應(yīng)用航天技術(shù)轉(zhuǎn)化高性能鋼鋁復(fù)合接觸軌

● 文 |北京衛(wèi)星制造廠有限公司 太錦善 吳國金 劉堯 余智偉

一、引言

北京衛(wèi)星制造廠有限公司（2017年11月6日，“北京衛(wèi)星制造廠”更名為“北京衛(wèi)星制造廠有限公司”）在航天器研制過程中積累了大量的工程技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，借助結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性分析、焊接技術(shù)和成型加工等技術(shù)，成功地將先進(jìn)的自動(dòng)焊接設(shè)備及成套自動(dòng)焊接工藝應(yīng)用于中國核電站主管道自動(dòng)焊接。在此基礎(chǔ)上，利用航天器密封艙體焊接技術(shù)和精密成型技術(shù)以及成功向核電市場轉(zhuǎn)化的經(jīng)驗(yàn)，研制了城市軌道交通供電產(chǎn)品鋼鋁復(fù)合接觸軌，并成功地將產(chǎn)品推向市場，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)有效的產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。

鋼鋁復(fù)合接觸軌相較于傳統(tǒng)的低碳鋼接觸軌，因其導(dǎo)電率高、損耗小、單位質(zhì)量輕便于施工和易維護(hù)使用壽命長等特點(diǎn)，得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

二、先進(jìn)技術(shù)的成功轉(zhuǎn)化

1.技術(shù)轉(zhuǎn)化

航天器密封艙體焊接技術(shù)是北京衛(wèi)星制造廠有限公司的關(guān)鍵技術(shù)之一。北京衛(wèi)星制造廠有限公司根據(jù)國內(nèi)核電用戶的具體要求，充分利用航天的非標(biāo)制造技術(shù)，對(duì)加拿大利寶地（Liburdi）公司的自動(dòng)焊接設(shè)備進(jìn)行了適應(yīng)性的改進(jìn)、補(bǔ)充設(shè)計(jì)和完善，使之完全適用于我國核電建設(shè)的需求，實(shí)現(xiàn)了“硬件”的適配。同時(shí)，針對(duì)我國核電產(chǎn)品的焊接特點(diǎn)，開發(fā)了整套的核電主管道自動(dòng)焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了“軟件”的適配。改進(jìn)后的設(shè)備和工藝成功應(yīng)用于中國核電站主管道自動(dòng)焊接，特別是在核電站主管道最關(guān)鍵也是難度最大的U1口的焊接工作中，優(yōu)化設(shè)計(jì)，改造了U1口焊接機(jī)頭和軌道，并開發(fā)了工藝程序，為中廣核工程有限公司等用戶提供了設(shè)備、工藝、服務(wù)“一條龍”“一站式”的系統(tǒng)服務(wù)。在隨后兩年的時(shí)間內(nèi)，北京衛(wèi)星制造廠有限公司向中廣核工程有限公司、中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司等單位銷售了70余臺(tái)套自動(dòng)焊接設(shè)備，并提供了全方位的技術(shù)服務(wù)，該設(shè)備和技術(shù)服務(wù)已成功應(yīng)用于寧德核電站、秦山核電站等核電站的建設(shè)中。

這是航天技術(shù)向民用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的成功案例，使航天技術(shù)與中國核電建設(shè)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。

2.迅速轉(zhuǎn)型

2011年3月，日本福島核電站發(fā)生泄漏事故，此次事故對(duì)世界核電建設(shè)影響巨大，我國核電建設(shè)也受到了很大的沖擊，核電站建設(shè)全面停工，核電市場拓展受挫。面對(duì)該事件的不利影響，北京衛(wèi)星制造廠有限公司利用現(xiàn)有焊接技術(shù)和精密成型技術(shù)，并借助成功向核電市場轉(zhuǎn)化的經(jīng)驗(yàn)，于2011年底開始將發(fā)展的目標(biāo)鎖定在軌道交通建設(shè)供電產(chǎn)品領(lǐng)域。

城市軌道交通的供電方式主要分為架空式接觸網(wǎng)和接觸軌供電兩種。鋼鋁復(fù)合接觸軌及其附件一般是剛性固定安裝在走行軌旁車輛限界之外，因此也被稱為“第三軌”。車輛的受流器（集電靴）通過與其的緊密接觸貼合將電能傳送到電力牽引車輛上。由于接觸軌供電系統(tǒng)不會(huì)影響城市景觀且后續(xù)運(yùn)營維護(hù)成本較低，越來越多的城市軌道項(xiàng)目開始采用接觸軌供電方式。

（1）二次技術(shù)轉(zhuǎn)化

通過大量的市場調(diào)研和產(chǎn)品分析，北京衛(wèi)星制造廠有限公司自2012年3月啟動(dòng)了鋼鋁復(fù)合接觸軌項(xiàng)目的研制，在項(xiàng)目立項(xiàng)過程中，充分利用航天的技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)行技術(shù)可行性論證和分析，充分分析了目前市場現(xiàn)有的產(chǎn)品形式和特點(diǎn)，最終確定了產(chǎn)品形式；在項(xiàng)目研制過程中，也充分利用航天的技術(shù)優(yōu)勢以提升鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，并成功將艙體鋁合金零部件成型技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)電軌的鋼帶成型技術(shù)中；將艙體裝配技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)電軌的焊接裝配技術(shù)中；將神舟十號(hào)艙體法蘭鋁合金氬弧自動(dòng)焊接技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)電軌的鋼鋁復(fù)合焊接技術(shù)中，成功將航天技術(shù)轉(zhuǎn)化到航天技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。通過航天技術(shù)的轉(zhuǎn)化，提升了接觸軌異種金屬的結(jié)合強(qiáng)度，延長了產(chǎn)品壽命，極大地降低電能在傳輸過程中的損耗。保證了鋼鋁焊接連接可靠性不受磨耗量影響，并保證全壽命周期內(nèi)永久連接，進(jìn)而保證產(chǎn)品生命周期內(nèi)的質(zhì)量可靠性。通過采用自動(dòng)焊接技術(shù)，提升了工作效率，并且減輕了產(chǎn)品質(zhì)量，易于安裝。航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)了向城市軌道交通建設(shè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化，真正實(shí)現(xiàn)了“天地接軌”。

