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时间:2022-12-01 21:06:21 作者:yvz6q4srzy 浏览量:59350

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印度造高铁,结果还得跟中国买轮子,高铁车轮有多难造?。。。。

《军武次位面》作者:紫电



▲高铁资料图

印度,被称为“火车轮子上的国家”。作为亚洲最早拥有铁路系统的国家,印度铁路的全部总里程超过67000公里,每天要承载1.4万辆火车、2300万人次和300万吨的货物,铁路对于印度的重要性不言而喻。


▲这种场景今天已经很难看到了

很多网友都看过印度火车“外挂”乘客的图片,这样的场景现在已经很少,但受限于印度的经济情况,印度铁路的发展状况仍然很差。特别是作为世界第四,亚洲第二的铁路大国,印度至今也没有一条真正意义上的高速铁路,半高速铁路的建设也严重依赖进口。


▲印度现役最快的列车,时速不过160千米

近年来,中印两国发生了不少摩擦,再加上印度媒体的渲染,印度民间的反华情绪日益高涨,印度与中国的贸易也受到了不小的冲击。但就在前段时间,由于俄乌冲突爆发,印度向乌克兰企业订购的3.9万对车轮无法交货,只能改为向中国订购。在铁路这种重要订单上,如果有其他选择,印度是无论如何也不会买中国货的。


▲印度这么大一个国家,连火车轮子也造不出来吗?

虽然印度制造一直被大家看做是笑柄,但印度毕竟也是个大国,连航母、飞机都能造,难道造不出火车轮子吗?其实,火车车轮,特别是高铁车轮的制造难度,超出了很多人的想象。不要说印度,对于中国也是个难题。

高铁车轮,究竟难在哪里?

火车的车轮看起来是实心的,结构比较简单,但在加工上却非常复杂。火车在行驶过程中要沿着轨道前进,不需要人来控制方向,但同样有转弯的需求。而火车的转弯,就需要通过车轮来完成。


▲火车的车轮固定在转向架上

火车的每一节车厢下方都设置有转向架,一般来说,一节车厢需要两个转向架,而每个转向架安装有2对车轮。当火车通过弯道时,由于两侧铁轨的高度和长度不同,车轮的转动方向也随之变化,带动转向架旋转,完成转弯过程。


▲火车行驶时,通过转向架带动转弯

在这个过程中,车轮要承受车轮的载荷,又要承受转弯时的复杂应力环境,再加上高速行驶过程中的摩擦,火车车轮的工作环境极端恶劣,必须拥有极高的强度。而在列车车速上升后,车轮的受力会以指数式迅速增长,因此高铁车轮的要求远高于普通铁路。


▲车轮在转弯时其实是倾斜的

对于高铁车轮来说,最大的难点在于保证车轮与铁轨的接触面——踏面的完整。在火车的启动和制动阶段,踏面与铁轨之间会不可避免得产生滑动现象,而高速滑动时的摩擦会产生上千度的高温。在这样的温度下,踏面很容易被破坏,导致表面的材料剥离崩落。


▲“掉块”现象是困扰国产车轮的一大问题

一旦车轮的踏面发射崩落,就会影响车轮的一致性,加剧行驶中的振动。这样的振动不仅影响列车的平稳行驶,发出噪音,还会降低列车各部分零件和铁轨的寿。此外,在恶劣工况下长期运转,高铁车轮还将面临磨损和热裂现象的威胁。这些问题轻则造成列车提前报废,重则会引发重大安全事故。


▲ICE-1高速列车

1998年6月3日,从德国慕尼黑驶向汉堡的ICE-1高速列车在行驶过程中突然发生脱轨,导致了严重事故。列车上搭载的400名乘客中,101人死亡,105人受伤。在此之前,ICE-1列车已经维持了7年的安全形势,从未发生任何事故。


▲这是历史上伤亡率最高的铁路事故

经过对事故现场的详细勘测,调查团队得出结论:ICE-1列车的车轮设计存在严重缺陷,车轮的钢圈在使用中由于金属疲劳断裂,直接插入了车体,并且与铁轨发生了刮擦,导致列车脱离轨道。小小一个车轮的损坏,就能引发如此恐怖的事故。

