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我国工程机械传动元部件的发展分析

传动元部件是中国工程机械最重要的核心元部件之一,被喻为工程机械的心脏,特别是对以牵引力作为动力的行走作业,工程机械更为重要。在价值方面,传动元部件占的比重也相当大。以典型的5t型装载机为例,采用双涡轮液力变矩器及简单行星式变速箱双变,加上普通钳盘式制动器驱动桥,目前采购成本大约4~6万元之间,平均5万元。而整机成本约20万元左右,这样传动元部件大约占整机成本的约25%。如果采用高技术水平传动件,这一比例还要高,大约要占30%以上。因此,传动元部件在工程机械中占有举足轻重的地位。
  
  1.传动元部件概况
  
  我国工程机械传动元部件配套企业起始于1960年在杭州成立的“杭州齿轮厂”,即目前我国最大的工程机械变速箱制造企业—杭州前进齿轮箱集团有限公司工程机械变速箱分公司(简称杭齿集团或杭齿工程机械变速箱分公司)。随后由杭齿援建,在四川成都成立了我国另一家最大的工程机械变速箱制造企业之一的“四川齿轮厂”。从七十年代初开始到八十年代,特别是到九十年代以后,随着我国工程机械行业的高速发展,传动元部件也得到了快速发展。军转民企业,长沙航空工业中南传动机械厂(简称“中南传动”)、赣州五环齿轮箱厂、绍兴前进齿轮箱有限公司等一批叉变速器企业相继成立,使我国主要传动元部件之一的变速器生产企业基本上形成了体系。在驱动桥方面,这期间先后成立了行业中有典型代表性的两个专业驱动桥生产企业。一个是山东肥城桥厂,2001年2月改制成民营的肥城市云宇工程机械有限公司。另一个是江西分宜桥厂,后来也改制成了民营企业,这两个企业以生产装载机驱动桥为主。另外,安徽合力股份有限公司安庆车桥厂(简称“安庆车桥”),专业生产叉车桥,目前叉车桥年产销量已达到约10万根左右,是目前我国最大的叉车桥配套制造企业。还有一些企业,如徐州良羽传动机械有限公司(简称“徐州良羽”)、杨州市邗江大卫工程机械有限公司(简称“杨州大卫”)等为桥、箱综合生产企业。加上九十年代以后成立的合资、独资传动元部件制造企业,如肥城云宇公司与香港合资的专业生产装载机桥的“肥城金城车桥有限公司”、柳工与德国采埃孚公司合资的专门生产高技术水平桥、箱的“柳州采埃孚机械有限公司”、徐工与美国美驰公司合资专业生产各类工程机械驱动桥的“徐州美驰车桥有限公司”,以及意大利卡拉罗在中国青岛建立的独资企业“卡拉罗(青岛)传动有限公司”等,到目前包括以生产液力变矩器为主的传动元部件企业在内,共有约30家左右,2007年其销售额已达到50亿元左右,基本上形成了我国传动元部件小行业。
  
  据不完全统计,这30来家组成的我国工程机械传动元部件小行业,以生产液力变矩器为主的企业共6家,2007年共销售液力变矩器约21~22万台。其中前3名分为“陕西航天动力高科技股份有限公司”(简称“陕西航天动力”)、“山推工程机械股份有限公司传动分公司”(简称“山推传动分公司”)及浙江临海机械厂,2007年其年销量分别为9.5万台、3.4万台、3.3万台,3家占了全行业75%以上。陕西航天动力及山推传动分公司还生产部份变速箱;主要生产变速箱(变速器)的企业共9家,2007年共产销变速箱约18万台,主要是装载机和叉车变速箱。其中装载机变速箱约5万台,叉车变速箱约11万台。前3名分别为杭齿工程机械变速箱分公司、赣州五环及中南传动,分别达到6万台、3万台、3万台;主要生产驱动桥的企业约10家,2007年共生产驱动桥约22万根,主要生产叉车和装载机驱动桥。其中叉车桥约12万根,装载机桥约8万根,其它桥约2万根。驱动桥前3名生产企业分别为安庆车桥厂、生产叉车桥9.1万根以上,占第一位。美驰车桥公司主要生产装载机桥,还生产起重机、平地机、压路机、叉车及其它专用工程机械桥等,2007年共生产驱动桥约6.5万根,数量占第二位,但销售额达12亿元,占第一位。第三位是肥城云宇和肥城金城,共生产桥约4万根。这3家2007年共生产驱动桥接近20万根,接近了总数的约90%,是最主要的驱动桥配套企业。
  