（2）通過鑒定

鋼鋁復(fù)合接觸軌及附件，2012年10月順利通過了中國鐵道科學(xué)研究院的型式試驗(yàn)；2012年11月通過了工藝定型評(píng)審會(huì)；2013年1月，在北京昌平線定泗車輛段成功進(jìn)行試掛，試掛產(chǎn)品性能非常穩(wěn)定；2013年6月，通過由北京科技協(xié)作中心主持的產(chǎn)品鑒定會(huì)，與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和專家對(duì)鋼鋁復(fù)合軌從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、試驗(yàn)檢測、質(zhì)量控制等方面給予高度的評(píng)價(jià)，鑒定組專家一致認(rèn)為研制的系列鋼鋁復(fù)合接觸軌“運(yùn)用制造航天器的先進(jìn)技術(shù)理論和科研成果，加工工藝先進(jìn)，技術(shù)領(lǐng)先，檢驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備完整、先進(jìn)，該系列產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平，可以在城市軌道交通領(lǐng)域推廣應(yīng)用。”此鑒定結(jié)論為國內(nèi)同類產(chǎn)品鑒定的最高評(píng)價(jià)，為鋼鋁復(fù)合接觸軌的市場開拓奠定了良好的基礎(chǔ)。

▲ 鋼鋁復(fù)合接觸軌的截面圖

三、市場的成功拓展

中國航天具有先進(jìn)的技術(shù)，在鋼鋁復(fù)合接觸軌產(chǎn)品中已承載了中國航天先進(jìn)的技術(shù)，承載了中國航天“天地接軌”的責(zé)任與使命，但中國航天缺乏市場開拓的經(jīng)驗(yàn)。市場開拓仍然是擺在面前的一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

2013年4月，北京衛(wèi)星制造廠有限公司與中鐵電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司簽訂了北京車輛廠試車線工程，線路長為1.3km。接觸軌團(tuán)隊(duì)緊密圍繞軌道交通建設(shè)規(guī)劃和計(jì)劃，加強(qiáng)與軌道交通設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營等部門的全方位的密切溝通和交流，2014年4月18日，北京衛(wèi)星制造廠有限公司的鋼鋁復(fù)合接觸軌產(chǎn)品在激烈的市場競爭中，最終贏得了“北京軌道交通燕房線工程鋼鋁復(fù)合接觸軌采購項(xiàng)目”，線路長為21km。在北京燕房線的基礎(chǔ)上，2014年10月，團(tuán)隊(duì)以大量的市場調(diào)研、產(chǎn)品分析和競爭對(duì)手分析為基礎(chǔ)，通過公開招投標(biāo)的方式贏得了“廣州地鐵四號(hào)線南延鋼鋁復(fù)合接觸軌采購項(xiàng)目”。項(xiàng)目全長12.6km，實(shí)現(xiàn)了鋼鋁復(fù)合接觸軌的再次突破，被視為軌道交通建設(shè)供電領(lǐng)域內(nèi)的一匹黑馬。

接觸軌團(tuán)隊(duì)先后在北京、上海、廣州、青島、武漢、無錫等城市共獲得9條線路的建設(shè)任務(wù)，從2014年的一匹黑馬穩(wěn)居到業(yè)內(nèi)排行第二，為中國軌道交通供電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)“國內(nèi)制造”做出了積極貢獻(xiàn)。

四、經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

在核電領(lǐng)域獲得成功的先進(jìn)的自動(dòng)焊接設(shè)備及工藝依靠的是航天的非標(biāo)制造技術(shù)和焊接技術(shù)、工藝和經(jīng)驗(yàn)，在軌道交通領(lǐng)域獲得成功的鋼鋁復(fù)合接觸軌產(chǎn)品依靠的航天焊接技術(shù)和精密成型技術(shù)。

先進(jìn)的自動(dòng)焊接設(shè)備及工藝在核電領(lǐng)域的成功，凸顯了航天非標(biāo)制造技術(shù)結(jié)合焊接技術(shù)、工藝和經(jīng)驗(yàn)的獨(dú)特性和唯一性。非標(biāo)制造技術(shù)并非航天首創(chuàng)，焊接技術(shù)工藝和經(jīng)驗(yàn)也并非航天獨(dú)有，然而同時(shí)具備這兩項(xiàng)技術(shù)，且能將二者融會(huì)貫通并進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，體現(xiàn)了航天技術(shù)的獨(dú)特性和唯一性。

鋼鋁復(fù)合接觸軌產(chǎn)品在軌道交通領(lǐng)域的成功，凸顯了航天技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的高效性。從立項(xiàng)到項(xiàng)目通過鑒定僅用時(shí)1年，從第一條試驗(yàn)線到躍居成為業(yè)內(nèi)排行第二，也僅用了不到2年的時(shí)間。

無論是核電領(lǐng)域還是軌道交通領(lǐng)域都要求產(chǎn)品具有高可靠性，一旦發(fā)生事故均會(huì)造成不可挽回的人員財(cái)產(chǎn)損失。航天技術(shù)的高可靠性，是毋庸置疑的。因此對(duì)于可靠性要求較高的領(lǐng)域，選擇航天技術(shù)轉(zhuǎn)化來解決遇到的技術(shù)或工藝問題是不二選擇。