不申报专利,不发表论文,不接受参观交流

由于日本和欧洲国家在高铁行业起步很早,早在1963年,日本就开通了第一条时速超过200公里的铁路,拥有丰富的相关开发经验,对于高铁车轮的生产技术也有着充分研究。


▲ICE-1事故的原因就是车轮设计存在缺陷

为了保证高铁车轮的安全性,车轮的内部结构必须高度一致,哪怕是0.2毫米的内部缺陷也可能造成车轮的开裂。相比普通火车车轮,高铁车轮对于钢材性能、铸造方式、杂质含量等都有着极高的要求。


▲能够独立生产高铁车轮的国家少之又少

通常来说,高铁车轮是由一整块钢坯制造而成的,经过切割的高温钢坯被送入模具锻压,成型后再进行热处理和进一步的加工,才能加工为成品车轮。随后,这些车轮还要进行全面检测,确保车轮的尺寸、硬度、内部状态都符合标准,才能最终出厂。


▲正在进行锻压的车轮

这样的工艺听起来不难,实施起来却是困难重重。上文中军武菌提到过踏面崩落的缺陷,而这正是长期困扰国产车轮的难题“掉块”。踏面出现“掉块”现象,主要原因是踏面的亚表面存在堆积的脆性氧化杂质,在车轮高速运转时,这些杂质就会开裂,导致踏面崩落。


▲高铁的平稳性要求非常高

问题的原因很容易找到,但如何解决却是难点,必须从钢坯的铸造阶段开始着手,这又涉及到了钢材的配方和工艺。想要消除这些缺陷,必须经过大量的试验和测试,才能找到最合适的配方。


▲路奇霓公司的车轮生产线

到了20世纪末,国际上高铁车轮的技术已经相当成熟,但相关技术却被少数国家严格把控。全世界只有十几个国家能够生产高铁车轮,而完整的高铁轮对只有日本住友、德国BVV、意大利路奇霓、法国瓦顿四家公司能够生产能够生产高铁车轮。其他国家想要发展高铁,必须高价从这些企业购买。


▲高铁车轮是一种消耗量极大的耗材

但高铁车轮是消耗品,每运行120万公里就需要返厂检修,运行240万公里就需要更换,要想大面积铺开,车轮的消耗数量是惊人的。为了达到垄断的效果,这些公司长期实行“三不”政策,即不申报专利,不发表论文,不接受参观交流,严格防止技术外流,阻止其他国家发展高铁技术。

没有核心技术,只能受制于人

中国的铁路建设也相当早,但一直到20世纪60年代,中国才开始掌握车轮的加工技术。1964年,中国第一个国产热轧车轮在马鞍山钢铁公司车轮轮箍厂制造成功,结束了中国铁路几十年来使用洋轮的历史。直到今天,马钢依旧还是中国最重要的铁路车轮生产基地。


▲一直到60年代,国产列车都要使用“洋轮”

但受到当时的技术条件限制,中国的车轮技术长期停留在20世纪40年代的水平,直到80年代后,在“六五”、“七五”计划期间,马钢投入了3000多万元的资金改进加工工艺,从欧洲发达国家引进生产设备,提高了国产车轮的技术水平。


▲中国车轮的技术水平长期停留在20世纪40年代

到了90年代,马钢再次进行产业升级,投入5个亿的巨资从德国等国引进先进设备和工艺,淘汰老旧的生产线,基本解决了此前由于设备工艺老旧导致的质量问题。与此同时,为了防止马钢在国内“一家独大”,我国陆续引进了多条车轮生产线,并且直接进口了部分高性能车轮,缓解了国产车轮质量上的缺陷。


▲马钢如今已经拥有世界一流的高铁车轮生产能力

但对于车速超过每小时300千米的高铁来说,国产车轮的性能还远远不能达标。国内高铁在建设初期采取了进口与技术转让结合的路线,从法国、日本进口列车的同时,也一并采用了进口车轮。其中,时速低于300公里的列车使用日本住友生产的车轮,而时速高于300公里的列车则使用意大利路奇霓车轮。


