轮箱将是具备自检测、自诊断、自决策的智能产品，同时动车组轮对的运维方式也将发生变革，齿轮箱可以从现在的定期检修变为状态检修，这有利于延长检修周期，降低全寿命周期成本。此外，可靠性设计水平也是重点研究方向。目前，齿轮箱试验过程包括线路试验和台架试验，线路试验时间长成本高，且受现场诸多因素限制，不一定与预期设定的要素完全吻合，而台架试验目前还有些局限，还不能很好的与现车状态吻合。仿真分析同样有类似的问题。针对高铁齿轮箱这种特殊运行条件的产品，在取得大量线路数据的同时，还应该研究实验装备和试验方法，如激振试验台来研究齿轮箱的振动响应规律；如轴承、齿轮等零部件试验台，来研究主要部件疲劳特性，磨损演变过程和不同阶段的表征。与此同时，对仿真计算模型做进一步优化并匹配相关参数，真正做到台架试验完全代替线路试验，甚至通过仿真分析来代替台架试验，将大大降低设计周期和成本并提升产品可靠性。绿色、环保、经济的发展理念同样是指导技术提升的准则，齿轮箱产品和技术的发展同样需要贯穿这些理念，如研究新的齿轮修形，提升精度，采用新的箱体涂层等方式降低噪音，采用更轻的、造价更低的材料替代现有材料，如镁合金箱体，采用更环保的涂装，更环保铸造热处理等工艺技术，如采用金属型代替砂型铸造等。结语发展高速铁路，符合经济社会发展需要，对于构建现代化综合交通运输体系，实施可持续发展战略，建设创新型国家具有重要作用。中国高速铁路及关键装备经历了自主探索、引进消化吸收、全面自主研发等阶段，现已系统掌握了动车组总成、车体、转向架等核心关键技术。高速动车组及关键装备已成为中国制造的一张靓丽名片。齿轮箱作为高速动车组转向架上的关键部件，有着特定的运用环境和运行工况，其设计要求和运用特点都具有特殊性，是一种多目标综合优化的产品。高速铁路技术仍在不断发展，高速动车组齿轮传动技术方兴未艾。中国高铁齿轮传动技术的发展和进步将为动车组关键装备这张中国“黄金名片”添砖加瓦。第一作者简介