高速铁路是带动国民经济腾飞的重要基础设施。中国高铁近年来发展迅速，到2018年，中国高铁里程已达到2.5万公里，占世界高铁总里程的三分之二，营运里程和在建里程均稳居世界第一。中国高铁已累计运输旅客83亿人次，完成旅客周转量2.74万亿人公里，成为大多数旅客出行的首选。

　　高速铁路的建设运营也带动了中国轨道交通装备的快速发展，中国高速动车组及其关键核心部件从无到有，从学习到赶超，研发水平已经处在世界前列，并成为中国制造的一张“黄金名片”。

　　齿轮箱是高速动车组动力转向架上的核心部件，是高速动车组能量转换与传递的核心单元，也是国家十二五科技攻关计划标志性产品。齿轮箱工作性能的好坏直接影响到高铁列车运行的安全性和可靠性，是高铁列车跑出世界速度的关键之一。

　　为保证动车组的安全运用，动车组齿轮箱应具有高速、环境适应性广、轻量化、长寿命、高强度、高可靠性、使用维护便利等主要性能要求。

　　中国高速动车组齿轮箱的发展历程

　　新中国成立后，为了国民经济发展的需要，我国开始大力发展铁路机车车辆技术，从单纯靠机车牵引客车车厢，到目前“复兴号“高速动车组，中国高速铁路及装备发展经历了一个长期的过程，并最终实现了关键核心技术的积累、提升及跨越。

　　上世纪50年代，中国先后自主研发出第一台电力机车“韶山”和内燃机车“东风”，后续发展成为我国电力机车和内燃机车的主力车型。同时车辆研发制造水平也发展迅速。

　　上世纪90年代起，在前期机车车辆研制基础上，中国开始了各型动车组的自主研发摸索，自主研制了一批内燃动车组和电动车组，代表性的产品有新曙光号、中华之星、中原之星先锋号等。为适应不同类型动车组的差异性，该时期研发的齿轮箱结构也呈现多样化。动力集中动车组齿轮箱吸收借鉴了机车齿轮箱的部分技术特点。而动力分散动车齿轮箱结构要更为紧凑。虽然这些动车组齿轮箱最终没有批量运用，但研发经验和运用考核为后续产品引进消化吸收奠定了基础。

　　2004年4月1日，国务院专题会议，明确“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的基本原则，正式开始技术引进工作。中国形成了四方庞巴迪生产的CRH1型、四方股份生产的CRH2型、唐山公司生产的CRH3型，长客股份生产的CRH5型动车组。动车组齿轮箱主要依赖进口。

　　2008以来，经过几年的消化吸收，中国动车组产业发展迅速。建立了时速200-250公里和时速300-350公里两个速度等级的技术平台。齿轮箱作为动车组的核心部件，开始进行国产化和自主研发工作。中车戚墅堰所作为国内主要的动车组齿轮箱研发制造企业，顺利完成了CRH380A、CRH380B等动车组齿轮箱的自主研发，攻克了动车组齿轮箱的核心关键技术，打破垄断，形成了中国自有的动车组齿轮箱品牌。

　　经过消化吸收再创新，中国高速动车组及关键装备研发取得了长足进步，但同时我们也存在两个突出问题：

　　一是部分关键技术和系统还没有完全掌握，需要解决核心技术受制于人的问题。

　　二是中国高速动车组技术平台和标准体系不统一，大多采用国外标准体系，急需统一建立的中国标准体系。

　　基于上述问题，2012年开始，在中国铁路总公司的主导下开展了中国标准动车组的研制工作。

　　2015年6月两列时速350公里中国标准动车组下线，完成了时速420公里交会等线路试验。2017年6月25日，正式命名为“复兴号”，并在京沪高铁正式首发。2017年9月21日复兴号在京沪高铁开始以350km/h世界最高运营速度运用。2017年中国又开始研发时速250公里复兴号动车组研制，并于2018年10月顺利下线。

　　戚墅堰所是时速350公里及250公里复兴号标准动车组齿轮箱的主要研制厂家，最终形成拥有完全自主知识产权的时速350公里中国标准动车组齿轮箱，并占据市场主导地位。组齿轮箱全面系统采用中国标准，具有完全自主知识产权。通过对轴承形式、密封润滑、箱体结构、监测预警等综合优化，使齿轮箱具备更高速、环境适应性更广、可靠性更高等诸多技术特点，实现了对进口产品的全面赶超。

　　中国高速动车组齿轮箱的运用特点

　　中国高速铁路具有运量大、运用环境多样、运用工况复杂等特殊性，对齿轮箱温度控制、振动控制、密封润滑可靠性、寿命等提出了更多、更苛刻的要求。中国动车组齿轮箱面临的问题更加复杂、困难。

　　运用环境的复杂性——跨区域运行

　　中国高速动车组跨越了高寒、高温、高湿、多风沙等多气候条件区域。齿轮箱既要适应严寒，又要适应高温潮湿，风沙环境，在这样条件下运用的齿轮箱世界上绝无仅有。

　　运用工况的特殊性

　　（1）长大交路持续运行。中国高速动车组单程连续运营距离长，最长达两千多公里。例如北京至广州高铁单程最长2300公里，单程最短运行时间8小时。齿轮箱要有良好的温控能力，有效的监控措施、高可靠性来满足长大交路持续运行。（2）运营速度高。中国时速300公里及以上高速铁路里程世界最长，主要干线高速铁路均按最高运营速度350km/h设计，复兴号动车组在京沪高铁、京津城际以世界最高运营速度350km/h运行。齿轮箱既要保证在高速运营下密封润滑可靠、温度正常，又要解决高速运营下线路冲击振动大与产品轻量化间的矛盾等因素。（3）线路条件复杂。中国高速铁路坡道、桥梁、隧道等比例高，主要干线高速铁路均采用无砟轨道。据统计武广高铁全长1068.8公里，桥梁684座，隧道226座；西成高铁全长658公里，穿越秦岭山区地段总长135公里，隧道里程高达127公里，且有46公里25‰的长大坡度。桥隧、线路产生的气动力和机械振动对齿轮箱零部件磨损、疲劳、密封润滑等影响显著。（4）运量大。据统计2017年，平均每天超过400万名旅客乘坐高铁出行。高速动车组普遍长时间、长距离、大载荷运行。长期承受高负荷、轮轨间的大冲击对齿轮箱的强度、寿命、可靠性等提出了更高要求。

