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齿轮行业发展战略与目标

发布时间:

2015-03-25 09:44

文章内容来源于《中国齿轮工业年鉴2014》第一章 综述  1.1我国齿轮行业发展战略与目标,详细信息请查阅《中国齿轮工业年鉴2014》版。

作为核心机械基础件,齿轮是重大装备和主机的核心和基础,广泛应用于汽车、能源装备、航空航天、高速列车、海洋工程、智能制造装备等行业和领域,其质量和性能决定了装备的性能和可靠性。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将齿轮等基础件列为第26优先主题;国务院《装备制造业调整和振兴规划》不但把汽车变速器列为九大产业的重点项目,而且明确要提升高精度齿轮传动装置等基础部件的制造水平。

一、发展现状

齿轮产业已成为机械通用基础件中规模最大的产业。在装备制造业快速发展的拉动下,我国齿轮产业得到了迅速发展,形成了门类齐全、能满足主机行业一般配套需求的生产体系,为装备制造业发展提供了重要的支撑和保障。规模以上齿轮制造企业1000多家,骨干齿轮企业300多家,重点企业的产量、销售额占全行业的75%以上。2013年齿轮产品的销售额达到2080亿元,约占机械通用零部件总销售额的60.5%。

关键技术研究不断深入,产品配套能力不断增强。近年来,围绕风电、船舶、高速列车等装备用高端齿轮产品以及汽车自动变速器展开研究,部分研究取得重大突破,不少成果已经实现产业化,不少产品满足了我国重点工程和重大装备的配套需求。例如,北京维艾迪汽车科技有限公司等研发的汽车活齿无级变速器,技术上有重大创新,正在进行产业化研究;郑州机械研究所等单位研发的百万千瓦核电站循环泵用大型行星齿轮箱已经实现小批量生产,能够替代进口;南京高精传动设备制造集团公司开发的兆瓦级风电齿轮箱已经大批量生产,不但基本满足国内市场需求,而且产品已批量出口。

我国高端齿轮产品仍需要大量进口,进出口逆差居高不下。虽然我国齿轮产品正经历从中低端向高端的转变,少数高端产品已达到国际先进水平。但是,我国齿轮产品在功率密度、可靠性和寿命上与国际先进水平仍存在较大差距,汽车自动变速器、机器人RV减速器、高铁齿轮传动装置、工程机械变速箱等高端齿轮产品仍依赖进口,对外贸易逆差居高不下。2013年我国齿轮产品进口额高达135.76亿美元,贸易逆差高达82.61亿美元。

二、存在的主要问题

1.基础研究和基础数据匮乏

缺乏对齿轮材料的疲劳极限应力、金相组织图谱等相关的基础试验研究,缺乏新齿形研究、载荷谱测试、加工工艺研究等基础研究,使得产品设计和制造缺少数据支撑。另外,专业软件开发和应用滞后,多学科综合设计技术和手段落后。

2.缺乏技术创新和试验测试服务平台

一是缺乏面向全行业的齿轮共性技术和前沿技术研究开发、重要科技成果转化及工程化应用研究的创新平台;二是缺乏为行业提供产品性能试验测试的服务平台,缺乏指导齿轮及其传动装置设计、制造改进和可靠性提升的测试评价服务体系。

3.自主创新能力薄弱,核心技术受制于人

齿轮行业自主创新能力薄弱已成为发展中的突出矛盾,产业核心技术匮乏已成为制约产业结构调整的关键瓶颈。我国高性能齿轮产品制造能力不足,高端产品大量依赖进口,核心技术受制于人。与国外先进水平相比,齿轮产品研发周期是国外同类产品的2~3倍,新产品贡献率为国外的1/10,总体技术水平落后国外10年左右。

4.产业结构不合理,中低端产品产能严重过剩

齿轮行业中低档产品约占比90%,高档产品仅占10%,低层次重复建设、同质化恶性竞争逐渐加剧,中低端产品产能严重过剩而形成竞争激烈,致使相当一部分企业同业之间互相压价,使许多小企业难以形成自主创新能力,处于生存的边缘。

5.中小企业融资难,税费负担重

中小型齿轮企业面临着融资困难、税费负担重等困境,致使抗风险能力极弱,企业发展举步维艰。

6.齿轮产品生产效率低,质量稳定性差

尽管我国进口了不少高档齿轮制造装备,但由于刀具和装备使用、制造工艺、生产管理等方面的差距,造成产品的质量稳定性差,生产效率低,能耗高。

7.标准化工作亟待加强

我国齿轮行业因标准化投入少等原因,造成适用标准少,贯标率低,不能满足产业发展的需要。我国大多数齿轮标准从国外标准转化而来,基础数据缺乏验证,一些关键数据与国内技术水平不相适应。

