淺談工程機械行業(yè)齒輪箱國產化及其發(fā)展趨勢

李 荃

南京高精齒輪集團有限公司 江蘇 南京 211100

引言：目前在我國社會發(fā)展中，隨著城市化率的提高，市政工程對工程機械的需求逐年提高。同時在我國“一帶一路”政策下，工程機械也成為基礎建設中不可或缺的一部分。

1.工程機械齒輪箱簡介

工程機械種類繁多，在大多數標準和文獻中，一般經常提及的有如下幾類：

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

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

起重機械：如塔式起重機、隨車起重機、履帶式起重機等。

壓實機械：如輪胎壓路機、光面輪壓路機、振動壓路機、夯實機等。

樁工機械：如水平定向鉆、旋挖鉆、振動打樁機等。

在以上種類繁多的工程機械中，齒輪箱是其中重要的傳動零部件。工程機械行業(yè)的齒輪箱主要包括行走齒輪箱、回轉齒輪箱、卷揚齒輪箱和動力頭齒輪箱。變速箱不在本文的討論范圍之內。

行走齒輪箱主要用于驅動各類履帶式工程機械的行駛、轉彎等動作。對于輪胎式的工程機械，其往往采用車橋加輪邊減速齒輪箱的結構，這種結構不在本文的討論范圍之內。行走齒輪箱的動力來源為液壓馬達，通過行走齒輪箱帶動驅動輪，減小速度提高扭矩，從而實現履帶的運動，并帶動整機行走。對于絕大多數工程機械，均使用一臺行走齒輪箱驅動一側履帶。對于超大噸位的挖機、履帶吊等機械，也可能使用兩臺行走齒輪箱驅動一側履帶的結構。

回轉齒輪箱主要用于各種工程機械的轉向動作。其動力來源為回轉液壓馬達，通過回轉齒輪箱減小速度提高扭矩，并與開式齒圈相嚙合，由此完成駕駛室、車架等的轉向動作。對于小噸位的工程機械，一般配置一個回轉齒輪箱，而較大噸位的機型，會采用兩個甚至多個回轉齒輪箱的結構。

卷揚齒輪箱主要位于卷筒內部，傳遞卷揚液壓馬達輸入的扭矩，實現減速增扭的功能，并驅動卷筒轉動，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。由于卷筒的結構限制，一個卷筒單側只能安裝一臺齒輪箱，但也有部分新結構，在較長的卷筒兩側配置兩臺卷揚齒輪箱，驅動同一個卷筒。

動力頭齒輪箱一般位于鉆機、盾構機的鉆頭、挖掘等關鍵部位，其應用主要為驅動刀頭、刀盤等機構，直接進行鉆孔、掘進等動作。由于工作時沖擊大，連續(xù)工作時間長、對齒輪箱的可靠性要求較高。

2.工程機械齒輪箱國產化及發(fā)展趨勢

從20世紀末期開始，我國的工程機械齒輪箱開始國產化進程，目前國內已有幾百家齒輪箱廠家可以生產中小規(guī)格的工程機械行走、回轉、卷揚齒輪箱。個別廠家還開發(fā)出小排量馬達產品，從而實現馬達加齒輪箱總成供貨，市場反應較好。對于動力頭齒輪箱，由于體積和重量小、結構緊湊、可靠性要求高、工況惡劣，目前仍然被一些國際品牌（如布雷維尼、邦飛利、卓倫、力士樂等）所壟斷。不過國產品牌目前在盾構刀盤驅動、樁機動力頭等細分行業(yè)也取得了一些進步和突破。

對于國內工程機械行業(yè)的齒輪箱發(fā)展、筆者認為有如下幾個趨勢：

2.1 大型化

多個國內工程機械齒輪箱都是從小型號齒輪箱開始起步，隨著制造技術、研發(fā)水平、使用經驗日益提高、齒輪箱規(guī)格逐漸往中大型化上發(fā)展。從初期模仿一些進口品牌的齒輪箱，到逐漸掌握核心技術，可以自行開發(fā)新規(guī)格齒輪箱。而國內主機廠也在不斷地開發(fā)大規(guī)格的新機型，對齒輪箱承載能力要求越來越高。從全進口齒輪箱，到小規(guī)格國產化，到現在中大規(guī)格也逐漸開始使用國產齒輪箱，筆者認為這是整個工程機械行業(yè)技術進步的結果和方向。

2.2 個性化

對于國內工程機械齒輪箱廠家，絕大多數都是從仿制、替代進口齒輪箱開始起步的。對國產齒輪箱的要求，在十年之前，往往是完全替換進口齒輪箱的外形，不得有任何改變，市場上的國產齒輪箱均為標準品，各廠家產品差異化不明顯。而進口品牌，考慮到產品通用性和生產成本的因素，大多數也不愿意給國內主機廠做定制和改型產品。而隨著國產齒輪箱的發(fā)展，國內的主機廠也敢于對齒輪箱提出新的接口、性能要求，國產齒輪箱廠家也愿意去做差異化和非標產品，使得自己的產品在市場上有一定的差異性，不易被替代。如今國產工程機械齒輪箱產品，從簡單的安裝接口改型、到稍復雜的制動器、馬達調整、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內主機廠的需求。

2.3 電氣化

工程機械雖是城建利器，但也有明顯缺點，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，影響效率。同時由于工作環(huán)境艱苦、噪音振動大，對駕駛員的體力、注意力提出較高要求。近年來，隨著國家對工程機械排放的監(jiān)管漸嚴，以柴油機、純液壓為主的工程機械行業(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。不同于以往柴油機→液壓總泵→液壓馬達→執(zhí)行機構的技術路線，電氣化較新的技術路線有：電池或插電→電動機→執(zhí)行機構、柴油機→發(fā)電機→電池→電動機→執(zhí)行機構等。

電氣化無論哪種技術路線，最終到齒輪箱側的動力源為電動機，而電動機和液壓馬達對行走、回轉、卷揚等齒輪箱的要求并不相同。首先，電機和馬達的接口不同，尤其馬達一般體積較小，而電機較大，在安裝空間有限的情況下，對齒輪箱要求更緊湊、功率密度更高。其次，液壓馬達驅動的齒輪箱一般內嵌摩擦式制動器，而電機驅動的齒輪箱，其制動可以在電機尾部配置電磁制動器，制動效果強于齒輪箱內制動器。最后，液壓馬達由于其結構特性，扭矩較平穩(wěn)，超載能力有限。

3.結束語

對于國內工程機械齒輪箱，經過十余年的發(fā)展，已經在絕大多數領域達到進口產品水平。隨著國內工程機械行業(yè)的發(fā)展，筆者認為國內工程機械齒輪箱市場未來將以主流國產產品為主，輔以少量高技術含量進口齒輪箱。但是我們可以看到，目前國產工程機械齒輪箱對海外市場開拓能力有限，筆者希望未來隨著全球化的進程，國產工程機械齒輪箱盡快進入國際市場，取得更大的進步。