淺談工程機(jī)械行業(yè)齒輪箱國(guó)產(chǎn)化及其發(fā)展趨勢(shì)

李 荃

南京高精齒輪集團(tuán)有限公司 江蘇 南京 211100

引言：目前在我國(guó)社會(huì)發(fā)展中，隨著城市化率的提高，市政工程對(duì)工程機(jī)械的需求逐年提高。同時(shí)在我國(guó)“一帶一路”政策下，工程機(jī)械也成為基礎(chǔ)建設(shè)中不可或缺的一部分。

1.工程機(jī)械齒輪箱簡(jiǎn)介

工程機(jī)械種類繁多，在大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)中，一般經(jīng)常提及的有如下幾類：

挖掘機(jī)械：如單斗挖掘機(jī)（包含履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)）、多斗挖掘機(jī)、盾構(gòu)機(jī)械（包含泥水加壓盾構(gòu)，土壓平衡盾構(gòu)，TBM）等。

鏟土運(yùn)輸機(jī)械：如推土機(jī)（包含輪式推土機(jī)和履帶式推土機(jī)）、裝載機(jī)（包含輪式裝載機(jī)和履帶式裝載機(jī)、平地機(jī)（又可分為自行式平地機(jī)和拖式平地機(jī)）、運(yùn)輸車、平板車和自卸汽車等。

起重機(jī)械：如塔式起重機(jī)、隨車起重機(jī)、履帶式起重機(jī)等。

壓實(shí)機(jī)械：如輪胎壓路機(jī)、光面輪壓路機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、夯實(shí)機(jī)等。

樁工機(jī)械：如水平定向鉆、旋挖鉆、振動(dòng)打樁機(jī)等。

在以上種類繁多的工程機(jī)械中，齒輪箱是其中重要的傳動(dòng)零部件。工程機(jī)械行業(yè)的齒輪箱主要包括行走齒輪箱、回轉(zhuǎn)齒輪箱、卷?yè)P(yáng)齒輪箱和動(dòng)力頭齒輪箱。變速箱不在本文的討論范圍之內(nèi)。

行走齒輪箱主要用于驅(qū)動(dòng)各類履帶式工程機(jī)械的行駛、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。對(duì)于輪胎式的工程機(jī)械，其往往采用車橋加輪邊減速齒輪箱的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不在本文的討論范圍之內(nèi)。行走齒輪箱的動(dòng)力來(lái)源為液壓馬達(dá)，通過(guò)行走齒輪箱帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，減小速度提高扭矩，從而實(shí)現(xiàn)履帶的運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)整機(jī)行走。對(duì)于絕大多數(shù)工程機(jī)械，均使用一臺(tái)行走齒輪箱驅(qū)動(dòng)一側(cè)履帶。對(duì)于超大噸位的挖機(jī)、履帶吊等機(jī)械，也可能使用兩臺(tái)行走齒輪箱驅(qū)動(dòng)一側(cè)履帶的結(jié)構(gòu)。

回轉(zhuǎn)齒輪箱主要用于各種工程機(jī)械的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。其動(dòng)力來(lái)源為回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，通過(guò)回轉(zhuǎn)齒輪箱減小速度提高扭矩，并與開(kāi)式齒圈相嚙合，由此完成駕駛室、車架等的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。對(duì)于小噸位的工程機(jī)械，一般配置一個(gè)回轉(zhuǎn)齒輪箱，而較大噸位的機(jī)型，會(huì)采用兩個(gè)甚至多個(gè)回轉(zhuǎn)齒輪箱的結(jié)構(gòu)。

卷?yè)P(yáng)齒輪箱主要位于卷筒內(nèi)部，傳遞卷?yè)P(yáng)液壓馬達(dá)輸入的扭矩，實(shí)現(xiàn)減速增扭的功能，并驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒上的鋼絲繩或者鏈條可以垂直提升、水平或傾斜拽引重物。由于卷筒的結(jié)構(gòu)限制，一個(gè)卷筒單側(cè)只能安裝一臺(tái)齒輪箱，但也有部分新結(jié)構(gòu)，在較長(zhǎng)的卷筒兩側(cè)配置兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)齒輪箱，驅(qū)動(dòng)同一個(gè)卷筒。

動(dòng)力頭齒輪箱一般位于鉆機(jī)、盾構(gòu)機(jī)的鉆頭、挖掘等關(guān)鍵部位，其應(yīng)用主要為驅(qū)動(dòng)刀頭、刀盤(pán)等機(jī)構(gòu)，直接進(jìn)行鉆孔、掘進(jìn)等動(dòng)作。由于工作時(shí)沖擊大，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)齒輪箱的可靠性要求較高。

2.工程機(jī)械齒輪箱國(guó)產(chǎn)化及發(fā)展趨勢(shì)

從20世紀(jì)末期開(kāi)始，我國(guó)的工程機(jī)械齒輪箱開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，目前國(guó)內(nèi)已有幾百家齒輪箱廠家可以生產(chǎn)中小規(guī)格的工程機(jī)械行走、回轉(zhuǎn)、卷?yè)P(yáng)齒輪箱。個(gè)別廠家還開(kāi)發(fā)出小排量馬達(dá)產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)加齒輪箱總成供貨，市場(chǎng)反應(yīng)較好。對(duì)于動(dòng)力頭齒輪箱，由于體積和重量小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性要求高、工況惡劣，目前仍然被一些國(guó)際品牌（如布雷維尼、邦飛利、卓倫、力士樂(lè)等）所壟斷。不過(guò)國(guó)產(chǎn)品牌目前在盾構(gòu)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)、樁機(jī)動(dòng)力頭等細(xì)分行業(yè)也取得了一些進(jìn)步和突破。

