「車輪」が世界を変える！アイアンドラゴンの背後にあるハードコアテクノロジーを探る

編集者注: 数百万の IP が科学技術を創造し、科学技術強国という夢を共同で築いています。科学知識を普及し、科学的精神を促進し、全人民の科学文化素質を向上させ、高度な科学技術の自立の実現を支援するために、中国科学技術協会科学普及部と人民日報は共同で「科学技術の道を目撃する」テーマレポートを企画・発表し、国家の科学技術戦略政策、重要な科学技術賞、「ボトルネック」の重要なコア技術などに焦点を当て、草の根レベルでインタビューや調査を行い、生き生きとした活気のある科学普及製品を次々と発表し、科学者の精神を力強く推進し、科学技術強国の建設に向けて大きな力を集めました。

近代交通の壮大な青写真において、高速鉄道、地下鉄、ライトレールなどは、都市と村の間を効率的に行き来し、地域間の相互接続の夢を織り成す巨大な龍のようなものです。これらの「鋼鉄の龍」が風のように速く走れる理由は、精密で複雑な部品の集合体、そしてさらに重要なことに、先進的な鉄道輸送設備技術と切り離せないものです。

このような巨大な機械の動作をサポートできるコンポーネントには、どのような具体的な秘密が隠されているのでしょうか?何千回もの圧力や衝撃に耐えられるのはどのような技術のおかげですか?最近、記者は山西省を訪れ、これらの部品の背後にあるハードコア技術と、それが大国の交通発展をどのように支えているかを探りました。

地下鉄の車輪。写真提供：インタビュー対象者

ゴロゴロ、ゴロゴロ、地下鉄の電車が線路の上を行ったり来たりしています。車輪は巨大なドラゴンの鼓動のように回転します。目立たないけれども、それらは列車構造の中核かつ重要な構成要素です。すべてのローテーションには、安全性と安定性に対する重い責任が伴います。しかし、これらの主要コンポーネントが長期にわたって安定して動作することを保証するのは簡単なことではありません。

「地下鉄の運行中は、頻繁な発進と停止により、車輪の一部は急速に摩耗し、一部はゆっくりと摩耗するため、全体のプロファイルが相対的に劣化しやすくなります。これは、業界全体を長年悩ませてきた問題です。」太原重工軌道交通設備有限公司（以下、「太原重工軌道交通公司」）技術センター所長の魏華成氏は記者団に対し、地下鉄の車輪には高い耐摩耗性と耐偏心性が求められると語った。

いわゆる反真円度とは、長期間の動作中にホイールが摩耗や変形に耐え、元の形状を維持する能力を指します。台中鉄道会社の材料研究専門家であるウェン・チー氏は、「車輪の反円度が不十分であれば、車輪の円周は部分的に平らになり、全体の円周は多角形になり、地下鉄の車両の振動と騒音が増加し、運転の安全性が脅かされる可能性もある」と付け加えた。

この問題を効果的に解決するために、R&D チームは一連の的を絞った対策を講じました。彼らは、材料、プロセス、テクノロジー、そして究極の卓越性の追求を通じて、スチールボディに並外れた強靭性を与えました。

「まず、材料設計から始め、地下鉄の車輪用にカスタマイズされた高強度・高靭性の車輪鋼を開発し、化学成分を精密に制御することで車輪の全体的な性能を向上させました。さらに、車輪の耐摩耗性と耐亀裂性を考慮して、熱処理プロセスを最適化し、車輪の硬度を高めるとともに、材料の靭性も20％以上向上させました。」ウェン・チーは言った。

地下鉄の列車が猛暑寒冷の四季を切り抜けて高速で走るとき、反円偏は時間と圧力との車輪のゲームであるだけでなく、テクノロジーとアートの融合でもあります。

私の国の異なる地形と気候環境を考慮して、研究開発チームは地下鉄の車輪についても対応する技術的考慮をしています。文奇氏は記者団に対し、「例えば、山岳地帯の多い都市では、車輪の耐損傷能力を考慮する必要がある。ハルビンや瀋陽などの北部の都市では、車輪の低温性能を考慮する必要があり、実験段階で低温衝撃試験が追加されるだろう」と語った。

研究室から応用分野まで、これらの車輪は地理的な経度と緯度を越えるだけでなく、材料科学の未知の領域にも前進します。

研究室での理論的な探求から実際の応用に移行するには、重要な境界、つまり生産工場を通過する必要があります。台中鉄道会社のスマート工場では、52秒ごとに奇跡が起こります。マウスをクリックするだけで、デジタル生産ラインにまったく新しい車輪が誕生します。

台中鉄道公司の熱処理作業員であるウェイウェイ氏は記者団に対し、車輪生産工程の完全自動化により、各鋼片の輸送、加熱、圧延、成形に人間の介入が不要になったと語った。

インテリジェンスとデジタル化の深い統合により、生産効率が大幅に向上し、最前線の作業員が「特定の実行者」から「プロセス管理者」に変身できるようになっただけでなく、品質管理、スクラップ率の削減、コスト管理の多者間バランスも実現しました。

台中のレール車輪生産ラインで、記者は主要な鍛造・圧延設備の核心伝動部品に「小さな黒い箱」が掛けられていることに気づいた。台中鉄道公司の車輪工程監督者である張暁鋒氏は記者団に対し、これらの「小さなブラックボックス」は実際には温度と振動のセンサーであると語った。主な機能は、機器の動作データを収集し、分析を通じて機器の異常状態を判断することです。 「例えば、ベアリングに異常な振動が検出された場合、関連部品を分析し、機器の故障を回避するためのメンテナンス提案を行うことができます。」

このようなセンサーを 260 個以上導入することで、スマート生産工場はさまざまな潜在的なリスクをリアルタイムで監視して対応できるようになり、作業者の安全を総合的に保護するとともに、作業環境の快適性も向上します。

したがって、スマート生産工場を構築するプロセスでは、十分な数のセンサーを展開してより豊富で詳細なデータを収集し、それによってモデル最適化トレーニングの強固な基盤を提供し、データの自己診断、自己分析、自己予測、およびモデルの自己反復を実現することが大きな課題となります。細部への徹底した管理と完璧さへの絶え間ない追求こそが、Taizhong Rail のスマート ファクトリーを世界の製造業界で際立たせているのです。同社は、世界トップのスマート製造力と産業分野の最高レベルのデジタル化を代表する「灯台工場」の称号を獲得しており、現在「世界で最も先進的な工場」の一つとなっています。

太原重工軌道交通設備有限公司のスマート工場が「灯台工場」に選ばれました。写真提供：インタビュー対象者

車輪が前に転がり、「灯台」が星の光で輝きます。精密製造へのこだわりからインテリジェント生産の効率的な革新まで、この場所は中国の鉄道輸送設備産業の壮大な変革を目撃し、また中国の優れた革新精神と効率的な革新スピードを目撃しました。