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【新中国成立70周年特稿之八】拖拉机制造业技术进步的“三个台阶”

发布日期:2019-11-21   来源:中国一拖   作者:郭志强
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建国初期,为了解决四万万五千人的吃饭问题,共和国缔造者提出了“农业的根本出路在于机械化”的著名论断,新中国拖拉机工业应运而生。70年来,随着拖拉机工业从无到有、从小到大,产品核心技术也经历了从克隆式引进、消化吸收到整合国际资源自主创新的发展历程;更可喜的是,近年来,具有完全自主知识产权的原始创新有所突破,不断为拖拉机工业注入创新活力。拖拉机制造业技术进步经历了“三个台阶”。在建国70周年之际,回眸新中国拖拉机核心技术的发展历程,历代拖拉机人不畏艰险坎坷前行;展望未来,前程光明,催人奋进。由于笔者水平有限,文中难免有谬误之处,敬请同行、前辈批评指正。

台阶一:克隆引进奠定技术基础

多年前,作为中国一拖年轻的技术人员,笔者有幸参加了对乌克兰哈尔科夫拖拉机厂、白俄罗斯明斯克拖拉机厂的考察和技术交流,这两个厂分别是前苏联的履带拖拉机和轮式拖拉机生产基地。虽初次到访,却毫无陌生感。仔细端详这两个厂,从厂区规划到厂房建筑风格,从工艺布局到工艺装备,几乎和当时的中国一拖雷同,甚至厂区大门,也和惊人的相似。惊诧之余,同行的老领导告诉笔者,这两个厂,就是当初中国一拖的对口援建单位,中国一拖是克隆版,这里是中国一拖核心技术的发源地。

从一五期间起步的拖拉机工业,一切从零开始,为了尽快建成自己的制造体系,采取了完全克隆的技术路线,从产品设计到制造工艺,包括厂房建筑和区划,都严格按援建方技术要求执行,技术人员几乎是在苏联专家手把手的帮助下,逐渐熟悉和掌握了以滑动齿轮换挡为标志的第一代拖拉机核心技术。当时的代表性产品有:东方红—54履带拖拉机、东方红—28 轮式拖拉机和铁牛—55 轮式拖拉机。

客观地讲,一五期间这种克隆式的技术引进,迅速成功地实现了从无到有的飞跃。在此基础上,自己的技术团队不懈努力,进行了多种国外样机的测绘、仿制和适应性改进,不断延伸拖拉机功率范围,拓宽产品系列,从而奠定了今天我国拖拉机核心技术基础。

台阶二:消化吸收同步器换挡技术

上世纪80年代初,乘改革开放的春风,以同步器换挡为标志的第二代拖拉机核心技术的引进工作开始起步,国家有关部门决定引进FIAT90系列3个机型。从传动技术来讲,同步器换挡变速器采用斜齿轮传动,大大提高了承载能力和可靠性,减少了换挡冲击,降低了驾驶员的劳动强度,同时尺寸更加紧凑,可以满足较多档位需求,具有滑动齿轮换挡不可比拟的优势。

引进项目开始进行得十分顺利。双方技术人员进行了深入交流,中方按协议派多批次技术人员到意大利实习和培训,产品技术资料和部分制造装备逐步到位安装调试。然而,就在产品试制就要开始的关键时点,因为1989年政治风波,意方和中方的技术交流戛然而止,所有后续技术资料和工艺装备停止提供。这种变故始料未及,项目向何处去,中国一拖经过反复讨论,决定独自继续完成项目目标。然而,接下来一个个拦路虎接踵而至。

首先是标准问题。由于历史原因,中国一拖采用的是前苏联标准体系,这与FIAT技术采用的欧美标准体系有明显差异,为了完成标准转换,技术人员对项目涉及的三百多个标准逐条核对,认真分析,加以取舍,最终完成了新老标准无缝对接。

其次是材料问题。由于项目所需的特殊钢材西方禁运,技术人员先从分析钢材成分入手,选择国内现有近似的材料,在大量性能试验后以备代用;如果没有就请钢厂合作“开小灶”,其中的难度可想而知。

最棘手的是工艺技术。一些特殊零件,需要专有加工工艺和技术诀窍,失去专家技术指导,一切都需要自己探索。有一个典型的例子是,主离合器碟形弹簧制造,由于不掌握材料和热处理工艺问题,第一批生产出来后,合格零件不到百分之一。本人亲历了这个项目的攻关,经过数十批次、上千个零件、数万条数据的筛选,终于得到比较满意的结果。在这个项目中的如此实例,比比皆是。经过艰苦努力,80马力同步器换挡拖拉机终于研制成功并批量投产,第二代拖拉机核心制造技术取得突破。

FIAT90系列机型的引进、消化、吸收和再创新,应具有我国拖拉机技术进步里程碑地位。在引进技术的基础上,产品研发人员做了大量再创新工作,开发出系列大型、重型同步器换挡拖拉机,并根据市场需求,不断改进拓宽产品系列,标志着我们完全掌握了第二代拖拉机核心技术。目前,国内大中拖拉机的主流产品,基本都是基于同步器换挡这一技术平台。

台阶三:协同创新动力换挡技术

2003 年,中国一拖在启动 180 马力轮式拖拉机研发项目时,正式提出了预研动力换挡拖拉机的意见,并在 2006 年正式启动。

动力换挡项目研发,与前两次技术引进完全不同,采取利用国际研发资源联合研发、自主创新的模式进行。拖拉机整机咨询服务、全部概念设计、传动系负荷试验的初始标定和在拖拉机上继续进行的标定由外方完成;方案设计和详细设计、样机制造装配、所有改动的功能试验和所有可靠性试验、田间试验由中国一拖完成,外方提供支持服务。