對(duì)于國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的齒輪箱發(fā)展、筆者認(rèn)為有如下幾個(gè)趨勢(shì)：

2.1 大型化

多個(gè)國(guó)內(nèi)工程機(jī)械齒輪箱都是從小型號(hào)齒輪箱開(kāi)始起步，隨著制造技術(shù)、研發(fā)水平、使用經(jīng)驗(yàn)日益提高、齒輪箱規(guī)格逐漸往中大型化上發(fā)展。從初期模仿一些進(jìn)口品牌的齒輪箱，到逐漸掌握核心技術(shù)，可以自行開(kāi)發(fā)新規(guī)格齒輪箱。而國(guó)內(nèi)主機(jī)廠也在不斷地開(kāi)發(fā)大規(guī)格的新機(jī)型，對(duì)齒輪箱承載能力要求越來(lái)越高。從全進(jìn)口齒輪箱，到小規(guī)格國(guó)產(chǎn)化，到現(xiàn)在中大規(guī)格也逐漸開(kāi)始使用國(guó)產(chǎn)齒輪箱，筆者認(rèn)為這是整個(gè)工程機(jī)械行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果和方向。

2.2 個(gè)性化

對(duì)于國(guó)內(nèi)工程機(jī)械齒輪箱廠家，絕大多數(shù)都是從仿制、替代進(jìn)口齒輪箱開(kāi)始起步的。對(duì)國(guó)產(chǎn)齒輪箱的要求，在十年之前，往往是完全替換進(jìn)口齒輪箱的外形，不得有任何改變，市場(chǎng)上的國(guó)產(chǎn)齒輪箱均為標(biāo)準(zhǔn)品，各廠家產(chǎn)品差異化不明顯。而進(jìn)口品牌，考慮到產(chǎn)品通用性和生產(chǎn)成本的因素，大多數(shù)也不愿意給國(guó)內(nèi)主機(jī)廠做定制和改型產(chǎn)品。而隨著國(guó)產(chǎn)齒輪箱的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠也敢于對(duì)齒輪箱提出新的接口、性能要求，國(guó)產(chǎn)齒輪箱廠家也愿意去做差異化和非標(biāo)產(chǎn)品，使得自己的產(chǎn)品在市場(chǎng)上有一定的差異性，不易被替代。如今國(guó)產(chǎn)工程機(jī)械齒輪箱產(chǎn)品，從簡(jiǎn)單的安裝接口改型、到稍復(fù)雜的制動(dòng)器、馬達(dá)調(diào)整、甚至帶循環(huán)油、循環(huán)水冷卻、帶監(jiān)控等各種配置層出不窮，從最大程度上滿足的國(guó)內(nèi)主機(jī)廠的需求。

2.3 電氣化

工程機(jī)械雖是城建利器，但也有明顯缺點(diǎn)，如噪音、尾氣污染、漏油污染、舒適性差等。尤其是市政工程，工程機(jī)械的使用讓周圍居民痛苦不堪，夜間由于噪音大也只得停機(jī)，影響效率。同時(shí)由于工作環(huán)境艱苦、噪音振動(dòng)大，對(duì)駕駛員的體力、注意力提出較高要求。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)工程機(jī)械排放的監(jiān)管漸嚴(yán)，以柴油機(jī)、純液壓為主的工程機(jī)械行業(yè)發(fā)生了一些變化。電氣化逐漸成為行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。不同于以往柴油機(jī)→液壓總泵→液壓馬達(dá)→執(zhí)行機(jī)構(gòu)的技術(shù)路線，電氣化較新的技術(shù)路線有：電池或插電→電動(dòng)機(jī)→執(zhí)行機(jī)構(gòu)、柴油機(jī)→發(fā)電機(jī)→電池→電動(dòng)機(jī)→執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

電氣化無(wú)論哪種技術(shù)路線，最終到齒輪箱側(cè)的動(dòng)力源為電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)對(duì)行走、回轉(zhuǎn)、卷?yè)P(yáng)等齒輪箱的要求并不相同。首先，電機(jī)和馬達(dá)的接口不同，尤其馬達(dá)一般體積較小，而電機(jī)較大，在安裝空間有限的情況下，對(duì)齒輪箱要求更緊湊、功率密度更高。其次，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的齒輪箱一般內(nèi)嵌摩擦式制動(dòng)器，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪箱，其制動(dòng)可以在電機(jī)尾部配置電磁制動(dòng)器，制動(dòng)效果強(qiáng)于齒輪箱內(nèi)制動(dòng)器。最后，液壓馬達(dá)由于其結(jié)構(gòu)特性，扭矩較平穩(wěn)，超載能力有限。

3.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于國(guó)內(nèi)工程機(jī)械齒輪箱，經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，已經(jīng)在絕大多數(shù)領(lǐng)域達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品水平。隨著國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，筆者認(rèn)為國(guó)內(nèi)工程機(jī)械齒輪箱市場(chǎng)未來(lái)將以主流國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品為主，輔以少量高技術(shù)含量進(jìn)口齒輪箱。但是我們可以看到，目前國(guó)產(chǎn)工程機(jī)械齒輪箱對(duì)海外市場(chǎng)開(kāi)拓能力有限，筆者希望未來(lái)隨著全球化的進(jìn)程，國(guó)產(chǎn)工程機(jī)械齒輪箱盡快進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，取得更大的進(jìn)步。