  目前从整个工程机械行业来看,每年给主机配套的变速箱约40万件,桥约100万根,但主机企业自己生产、自己配套约占60%以上,只有大约40%由专业厂生产配套。桥、箱用量最大的是装载机和叉车,装载机主机企业自己生产,自己配套的能力更强。2007年产销装载机16万余台,专业配套变速箱只有约5万台,主机企业自己配套约10~11万台。配套装载机驱动桥约32万根,专业配套只有约8万根,主机自己配套达24万根以上。因此装载机主机自己配套能力达70%以上。这5万台装载机配套变速箱中,杭齿大约占了3万台,徐州良羽、柳州采埃孚,山推传动分公司每家4000台左右,厦门亿统2000多台。叉车11万台变速箱中,绝大多数为带同步器的机械变速箱,少数为普通机械变速箱,有一部份液力机械变速箱。叉车传动元部件主机企业自己配套很少,绝大部分为专业厂配套。主要为叉车配套变速箱的企业除赣州五环、中南传动外,还有“绍齿”。
  
  2.传动元部件技术发展情况
  
  在我国工程机械主要核心元部件中,唯有传动元部件国内配套体系最完善,市场满足率也最高,且也是最具自主知识产权的关键配套件。国产核心元部件之一的液压元件,从价值上讲,国产配套满足率只有30%,特别是价值很高的变量液压元件,几乎全依赖进口。而传动核心元部件的国产配套件的满足率在70%~75%以上,只有少数高档传动元部件及大规格传动元部件仍需进口。
  
  2.1国产传动元部件技术发展概况
  
  装载机、叉车、推土机的技术发展,推动了国产传动部件的发展。最量大面广的装载机传动元部件基本上起始于1970年柳工与天工所合作开发成功的ZL50(当时叫Z450)轮式装载机传动系统。其变速器由双涡轮液力变矩器加简单行星式动力换挡变速箱组成。这可以说是对我国工程机械行业,特别是对我国第一块最亮丽的民族品牌装载机事业的巨大贡献。它的巨大贡献在于:在七十年代就实现了变速的单杆操纵、动力换挡,且表面上人工操纵的只有两个前进挡,一个后退挡,实际上有4个前进挡,两个后退挡,是自动实现的,不需人工操纵的。因此驾驶员操作作业时只有一个挡,只需驾驶员操作前进,倒退外,不需换挡,因此操纵十分灵活、方便、省力,从而作业效率高。再加上变速箱为简单行星排,结构、油路都相对比较简单,也特别适合七、八十年代中国的制造水平。因此该双变的出现,在我国发展十分迅速,从出现到现在已经过去了三十多年了,该双变仍在唱主角。同时维修、服务、配件也相对容易,比较普遍,因此使该双变成了我国工程机械行业家喻户晓的产品,遍布全国每一个角落。2007年我国所产销的16万多台装载机中,基本上有14万台左右用该双变。该双变目前的市场售价在2万元左右。世界上作双变的主要企业,看到中国的这种双变、这种价格,只能是望洋兴叹!他们不相信,也不理解,这就是七十年代中国自己开发,具有自主知识产权的中国特色的双变。可以说没有当时的中国特色的这种双变,很难想象会有中国装载机行业的今天。这种双变在中国工程机械行业中称霸了三十多年,目前仍在唱主角。传动技术发展到今天来看,这种双变也存在着效率低,不符合今天节能降耗的要求。同时结构上也存在引起可靠性差及寿命短的缺陷。因此,今天急需更新换代,急需高效节能、高可靠性、高技术水平的新型双变来取代。
  
  最量大面广的1.5~3t叉车变速箱也是七八十年代,在引进日本TCM叉车技术的基础上,开发成功的叉车变速箱,量最大的是带同步器的机械变速箱,有部分带普通三元件液力变矩器的液力机械变速箱,5t以上的基本上全是液力机械变速箱。目前一般水平的、最量大面广的国产叉车配套变速箱基本上也能满足需要。
  
  推土机变速箱是八十年代初引进日本小松D85、D65技术基础上,实现国产化研发成功的,目前也基本上能满足配套需求。压路机变速箱在九十年代以前,基本上都用的是普通机械变速箱,性能非常落后。到二十一世纪以来,逐步将带同步器的机械变速箱用在压路机上,使压路机传动系统技术上了一个新台阶。到2002年以后,杭齿逐步把引进采埃孚双变技术用在压路机上,使压路机变速箱又进入了电控时期,技术又进了一大步。
  