▲早期的“和谐号”很多是整车从国外进口的

虽然在引进高铁生产线的同时,国内也引进了车轮的生产线,但由于种种原因,国内高铁依旧需要长期购买昂贵的进口车轮。而进口的生产技术只是权宜之计,国内的生产线也只是代工厂,核心技术仍然掌握着国外企业手中。如果国产高铁想要出口到国外,但车轮厂家拒绝供货怎么办?如果受到外部因素影响,供货商断供怎么办?就算没有这些因素,进口车轮的昂贵价格也限制了国产高铁的发展。

引进,吸收,再创新

实际上,此前国内的车轮技术就已经取得了不小进步,在技术上的难点不大。早在2002年,全部使用国产CL50车轮的“中华之星”号试验车就跑出了321.5公里的时速。对于运营时速在300公里以下的高速列车,国产车轮的性能已经足够达标。


▲“中华之星”号列车

但在国内高铁发展的初期,由于“中华之星”等国产高速列车的可靠性和性能存在大量缺陷,在铁道部某高层领导的指示下,相关部门不再支持自主研发,而是转向进口列车,采取“引进-吸收-再创新”的路线,直接从国外进口列车和生产线,也就是后来的“和谐号”系列。

从结果来看,这样的方案是成功的。基于引进国外的先进技术,中国的高铁一夜之间就挤进了发达国家的水平。如果只靠闭门造车,今天的中国高铁不可能取得这样快的发展。但这样的方案也存在问题:高铁的核心技术,是不可能买到手的。


▲吸收引进国外技术,加快了国产高铁的研发速度

以引进日本技术的CRH-2为例,虽然中国引进了全套生产线和设计图纸,但高铁的软件源代码、动力系统技术都掌握在日方手中。车上的一个显示器,国产的只要2万,而日本进口的要14万,但由于系统兼容性的问题,必须高价买进口显示器。而机车的控制程序出现问题后,还需要外国技术人员才能维修。


▲如今,高铁的国产化比例已经超过90%

不过,中国在引进高铁技术时,拥有一个独特的优势:市场。2004年,国务院通过了《中长期铁路网规划》,计划在2020年将中国的铁路里程延伸到10万公里,建成四横四纵的客运专线,这是人类历史上最大规模的高速铁路建设计划。对于国外企业来说,中国高铁这块蛋糕简直大得难以想象。


▲中国高铁的市场大的惊人

因此,在铁道部与国外企业进行谈判时,可以说是占尽了优势。铁道部明确要求,参与投标的外企必须以中外合资企业的形式参与,并且拥有国际领先技术支持,具备自主制造能力。而背后的目标,则是通过采购高铁换取相关技术。


▲中国市场这块蛋糕,人人都想分一杯羹

在巨额利润的诱惑下,投标方纷纷拿出了自己压箱底的技术。其中,日本高铁联合体和南车集团合作,提供了新干线技术,而庞巴迪早已经和南车集团建立合资公司,技术转让也不成问题。但在竞标企业之中,性能最好,也最被国内看好的德国西门子却仗着自己的的技术优越,给原型车和技术转让费用开出天价,原型车每列3.5亿人民币,技术转让费用更是高达3.9亿欧元。


▲德国西门子ICE-3的技术先进,也最被中国看好

看到德国人狮子大开口,北车集团也丝毫不退让,直接宣布西门子出局,转而向法国阿尔斯通采购原型车和技术。在首轮竞标中,日本高铁、庞巴迪和阿尔斯通各分到了一杯羹,而西门子却一无所获。这样的重大战略失败让西门子高层极度震怒,将谈判团队全体踢出了公司。


▲失去中国市场,是西门子不可能接受的

2005年,铁道部开始了第二轮谈判,开始计划引进时速300公里的高铁。除了日本方面明确表示拒绝转让技术外,其他企业都继续参与了新一轮竞标。吃了大亏的西门子这次放低姿态,不仅愿意低价出售原型车,还以8000万欧元的“白菜价”转让了生产技术,手把手教中国人怎样造高铁。


▲为了换取中国市场的份额,西方国家只能提供先进技术

虽然所有参与竞标的外企都知道,中国采购进口列车只是权宜之计,早晚有一天,中国会吸收自己的技术,并且发展纯国产的高速列车。但即使是这样,中国在前期采购的列车和技术转让方也能让他们赚得盆满钵满。但恐怕没人想到,中国对于高铁技术吸收的速度会有多快。