　　检修维护的特殊性——周期长

　　为提高动车组利用率，降低动车组运用维护成本，中国对动车组齿轮箱的检修维护周期提出了更高要求。齿轮箱需满足长寿命、运用维护便利、全寿命周期成本低等要求。复兴号等主型动车组齿轮箱分解检修周期不短于240万公里。

　　中国高速动车组齿轮箱发展展望

　　产品和技术的发展都有其目的性，如获得市场订单，满足客户对产品性能、全寿命周期成本、使用方便性的需求，新技术的应用等，高铁齿轮箱技术后续将从更高性能提升、健康管理（PHM）、智能化，设计水平和手段提升，结合绿色、环保、经济的发展理念等方向发展。

　　对于高速动车组齿轮箱，高速是一个永恒的主题。目前动车组齿轮箱世界最高运营速度为350km/h，要想实现时速400km及以上的运营速度，势必要改变轴承型式、更精确合理控制润滑等来提升轴承工作转速，提高轮齿精度、优化修形等提升啮合平稳性，设计刚性更好的材料和结构来提升整体刚性，研究齿轮箱振动响应特性，并从设计源头降低外部振动载荷对传动平稳性的影响。

　　另外，针对特定线路、环境的项目也是今后一个时期的研发重点，比如说-50℃极高寒，高风沙，高海拔等环境下，就需要对齿轮箱的润滑密封，可靠性，以及特定条件的磨损受力件的失效情况着重研究，随着一带一路的需求增加，适应自动变轨距转向架的齿轮箱也是一个研发方向。

　　健康管理（PHM）对于齿轮箱来说也是一个必须开展的课题。虽然很多人都在做，但是真正具备条件的就是中国高铁，因为我们有足够的样本，不同齿轮箱、不同里程、不同线路、不同运用环境，足够多的在线数据和拆解数据等等。与此同时，随着各种传感技术的发展，将研究在适应目前运用、安装、列车控制等模式下，采用除温度外，增加振动、应力应变、油品在线监测等手段以得到更有效在线运用信息。大量的在线数据和有效的仿真、试验结合，将有助于建立更科学准确的健康模型。

　　未来我们有理由相信齿轮箱将是具备自检测、自诊断、自决策的智能产品，同时动车组轮对的运维方式也将发生变革，齿轮箱可以从现在的定期检修变为状态检修，这有利于延长检修周期，降低全寿命周期成本。

　　此外，可靠性设计水平也是重点研究方向。目前，齿轮箱试验过程包括线路试验和台架试验，线路试验时间长成本高，且受现场诸多因素限制，不一定与预期设定的要素完全吻合，而台架试验目前还有些局限，还不能很好的与现车状态吻合。仿真分析同样有类似的问题。针对高铁齿轮箱这种特殊运行条件的产品，在取得大量线路数据的同时，还应该研究实验装备和试验方法，如激振试验台来研究齿轮箱的振动响应规律；如轴承、齿轮等零部件试验台，来研究主要部件疲劳特性，磨损演变过程和不同阶段的表征。

　　与此同时，对仿真计算模型做进一步优化并匹配相关参数，真正做到台架试验完全代替线路试验，甚至通过仿真分析来代替台架试验，将大大降低设计周期和成本并提升产品可靠性。

　　绿色、环保、经济的发展理念同样是指导技术提升的准则，齿轮箱产品和技术的发展同样需要贯穿这些理念，如研究新的齿轮修形，提升精度，采用新的箱体涂层等方式降低噪音，采用更轻的、造价更低的材料替代现有材料，如镁合金箱体，采用更环保的涂装，更环保铸造热处理等工艺技术，如采用金属型代替砂型铸造等。

　　结语

　　发展高速铁路，符合经济社会发展需要，对于构建现代化综合交通运输体系，实施可持续发展战略，建设创新型国家具有重要作用。

　　中国高速铁路及关键装备经历了自主探索、引进消化吸收、全面自主研发等阶段，现已系统掌握了动车组总成、车体、转向架等核心关键技术。高速动车组及关键装备已成为中国制造的一张靓丽名片。

　　齿轮箱作为高速动车组转向架上的关键部件，有着特定的运用环境和运行工况，其设计要求和运用特点都具有特殊性，是一种多目标综合优化的产品。

　　高速铁路技术仍在不断发展，高速动车组齿轮传动技术方兴未艾。中国高铁齿轮传动技术的发展和进步将为动车组关键装备这张中国“黄金名片”添砖加瓦。

　　第一作者简介

　　阙红波，教授级高级工程师，现任中车机械传动技术研发中心主任，中车戚墅堰所传动技术研发部部长。轨道交通齿轮传动系统学科带头人。持和参加多项国家、省部级项目，主持开发中国首套具有完全自主知识产权的高速动车组齿轮箱驱动装置，荣获国家科技进步二等奖和第四届中国工业大奖。获得江苏省有突出贡献中青年专家、江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次培养对象、中国中车资深技术专家、茅以升铁道工程师”等荣誉。