  在驱动桥方面,普通型驱动桥,从六、七十年{BANNED}始,在吸收国外装载机、叉车技术的基础上,结合重型汽车桥的结构,自主开发成功了普通驱动桥。这种驱动桥一般都具有主传动及轮边减速两级减速,少数配小吨位主机的桥,只有主传动一级减速。桥壳基本上为整体铸造式。初期的桥为蹄鼓式行车制动器,1975年柳工在ZL90装载机上,第一次自主开发成功了钳盘式制动器,接着移植到主导产品ZL50上。由于它的性能比蹄鼓式优越,很快发展到全行业。到目前除更先进的湿式桥外,整个中国工程机械驱动桥,绝大部份基本上都采用的是钳盘式制动器驱动桥。
  
  2.2国外传动元部件技术进入中国情况
  
  中国工程机械发展到九十年代急需更新换代的高技术水平传动系统来取代。在这种形势下,国外先进传动技术逐步进入了中国市场。1986年中国装载机行业一条龙引进卡特技术时,四川齿轮厂与成工联合引进了卡特966E双变技术,由成工作变矩器,川齿作变速箱。由于种种原因,川齿作966E变速箱未形成批量,但学习了卡特的先进传动技术,对中国工程机械传动技术的发展起了很好的促进作用。1992年杭齿引进了世界上最先进的德国采埃孚一流水平的传动技术,推出了代表世界最先进水平的采埃孚4WG180双变。同时杭齿在此基础上,又自行开发成功采埃孚4WG200双变,还将这些技术移植到压路机、平地机等产品上,为我国工程机械传动系统升级换代作出了贡献。同时,也使杭齿传动分公司步入了高速发展时期。该传动分公司2001年销售收入只有1亿元,而到6年后的2007年达到5.6亿元以上,平均每年增幅达90%以上,比其它一般企业发展速度快得多。这完全是采用了新技术,顺应形势发展的结果。
  
  1995年,柳工与德国采埃孚公司共同出资在柳州成立了合资的“柳州采埃孚机械有限公司”,生产世界最先进的采埃孚4WG200双变及AP409、AP411驱动桥,为柳工及行业的高技术水平装载机、平地机等产品及出口产品配套。由于生产能力有限,目前产品供不应求。柳州采埃孚公司从2003年的销售额约0.9亿元,4年后的2007年发展到约3亿元,4年中销售额增加了2.3倍以上,平均每年增幅达到约60%。说明近些年来,中国工程机械市场对高技术水平传动元部件的需求迅速升温。
  
  在驱动桥方面,带双级减速、具有钳盘式行车制动器的普通驱动桥,今天也已称霸了中国工程机械行业三十多年,当技术发展到今天,带防滑差速锁、具有内藏湿式制动器的驱动桥已提到记事日程上来。八十年代徐工引进了法国索玛桥制造技术,该桥壳为新技术钢管冲压焊接结构,该桥仍为普通型。随后徐工又与美国美驰公司在徐州成立了“徐州美驰车桥有限公司”,主要生产装载机驱动桥,还生产起重机、平地机、压路机、叉车及特殊工程车辆驱动桥。既有普通桥、索玛桥,也有高技术水平湿式桥等。已成为我国工程机械行业最大的驱动桥配套企业,2007年销售额达12亿元以上,是从2001年的1.8亿元,6年后的2007年发展到12亿元,6年中增加了5.7倍,平均每年增幅高达95%以上。可见近年来,中国工程机械行业高技术水平驱动桥迅速发展。
  
  1995年柳工与德国采埃孚公司在柳州建立的合资公司,除生产采埃孚高技术水平双变外,还生产采埃孚高技术水平驱动桥,供中国高技术及出口装载机、平地机等配套,为中国高技术水平驱动桥技术的发展起了促进作用。成工引进了卡特三节式湿式桥的样机,开发成功了成工的三节式系列湿式桥,已批量推向了市场。进入二十一世纪后,世界着名的传动元部件制造企业意大利的卡拉罗,在青岛独资成立了“卡拉罗(青岛)传动有限公司”,着重为中国特种工程机械提供高技术水平的三节式湿式桥。
  
