浅谈工程机械行业齿轮箱国产化及其发展趋势

李 荃

南京高精齿轮集团有限公司 江苏 南京 211100

引言：目前在我国社会发展中，随着城市化率的提高，市政工程对工程机械的需求逐年提高。同时在我国“一带一路”政策下，工程机械也成为基础建设中不可或缺的一部分。

1.工程机械齿轮箱简介

工程机械种类繁多，在大多数标准和文献中，一般经常提及的有如下几类：

挖掘机械：如单斗挖掘机（包含履带式挖掘机和轮式挖掘机）、多斗挖掘机、盾构机械（包含泥水加压盾构，土压平衡盾构，TBM）等。

铲土运输机械：如推土机（包含轮式推土机和履带式推土机）、装载机（包含轮式装载机和履带式装载机、平地机（又可分为自行式平地机和拖式平地机）、运输车、平板车和自卸汽车等。

起重机械：如塔式起重机、随车起重机、履带式起重机等。

压实机械：如轮胎压路机、光面轮压路机、振动压路机、夯实机等。

桩工机械：如水平定向钻、旋挖钻、振动打桩机等。

在以上种类繁多的工程机械中，齿轮箱是其中重要的传动零部件。工程机械行业的齿轮箱主要包括行走齿轮箱、回转齿轮箱、卷扬齿轮箱和动力头齿轮箱。变速箱不在本文的讨论范围之内。

行走齿轮箱主要用于驱动各类履带式工程机械的行驶、转弯等动作。对于轮胎式的工程机械，其往往采用车桥加轮边减速齿轮箱的结构，这种结构不在本文的讨论范围之内。行走齿轮箱的动力来源为液压马达，通过行走齿轮箱带动驱动轮，减小速度提高扭矩，从而实现履带的运动，并带动整机行走。对于绝大多数工程机械，均使用一台行走齿轮箱驱动一侧履带。对于超大吨位的挖机、履带吊等机械，也可能使用两台行走齿轮箱驱动一侧履带的结构。

回转齿轮箱主要用于各种工程机械的转向动作。其动力来源为回转液压马达，通过回转齿轮箱减小速度提高扭矩，并与开式齿圈相啮合，由此完成驾驶室、车架等的转向动作。对于小吨位的工程机械，一般配置一个回转齿轮箱，而较大吨位的机型，会采用两个甚至多个回转齿轮箱的结构。

卷扬齿轮箱主要位于卷筒内部，传递卷扬液压马达输入的扭矩，实现减速增扭的功能，并驱动卷筒转动，卷筒上的钢丝绳或者链条可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。由于卷筒的结构限制，一个卷筒单侧只能安装一台齿轮箱，但也有部分新结构，在较长的卷筒两侧配置两台卷扬齿轮箱，驱动同一个卷筒。

动力头齿轮箱一般位于钻机、盾构机的钻头、挖掘等关键部位，其应用主要为驱动刀头、刀盘等机构，直接进行钻孔、掘进等动作。由于工作时冲击大，连续工作时间长、对齿轮箱的可靠性要求较高。

2.工程机械齿轮箱国产化及发展趋势

从20世纪末期开始，我国的工程机械齿轮箱开始国产化进程，目前国内已有几百家齿轮箱厂家可以生产中小规格的工程机械行走、回转、卷扬齿轮箱。个别厂家还开发出小排量马达产品，从而实现马达加齿轮箱总成供货，市场反应较好。对于动力头齿轮箱，由于体积和重量小、结构紧凑、可靠性要求高、工况恶劣，目前仍然被一些国际品牌（如布雷维尼、邦飞利、卓伦、力士乐等）所垄断。不过国产品牌目前在盾构刀盘驱动、桩机动力头等细分行业也取得了一些进步和突破。

对于国内工程机械行业的齿轮箱发展、笔者认为有如下几个趋势：

2.1 大型化

多个国内工程机械齿轮箱都是从小型号齿轮箱开始起步，随着制造技术、研发水平、使用经验日益提高、齿轮箱规格逐渐往中大型化上发展。从初期模仿一些进口品牌的齿轮箱，到逐渐掌握核心技术，可以自行开发新规格齿轮箱。而国内主机厂也在不断地开发大规格的新机型，对齿轮箱承载能力要求越来越高。从全进口齿轮箱，到小规格国产化，到现在中大规格也逐渐开始使用国产齿轮箱，笔者认为这是整个工程机械行业技术进步的结果和方向。

2.2 个性化

对于国内工程机械齿轮箱厂家，绝大多数都是从仿制、替代进口齿轮箱开始起步的。对国产齿轮箱的要求，在十年之前，往往是完全替换进口齿轮箱的外形，不得有任何改变，市场上的国产齿轮箱均为标准品，各厂家产品差异化不明显。而进口品牌，考虑到产品通用性和生产成本的因素，大多数也不愿意给国内主机厂做定制和改型产品。而随着国产齿轮箱的发展，国内的主机厂也敢于对齿轮箱提出新的接口、性能要求，国产齿轮箱厂家也愿意去做差异化和非标产品，使得自己的产品在市场上有一定的差异性，不易被替代。如今国产工程机械齿轮箱产品，从简单的安装接口改型、到稍复杂的制动器、马达调整、甚至带循环油、循环水冷却、带监控等各种配置层出不穷，从最大程度上满足的国内主机厂的需求。

2.3 电气化

工程机械虽是城建利器，但也有明显缺点，如噪音、尾气污染、漏油污染、舒适性差等。尤其是市政工程，工程机械的使用让周围居民痛苦不堪，夜间由于噪音大也只得停机，影响效率。同时由于工作环境艰苦、噪音振动大，对驾驶员的体力、注意力提出较高要求。近年来，随着国家对工程机械排放的监管渐严，以柴油机、纯液压为主的工程机械行业发生了一些变化。电气化逐渐成为行业发展新趋势。不同于以往柴油机→液压总泵→液压马达→执行机构的技术路线，电气化较新的技术路线有：电池或插电→电动机→执行机构、柴油机→发电机→电池→电动机→执行机构等。

电气化无论哪种技术路线，最终到齿轮箱侧的动力源为电动机，而电动机和液压马达对行走、回转、卷扬等齿轮箱的要求并不相同。首先，电机和马达的接口不同，尤其马达一般体积较小，而电机较大，在安装空间有限的情况下，对齿轮箱要求更紧凑、功率密度更高。其次，液压马达驱动的齿轮箱一般内嵌摩擦式制动器，而电机驱动的齿轮箱，其制动可以在电机尾部配置电磁制动器，制动效果强于齿轮箱内制动器。最后，液压马达由于其结构特性，扭矩较平稳，超载能力有限。

3.结束语

对于国内工程机械齿轮箱，经过十余年的发展，已经在绝大多数领域达到进口产品水平。随着国内工程机械行业的发展，笔者认为国内工程机械齿轮箱市场未来将以主流国产产品为主，辅以少量高技术含量进口齿轮箱。但是我们可以看到，目前国产工程机械齿轮箱对海外市场开拓能力有限，笔者希望未来随着全球化的进程，国产工程机械齿轮箱尽快进入国际市场，取得更大的进步。