仅仅用了不到3年时间,北车集团就实现了西门子Velaro列车的国产化,不再需要从德国订购。而在日本拒绝转让时速300千米技术后,南车集团也在新干线的基础上,在2008年独立开发出了时速300千米的高速列车。


▲脱离日本的技术支持,中国依旧发展出了高速列车

在引进的高铁技术中,高铁车轮的生产线引进自然也是重要组成部分。按照原计划,中国智波公司将与德国BVV合作,引进一条高铁车轮生产线,但最终,智波转而和意大利路奇霓合作成立了智奇公司。但在技术转让和价格方面,意方坚决拒绝松口。一直以来,智奇都不掌握高铁轮对生产的核心技术,只是作为意方的代工厂。


▲BVV由于错失中国市场,最终被中资企业收购

不过,BVV的谈判失败造成了一个意想不到的后果:BVV失去中国市场后经营不善,最终在2016年被股东出售,而买家正是中资企业富山公司。再加上2014年被马钢收购的法国瓦顿,高铁轮对的四大巨头已经有一半被中国收入囊中。

国产车轮的崛起

2011年后,由于铁道部某高层领导被撤职,随后铁路系统经过改组,国内高铁的发展方向发生了重大改变。在吸收结合了国外先进技术后,国内高铁技术已经有了不小的进步,只是由于政策原因暂时无法投入使用。而在相关政策的支持下,国产高铁以及其他相关配套系统迅速脱颖而出。


▲国产高铁的发展长期受到限制

2013年,国产D1车轮在CJ1动车组身上试验成功,开始投入时速250千米的线路运营,性能表现优于进口车轮。从2014年开始,国内开始着重攻关时速350千米高铁车轮的自产技术。2015年,运用了大量先进技术的国产D2车轮研制成功,装配于CR400系列“蓝海豚”和“金凤凰”动车组,实现了高铁车轮的国产化。


▲“复兴号”开始换装国产高铁车轮

和欧洲进口的ER8车轮相比,国产车轮不仅价格便宜的多,而且性能上也更具备优势。D2车轮采取了全新的中碳Si-V微合金钢材,极大的提升了车轮的断裂韧性和抗拉强度,在硬度、抗热损伤、抗磨损等方面都优于进口车轮,有效提升了使用寿命,降低了运营成本。


▲CR400AF安装的国产高铁车轮

不过,出于安全性考虑,国内规定一列火车只能使用一种车轮,禁止混装车轮的行为。而当时国内绝大多数高铁都使用进口车轮,除非把车轮全部换掉,否则只能继续进口车轮。而在2018年后,经过严密的安全性测试,国内开始运行在同一列车上安装不同车轮,早期安装进口车轮的高铁也可以换装国产车轮。这也极大拓展了国产车轮的适用范围。

目前,国内高铁车轮的国产化比例已经超过了50%,未来将会进一步增加。国产高铁车轮不仅能够供应国内市场,还通过了国外的市场认证,出口到了韩国、印度、德国等多个国家。2017年,德国铁路向马钢订购了160件高速车轮,并且顺利通关了检测,投入了运行。


▲轨道交通车轮的市场还在逐年增长中

根据相关研究统计,2018年,全球轨道交通车轮轮对的市场规模达到了27.02亿美元,并且还在逐年上升之中,而中国在其中所占的产量和销量均为世界第一。国产车轮不仅拥有极为庞大的国内市场,还能够广泛供应国际市场需求。


▲中国车轮的销量已经超过独联体国家的总和

根据印度媒体报道,这次向中国采购的车轮价格比乌克兰方面的报价更高,但只高出了1.6%,还在可以承受的范围之内。如果印度向欧洲或者日本订货,价格恐怕是国产车轮的几倍还不止。国产高铁的安全性有目共睹,国产高铁车轮在国际市场上也逐渐受到认可。中国车轮性能优秀,价格也便宜,自然是最佳选择。


▲大家觉得这个涂装怎么样?

中国的高铁技术先进,已经是世界公认的事实,也是中国制造的代表。高铁车轮的国产化不仅能保证国内高铁发展不再受制于人,更能提高中国制造的含金量。如今,就连对车轮质量要求严格,国内拥有自产能力的德国铁路都开始向中国订货,更显示出国产车轮的优秀。

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