  目前,湿式驱动桥已在行业中进入了稳步快速发展时期。
  
  2.3目前我国传动元部件技术发展情况
  
  在变速箱方面,世界上一直是两大流派,一种是像德国采埃孚和美国德纳那样的定轴式箱,另一种就像目前我国用得最多的及卡特、小松等所用的行星式变速箱。行星式变速箱中,像我国目前的只有两个行星排,叫简单行星式,制造、维护相对比较容易一些。另一种像卡特、小松等复杂行星式,制造工艺比较复杂。这两种流派各有优劣,因此两大流派一直在世界上并存。但对中国的实际情况,复杂行星式制造难度更大,川齿引进卡特技术,最终未形成产品就是一个例子。老的简单行星式变速箱,虽然目前仍在最广泛地使用,但由于某些缺陷已从根本上无法克服,技术也再无突破性发展。因此变速箱在整个行业的技术发展中,瞄准了世界一流水平的采埃孚箱。既有杭齿引进采埃孚技术基础,又有柳工与采埃孚合资的技术基础,同时又有广泛地使用、维护及配件基础。另外与其配套的冲压焊接式变矩器已在陕西航天动力开发成功,并已大批量配套。因此中国目前新型双变技术主流方向,已正在向采埃孚型方向发展。主要配套件企业杭齿所生产的高水平采埃孚双变已批量推向了市场,并从装载机变速箱经过变型设计已发展到压路机、平地机等多种工程机械产品上。主机企业柳工、龙工、厦工、成工等,都已不同程度地研发出或正在研发该系列变速箱。并已从3t型、5t型到6t型,已逐步开始形成了中等型号系列新型双变系统。该双变的关键技术是微电脑控制的电液控制系统。其中最关键的核心部份是微处理器及电液控制阀。目前中国国内攻下这两项关键核心技术已到了最后攻坚阶段。一旦这些核心技术完全攻克,我国新一代换代双变技术将会很快得到广泛实现。
  
  在驱动桥方面,目前我国工程机械驱动桥新技术的发展,比新型双变更成熟一些。目前我国工程机械驱动桥技术发展的大方向及主流是向带差速锁的湿式桥方向发展。湿式桥的基本结构也有两种型式,一种是整体式桥壳,一种是三节式桥壳。整体式桥壳主传动在中间,轮边减速器及湿式制动器在两边。而三节式桥,桥壳分为三段,中间部份为一箱型结构,主传动、湿式制动器、轮边减速器全部集中在中间部份。两种结构也没有哪一种比另一种绝对的好,或绝对不好,也各有优劣。因此,这两种结构也会同时并存,至于用哪一种结构好,要根据自己的实际情况来定。就目前情况来看,整体式更适合我国目前的具体情况及制造水平。目前专业桥厂之一的分宜驱动桥有限公司每月都有一定批量的湿式桥提供给市场。柳工的整体式湿式桥,成工的三节式湿式桥系列产品基本上已开始形成批量生产,并已开始随主机出口。其它专业配套企业及主机企业都已不同程度地推出了湿式桥。
  
  3.传动元部件发展当前要解决的主要问题
  
  我国工程机械发展到今天,解决有无的时代已经过去了,那种低水平、低可靠性、高消耗的解决有无的粗放型经营再也行不通了,必须向高技术、精细化方向发展。
  
  3.1老产品的精细化
  
  双涡轮双变及带同步器的叉车变速箱,以及带钳盘式制动器的普通驱动桥,目前仍是市场的主导产品,仍是企业吃饭的老本钱。但以前基本上是粗放型经营,很少注重细节。其实很多可靠性问题,都是因为不注重细节而引起的。比如许多件从表面上一看就知哪个是中国的,哪个是国外的。再比如中国产品管线的布局与固定这些细节比国外差得多,引起的故障也就多。1997年我到德国采埃孚公司参观,看他们的师傅用手工、用石油去一点一点地去一个重要零件毛刺,我们的人肯定会觉得他们是小题大作。但实际上是这些“小问题”,会造成损坏密封圈、造成不清洁等,导致可靠性出问题等等。加工中心、电脑控制的热处理,三座标测量机等设备,我们与国外相比并不存在大的差距。目前,实际上是要作得精细,解决细节问题。应把解决细节问题提到议事日程上来,这些目前可能很多人还不认识。但我们需要精心设计、精心制造、注重细节。这样把我们现有最量大面广的产品的可靠性彻底解决,把所有的外观、表面质量及所有的细节都提高到国外产品同等水平上。以扩大销售额、扩大盈利水平,来支撑新技术的发展。
  