8.高层次技术人员匮乏,人员素质亟待提升

齿轮产业是技术和资金密集型产业,目前高层次开发人员、工艺人员和技术工人普遍缺乏,人员素质亟待提升。其主要原因,一是目前高等院校极少设有齿轮专业,高职高专也很少具备培养齿轮机加工和热处理人员的条件,而且绝大多数学生实习流于形式,使得学生参加工作时几乎没有掌握齿轮方面的知识和技术;二是全行业缺乏人才在职培养、培训的环境和条件,而且齿轮技术人员和技术工人的培养周期较长。

三、发展趋势

1.齿轮基础数据库不断完善

由于齿轮产品设计和制造缺乏关键支撑数据,导致我们的产品在功率密度、可靠性、振动噪声等指标上与国外差距很大。因此,齿轮材料的疲劳极限应力、金相组织图谱、载荷谱、制造工艺参数等基础数据库将不断更新完善。

2.设计与制造技术发展趋势

为解决我国齿轮产品寿命短、功率密度低、可靠性低等问题,机电液复合传动设计技术、功率分流与余度设计技术、减振降噪技术、抗疲劳制造技术、齿坯近净成形技术、齿轮干切及超硬加工技术、齿轮轮齿精密修形技术与齿轮热处理畸变控制技术等关键技术将成为发展趋势。

3.密封与润滑技术发展趋势

除了研究液体润滑技术外,固体润滑、气体润滑及自润滑技术将成为特种齿轮传动润滑技术的突破点;优性能、长寿命密封技术和密封件的开发及应用将成为未来密封技术研发的重点。

4.齿轮产品发展趋势

随着我国高端装备水平的不断提升,主机对配套齿轮性能的要求越来越高,齿轮产品不仅需要满足高强度,还要能在恶劣的工况下具备高可靠性,因此未来齿轮产品将向着高精度、高功率密度、高可靠性、高效率、长寿命、低噪声、高质量稳定性的方向发展。另外,齿轮产品设计制造正向着数字化、模块化、绿色化、智能化的方向发展,并日趋国际化。

5.齿轮制造装备发展趋势

直驱技术将推动数控机床的结构改变和性能提高,因此直驱技术的应用将越来越多。
机床高速化、加工高效化、绿色环保化是未来重要的发展趋势。例如,滚齿切削速度提高到500~600m/min,切削走刀速度提高到20mm/r,主轴的最高转速达到5500r/min,工作台最高转速达到800r/min等。

机床自动化、智能化。新型机床广泛应用数字化技术、传感器技术、信息技术和网络控制技术,使得机床朝着智能化、自动化的方向发展。机床普遍配置柔性上下料装置,使机床自动化程度进一步提高。

机床复合化、生产线化。在一台机床上完成车削、钻削、铣削、攻丝及滚齿加工等。

四、发展目标

到2025年,实现以下主要目标。

1.创新能力显著增强

齿轮行业建成具有持续创新能力的技术创新体系,突破一批核心技术,形成一些国际知名品牌和专利,标准及认证体系与国际全面接轨,造就几个具有国际竞争力的跨国企业,创新能力和国际竞争力处于国际先进水平。

2.齿轮产品配套能力和出口能力全面提升

高端齿轮产品制造能力大幅提升,产品性能和质量总体达到国际先进水平,部分达到国际领先水平,齿轮产品基本满足国内重点装备及大型工程配套需求。高端齿轮产品出口额显著提升,进口额大幅降低,进出口贸易由巨额逆差变为顺差。

3.产业结构得到全面优化

推进齿轮产业结构调整,2-3家企业进入齿轮世界10强,一批“专、精、特、新”企业稳步发展;提高产业集中度,形成数个具有国际竞争力的齿轮产业积聚区。

4.节能节材成效突出

齿轮近净成形、干切削、超硬加工、超精加工等先进技术全面推广应用,齿轮材料利用率提高35%,生产效率提高50%,能耗大幅度降低;齿轮传动功率损耗减小30%。

五、需要突破的重点产品与技术

1.需要突破的重点产品

汽车自动变速器、混合动力与纯电动汽车自动变速器;时速≥350km/h的高速机车齿轮传动装置;功率550kw、寿命15000h掘进机齿轮传动装置;传递功率350kw大型电液动力换档变速器;大型露天矿挖掘机和自卸车用液力变速器;机器人精密RV减速器;无滑差大型多元变速传动装置;线速度≥300m/s的齿轮传动装置;功率6000~9000kw、寿命20年高转速大功率齿轮调速装置;模数<0.05mm微型齿轮传动装置;军舰和船用大型齿轮传动装置;寿命≥10000h军用直升机齿轮传动装置,航空、航天用高端齿轮传动装置等。

