亟待攻克的核心技術(shù)

“我國液壓工業(yè)的規(guī)模在2017年已經(jīng)成為世界第二，但產(chǎn)業(yè)大而不強，尤其是額定壓力35MPa以上高壓柱塞泵，90%以上依賴進口。可以說，高壓柱塞泵是鯁在我國裝備制造業(yè)咽喉要道的一根‘刺’。”近日，在太重集團榆次液壓工業(yè)有限公司，該公司副總、高級工程師陳群立對科技日報記者說，“高性能的柱塞泵，美德日等國外4家龍頭企業(yè)占據(jù)中國市場70%以上份額，在技術(shù)方面卻對中國嚴密封鎖。”

小部件，大威力

高壓柱塞泵是高端液壓裝備的核心元件，被稱作液壓系統(tǒng)的“心臟”。液壓系統(tǒng)是裝備制造業(yè)的關(guān)鍵部件之一，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林機械、化工、輕紡機械、能源工業(yè)機械、冶金工業(yè)機械、建材工業(yè)機械、機床行業(yè)，以及軍工、航空航天、船舶等等。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術(shù)。可以說，一切工程領(lǐng)域，凡是有機械設(shè)備的場合，都離不開液壓系統(tǒng)。

一個完整的液壓系統(tǒng)由5個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。

高壓柱塞泵屬于動力元件。我國國產(chǎn)大飛機C919試飛成功的重要功臣之一，中國二重生產(chǎn)的國際最大的8萬噸級模鍛液壓機，其高壓柱塞泵就是進口美國的產(chǎn)品，幾十臺柱塞泵靠電動機帶動把液壓油加壓后推動油缸產(chǎn)生8萬噸的鍛打壓力。再比如坦克的履帶行走，就是依靠內(nèi)燃機帶動液壓泵，讓油液經(jīng)由閥門控制通過油管輸出去，驅(qū)動馬達變成旋轉(zhuǎn)運動，然后帶動履帶行走。我國的坦克、裝甲車等軍工機械，絕大多數(shù)使用的是進口高壓柱塞泵。這些進口的液壓泵，每臺價格都在20萬元以上。而這些液壓泵的更換和維修，都會受到外國公司供貨周期和提供服務(wù)的牽制。

“形似”易，“神似”難

陳群立說：“要實現(xiàn)高壓柱塞泵產(chǎn)品的技術(shù)突破，首先就要實現(xiàn)高端鑄件的突破。”

他介紹，高壓柱塞泵的各個零件都被整體“包裹”在鑄造殼體里面，如果說高壓柱塞泵是液壓設(shè)備的心臟，那么，柱塞滑靴副可視作這個心房內(nèi)的心瓣膜。與柱塞、滑靴配對運動的缸孔及止推板都相當于“心房”“心室”的動力部件，他們都在輸出動力的時候各司其職，受沖擊和交變應(yīng)力最為頻繁，受壓最大，運動速度和加速度最高，這些部件除了本身應(yīng)該具有高硬度和耐磨的特性外，他們還共同依靠鑄件殼體的高精度支撐。

“高壓柱塞泵在工作過程中，會受到10—30兆帕的高頻率沖擊，高壓柱塞泵在高頻率的沖擊下，鑄件外殼就要承受巨大的機械力和液壓力，不合格的鑄件外殼在受力(熱)后會變形變大，殼體輕則會出現(xiàn)‘冒汗’現(xiàn)象，重則泄漏，甚至有的柱塞—滑靴還會出現(xiàn)脫開的現(xiàn)象。”陳群立介紹。另外，由于壁厚不均，存在許多孤立的熱節(jié)，高壓柱塞泵鑄件內(nèi)部容易出現(xiàn)縮松縮孔等缺陷，所以高壓柱塞泵的鑄件對技術(shù)、工藝和后續(xù)處理等方面的要求很高。

國內(nèi)生產(chǎn)的液壓柱塞泵與外國品牌相比，在技術(shù)先進性、工作可靠性、使用壽命、變量機構(gòu)控制功能和動靜態(tài)性能指標上都有較大差距，基本相當于國外上世紀90年代初水平。差距主要表現(xiàn)在產(chǎn)品品種、性能和可靠性等方面。液壓產(chǎn)品品種只有國外的1/3，壽命為國外的1/2。我國生產(chǎn)的高壓柱塞泵與國外先進水平的差距在于：故障率高，我們的產(chǎn)品有的只用一兩個月就出現(xiàn)故障，國外的可以用一兩年;平均無故障運行時間，我國的在2000小時以下，國外的可以達到8000小時以上;泵的容積效率低下，我國的柱塞泵長時間運行狀況下極易發(fā)生過度發(fā)熱、內(nèi)損，從而功效急速下降。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)液壓柱塞泵規(guī)模較大的有太重榆液、中航力源、北京華德等企業(yè)。

由于鑄件工藝的薄弱，國內(nèi)大多企業(yè)只能做到“形似”，還沒能做到“神似”。

國產(chǎn)化提速，推廣應(yīng)用還需假以時日

山西是我國重要的液壓基礎(chǔ)件生產(chǎn)制造基地，也是重型裝備的制造和使用大省。太重集團榆次液壓工業(yè)有限公司，是國內(nèi)規(guī)模最大的高端液壓產(chǎn)品制造企業(yè)之一。產(chǎn)品用戶遍布全國，出口東南亞、中東、歐美等國家和地區(qū)。近年來，太重榆液引進國際先進工藝技術(shù)，引進世界頂級的液壓鑄造專家、質(zhì)量控制專家和軟件設(shè)施等，初步實現(xiàn)了引進吸收再創(chuàng)新。目前，材料研究、柱塞泵、高壓閥、多路閥等多項關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)取得突破，產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了裝機。

陳群立說：“我們的自主產(chǎn)品還需要市場檢驗，需要更多的用戶檢驗。在初始階段，推廣應(yīng)用是一道艱難的門檻。呼吁有關(guān)部門給予政策支持，幫助我們的自主產(chǎn)品走向市場，替代進口，反過來再促進我們的產(chǎn)品不斷提高質(zhì)量。”

發(fā)達國家的高壓柱塞泵研究和應(yīng)用，比我國早100多年，在二戰(zhàn)期間，他們的產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍艦、坦克等大量軍工裝備。從基礎(chǔ)理論研究到產(chǎn)品推廣應(yīng)用，都經(jīng)歷了長期的積累。而我國則從上世紀80年代末90年代初才有科研機構(gòu)與生產(chǎn)廠家開始研究開發(fā)這種產(chǎn)品，有關(guān)高壓柱塞泵的基礎(chǔ)理論研究薄弱，設(shè)計理念和水平落后，特別是三大摩擦副的材料和工藝，都沒有取得實質(zhì)性進展。

太原理工大學機械工程學院院長權(quán)龍教授說：“并不是我國制造不了高壓柱塞泵，只不過我國液壓工業(yè)較發(fā)達國家起步晚，制造的柱塞泵在性能上、使用壽命和可靠性方面較國外先進產(chǎn)品尚有一定差距。近年來我們與國外的差距正在不斷縮小，隨著行業(yè)和企業(yè)的重視，這個差距會越來越小。”