  3.2作前瞻性技术准备
  
  企业在维持现有生产、经营的同时,应研究与认清行业的发展方向,提前作前谵性技术准备。有许多企业只顾眼前的市场利益,不作前瞻性技术准备,没有技术储备,这样的企业寿命基本上是短暂的,很难维持长期生存下去。浙江临海海宏集团,由于至力于作前瞻性技术准备,企业从一个无名小卒很快发展成行业的知名企业。像杭齿、只所以能发展成全行业最大的工程机械双变配套企业,且发展迅速,就是该企业发展的每一个阶段,都注重前瞻性新技术研究及应用。当行业逐步显露出来需要高技术水平传动元部件时,杭齿即花大价钱购买了采埃孚4WG180双变制造技术,在此基础上继续加大研发及制造技术方面的投入,使产品除为高档装载机配套外,还为平地机等其它多种工程机械产品配套,产品供不应求,与一般产品过剩、滞销,形成鲜明对照。2002年在4WG180、4WG200基础上,开发成功了压路机电控箱,这种高技术产品首次在压路机上使用,引领了压路机传动技术发展的潮流,产生了很好的社会效益。同时也为杭齿带来了可观的经济效益。
  
  3.3需要解决好核心技术问题
  
  中国液压件的核心技术完全掌握在外国人手里,因此以液压件为核心技术的主机如挖掘机等长久由外国主宰市场。而我国老一代传动部件,中国企业自主掌握了核心技术,使装载机、叉车蓬蓬勃勃发展了起来,成为中国最亮丽的民族品牌。当传动元部件发展到今天,需要进入更高技术水平的电控箱及湿式桥时期,又必须攻破及掌握新的核心技术,才能发展成新的具有中国特色的电控箱及湿式桥。
  
  目前,电控箱的核心技术是微电脑集成控制系统,里面包含了两个最核心的技术。一个是微电脑集成控制器,也叫微处理器。这一核心技术一直掌握在外国人手里,最近几年我国主要传动部件企业及主要主机企业与相关的大专院校、科研院所及相关微电子元件企业共同研究,基本上获得了成功。不久的将来,中国自己的微处理器将用于中国的高水平传动系统上。另一个核心技术是该系统的电液控制阀,一个是阀的本身,另一个是该阀所用的高水平、高可靠性的电磁铁,目前也已基本攻关成功,还有一些小问题,需要继续攻关解决。
  
  湿式桥的核心技术是如何成功解决发热问题。解决该问题的关键是在结构简单,控制成本的情况下来解决该问题;第二个是密封的可靠性问题;第三个是湿式摩擦材料的性能、可靠性及寿命问题。关于摩擦材料,黄石赛福摩擦材料有限公司已基本研制成功,已于2007年9月份在黄石召开应用推荐会。
  
  目前国产湿式桥已经开始批量投放了市场。
  
  4.传动元部件前景展望
  
  传动元部件是工程机械最重要的核心元部件之一,在工程机械整机中的价值含量也非常高。在中国工程机械目前技术升级的情况下,传动元部件极具发展前景。同时,目前中国主要工程机械,装载机、叉车、推土机、平地机、压路机等出口都在迅猛增长。装载机、叉车等今年出口都很有可能超过3万台,超过二十一世纪以前全行业任何一年的总销售量。为这些出口产品配套的国产高技术水平传动元部件前景十分广阔。
  
  在中国国内市场上,要求传动元部件技术升级的呼声已越来越高,特别是一些重点企业,对电液集成控制变速箱及湿式桥的产品特别青睐。目前杭齿及柳州采埃孚机械有限公司所生产的采埃孚箱都处于远远供不应求状态,说明市场需求量已经比较大,湿式桥也在迅速发展。主机企业及专业配套企业的湿式桥产销量都在迅速增长,因此国产高技术水平传动原部件国内市场上发展前景也十分广阔。
  
  在传动部件中,目前我国还存在着一个技术上的空白点,即大吨位传动元部件还没有。像6t以上装载机及大吨位叉车等,国产桥、箱都处于空白。进口产品价位、时间都受制于人,因此长久制约了国产大吨位产品的发展。目前大吨位产品,特别是6t以上大吨位装载机已进入了快速发展时期。近几年我国港口、矿山、钢铁、水泥及大型企业等都急需大吨位装载机产品。特别是6t型装载机,将迎来一个大发展时期,除6t本身需求量大增外,使用5t装载机的许多用户,已逐步向6t升级。因此,我国传动部件企业应抓住这一机遇,研发大型传动元部件。特别是有实力的企业,当前发展高水平的大型元部件应是发展的当务之急!
  
  最大的市场造就了最大的制造企业。美国是世界上最大的工程机械市场,造就了世界上最大的卡特彼勒这个巨无霸。日本是世界上第二大工程机械市场,造就了世界第二大工程机械制造企业——小松。21世纪,中国将取代美国,成为世界最大的工程机械市场,也将孕育出中国最大的工程机械企业。因此,传动元部件在中国的发展前景将十分广阔,前途一片光明!

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