2.需要攻克的关键技术

基于服役条件下的齿轮传动装置轻量化设计制造技术,齿轮长寿命抗疲劳制造技术,齿轮表面改性技术,齿轮传动减振降噪技术,齿轮净成形绿色制造技术,超硬干切技术,齿轮再制造技术,齿轮传动装置运行状态智能诊断与维护技术等。

六、主要战略举措 

1.加强自主创新,优化产业和产品结构

加强技术创新与体制机制创新,解决创新人才短缺、创新投入不足等矛盾与问题,强化企业在技术创新中的主体地位,提高企业知识产权的创造、保护、运用和管理能力。产业结构和产品结构不合理的重要原因是缺乏核心技术自主知识产权和世界知名品牌,是自主创新能力不强。

通过自主创新,促使大型企业做大做强,中小企业走“专、精、特、新”的发展道路,鼓励小企业进入大企业进而拉长产业链,形成大型企业集团与中小企业优势互补、协调发展的产业格局。齿轮产品要突破高端,做好中端,提升低端,形成合理的产品结构。

2.加强研发和服务平台建设

依托相关科研院所和大型企业,建立国家级的齿轮基础技术和前沿技术研究、重要新产品研发、重大科技成果工程化、技术推广应用的创新和技术服务平台,推进我国齿轮传动技术发展。

利用现有检测试验资源,建设第三方齿轮技术公共服务平台和齿轮产品公共检测试验与评价平台,开展产品强化试验、可靠性和寿命测试试验、产品质量检测及评价,形成专业化的试验检测和评价服务能力。

3. 推进信息化与工业化深度融合

推进企业在产品设计、生产过程、物流管理、销售与服务管理、财务管理等环节的信息化。建立齿轮产业企业与上游供应商和下游主机企业之间持续改进、及时响应的客户关系和供应链管理系统,实现产业链上下游信息共享和业务协作。

利用数控技术改造传统产业,推动齿轮行业应用现代先进制造技术、智能制造技术、绿色制造技术,建立产品质量稳定的自动化、智能化制造系统和在线监测系统,提高齿轮产品品质和质量稳定性,推广产品制造服务全生命周期的系统管理。实现信息化与工业化深度融合,培育一批两化融合示范企业。

4.建立先进完善的齿轮标准化体系

发挥齿轮协会和齿轮标委会的作用,组织业内企业、院所、高校研究制定齿轮标准化规划和实施方案。发挥标准化手段对规范市场的基础性作用,加强标准制定、标准宣贯,促进齿轮新产品、新材料、新工艺的推广应用。跟踪国际先进技术发展趋势,注重与国际标准接轨,积极参与国际标准制、修订工作,从整体上提升行业水平,促进自主创新产品进入国际市场。加强产需企业间的沟通交流,实现齿轮上下游的标准对接,保证标准要求的协调一致性。另外,既要将有代表性的标准推向国际,又要加快国外先进标准向国内转化。

5.解决中小企业融资难问题

发挥齿轮协会及创新服务平台的作用,整合行业资源,寻求政府与金融机构的支持,通过做好以下工作,解决中小企业融资难问题。一是提高中小企业自身素质,加强信用制度建设;二是建立齿轮行业发展基金,开发适合中小企业的金融工具;三是加大对中小企业的财税扶持力度;四是加快中小企业技术进步和结构调整,支持中小企业提高技术创新能力和产品质量,支持中小企业采用新技术、新工艺、新设备、新材料进行技术改造,鼓励中小企业与大型企业开展多种形式的经济技术合作,建立稳定的供应、生产、销售等协作关系。

[撰稿人:郑州机械研究所 王长路  王伟功  审稿人:王声堂]

王长路,研究员,博士生导师,郑州机械研究所副所长,郑州高端装备与信息产业技术研究院院长,国务院政府特贴专家、国家科学技术奖励评审专家、中国机械工业科学技术奖评审专家,全国齿轮标准化技术委员会主任委员、中国机械通用零部件工业协会副理事长、齿轮分会(CGMA)副会长兼秘书长、中国机械工程学会机械传动分会副主任委员、齿轮行业生产力促进中心主任、河南省铸锻工业协会副会长、河南省机械工程学会副理事长、河南省学位委员会委员、《机械强度》核心期刊主编。主持完成国家级科研项目12项,省部级科研项目15项,获得科技奖励28项,发表论文47篇,出版专著5部。