与交钥匙工程相比,这种合作方法获益甚多。一是产品研发人员可以深入开发过程细节,真正掌握核心技术;二是工艺研发人员实时跟进,有利于后期的商品化;三是样机试制在国内,试制中的制造技术和工艺方法对以后的生产实践具有指导意义;四是通过项目和外方专家充分交流,可以打造一支我们自己的技术队伍。

应当承认,动力换挡当时对我方来说只是一个技术概念,具体到拖拉机研发上,采用何种结构形式、多少个区段、速度范围、控制方法,以及整机的人机工程、机组的控制、各种输出、灯光及视野、安全与防护等等,决定了产品开发的输入条件。双方团队在充分调研的基础上,予以逐一确认。

回顾研发过程,如果说动力换挡拖拉机的设计是从零开始,是一个逐步深入、学习提高的过程,那么,整个拖拉机的试制则是一个问题错综复杂、充满悬念和不定因素的探索之旅。由于我方现行制造工艺和基础工业水平的限制,在外方看来,不成问题的小事都成了研发进程中的羁绊,从第一台传动系TM0号开始,因设计、零件制造、装配、清洁度等原因,装配——拆卸——清洗——再装配,这样的循环进行了不下50次,以至于参加试制的年轻技师摸到一个零件就能准确的说出它的功能和安装位置,其中的艰辛难以言表。

2010年底,试验样机送抵奥地利测试,中间又几经波折,直到2013 年中终于完成整机试验,达到性能要求。这又是一个里程碑,标志着国产自主品牌取得了动力换挡拖拉机核心技术的突破。

研发工作并没有就此止步,在此技术平台基础上,中国一拖完全自主开发的300 马力动力换挡拖拉机、400 马力无级变速拖拉机相继问世,表明自主品牌主流核心技术基本与国际同步。更为可喜的是,在项目的带动下,一些国内零部件供应商近年来加盟动力换挡变速器、换挡离合器的研发,这必将为自主品牌动力换挡拖拉机的发展增添新的助推剂。

活齿无级变速技术或将另辟技术路线

从拖拉机技术进步看,动力换挡和机械液压双功率流无级变速技术是目前国际上主流的拖拉机核心技术。为了满足低速、大扭矩、复杂工况对拖拉机性能的要求,在中高端机型中,重型拖拉机的动力换挡和机械液压无级变速器为主要技术路线,技术门槛高,制造难度大,价格昂贵;中小马力拖拉机以静液压驱动为主要技术路线,功率损失大,牺牲部分效率。这两条技术路线的先天不足,正在成为全球拖拉机行业发展的天花板。

遗憾的是,自主品牌虽然取得了动力换挡核心技术的突破,但关键的电液控制元件还垄断在几家西方公司,不仅价格昂贵,供货渠道也不能保障,特别是在目前经贸摩擦日益加剧的情况下,随时有断供危险。正是这两因素,也是造成目前动力换挡产品成本居高不下的原因,极大地影响了市场推推广。

可期的是,近年来,一种由中国人原创的活齿无级变速技术,有可能给拖拉机传动技术带来颠覆性的变革。简单地讲,活齿无级变速在形式上与传统CVT 相似,通过主从动锥盘槽宽的变化实现无级变速,关键区别在于扭矩的传递方式。活齿无级变速扭矩的传递由一条齿形链和一个被称为“活齿单元”的部件完成,通俗地讲,它的齿是“一死一活”,“死齿”指的就是传动链条上的链齿,“活齿”则指的是“活齿单元”上的一个个非常薄的可移动滑片,在同链齿接触时,这些滑片会由于压力发生移动与链齿啮合,由此实现扭矩的传递;当活齿单元与链条脱离时,在离心力的作用下,滑片会被甩到压缩前的位置,实现自动复位;行驶中需要速比发生改变时,活齿无级变速也会同传统CVT一样通过锥盘运动改变V形槽的宽度,实现传动比的连续变化。

其意义在于,活齿无级变速技术的出现,为自主品牌开辟了一条全新的技术路线,该技术在拖拉机以及其他非道路行走机械中如果能成功应用,有着其他技术路线无可比拟的优势。从原理上看,活齿传动在传递扭矩的过程中没有齿面滑移,受力情况更类似于键传动,活齿主要是承受剪切力,因而具有重负荷工作的先天优势;活齿无级变速核心部件结构紧凑,可与变速器轮系进行各种不同方式的组合,从而实现较宽范围的传动比,适应各马力段拖拉机的使用要求;从传动方式上看,活齿无级变速是纯机械传动,既避开了传统CVT 的摩擦损失,也没有液压损失,单级传动效率可达96%以上;避开了其他技术路线复杂的电液控制系统,以简约的控制系统实现复杂的换挡策略,具有更高的可靠性基础。

由于拖拉机的复杂作业工况,要求其具有较大的扭矩储备,变速器作为转动系中的核心部件,更是首当其冲。因为动力换挡和无级变速技术掌握在西方公司手里,自主品牌作为后来者,面临关键技术壁垒突破的门槛较高。因此,笔者认为,活齿无级变速技术在拖拉机和所有非道路移动机械的应用,或将另辟蹊径,有着光明的前景。

                     

文章关键词: 农机 拖拉机 中国一拖
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