Высокопроизводительные медные сплавы и передовые технологии обработки — ключ к изготовлению точных медных компонентов, таких как замыкающие кольца и стержни
2025-12-17
1. Обзор точных медных компонентов: замыкающих колец, стержней и других
Такие точные медные компоненты, как замыкающие кольца и стержни, являются ключевыми элементами асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Они широко применяются в области промышленных электродвигателей, включая тяговые двигатели для рельсового транспорта и двигатели для строительной техники. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в основном состоит из двух частей: статора и ротора. Ротор представляет собой сердечник, собранный из штампованных листов электротехнической стали с пазами на внешней периферии, в которые укладываются проводящие стержни. Торцы этих стержней соединяются (обычно сваркой) с замыкающими кольцами, образуя единую конструкцию — "беличью клетку". Производительность и качество двигателя напрямую зависят от характеристик и качества замыкающих колец и стержней, к которым предъявляются довольно строгие требования.
Во-первых, замыкающие кольца и стержни, изготовленные с высокой точностью, должны обладать не только хорошей электропроводностью, но и достаточной механической прочностью, особенно сохраняя устойчивость к разупрочнению при высоких температурах. Во-вторых, электрическое сопротивление этих компонентов должно балансировать между двумя требованиями: предотвращением перегрева и обеспечением высокоэффективной работы, что способствует поддержанию баланса в частотных преобразовательных цепях двигателя. Таким образом, использование высококачественных медных сплавов и передовых технологий обработки является решающим фактором для производства точных медных компонентов, таких как замыкающие кольца и стержни.
За рубежом систематические исследования медных сплавов начались еще в 60-х годах XX века. Такие страны, как США, Япония и Франция, достигли значительных успехов в развитии материалов на основе медных сплавов и разработали широкий спектр продуктов, включая замыкающие кольца и стержни. На протяжении многих лет эти развитые страны монополизировали большую часть рынка, активно экспортируя свою продукцию в развивающиеся страны. Исследования и производственные возможности Китая в этой области исторически отставали от уровня развитых стран. Однако в последние годы, в контексте общей политики повышения уровня локализации в машиностроительной отрасли, ряд китайских организаций с сильными научно-исследовательскими возможностями начали технологический прорыв в области соответствующей продукции. Постепенно были освоены ключевые технологии производства точных медных компонентов, таких как замыкающие кольца и стержни, и налажено их крупномасштабное производство.
В программе "Сделано в Китае 2025" подчеркивается необходимость сосредоточить усилия на развитии новых материалов, таких как специальные металлы с функциональными свойствами, и ускорить разработку ключевых технологий и оборудования для их производства. Точные медные компоненты, включая замыкающие кольца и стержни, как представители специальных медных материалов, являются стратегически важной отраслью для приоритетного развития Китая.
2. Современное состояние рынка и перспективы развития прецизионных медных компонентов
(1) Область электродвигателей для рельсового транспорта: текущая ситуация и перспективы
В течение многих лет железнодорожное оборудование Китая заимствовало технологии высокоскоростных поездов у компаний Siemens (Германия), Alstom (Франция), Kawasaki Heavy Industries (Япония) и Bombardier (Канада) через совместные предприятия на внутреннем рынке. В связи с быстрым развитием сферы рельсового транспорта в Китае соответствующее оборудование и технологии быстро локализовались. Предприятия с сильными научно-исследовательскими возможностями, осваивая, внедряя и инновационно развивая технологии, овладели ключевыми технологиями производства сопутствующей продукции. Это позволило отрасли железнодорожного оборудования Китая совершить значительный прорыв и сформировать способность экспортировать полные комплексы технологий для высокоскоростных поездов за рубеж. Высокоэффективные тяговые электродвигатели, необходимые для внутренних электропоездов и мощных локомотивов, уже производятся внутри страны. Одновременно с этим технологии обработки, производства и контроля качества прецизионных медных компонентов постепенно совершенствуются, что, в свою очередь, стимулирует спрос на прецизионные медные компоненты для электродвигателей на внутреннем рынке рельсового транспорта.
3.Современное состояние и перспективы развития отрасли железнодорожного транспорта
Как эффективный и энергосберегающий способ перевозок железнодорожный транспорт в последние годы привлекает все больше внимания со стороны государства, стал ключевой поддерживаемой отраслью инфраструктурного строительства и продемонстрировал стремительное развитие. Эксплуатационная протяженность национальной железнодорожной сети увеличилась с 93,2 тыс. км в 2011 году до 155,0 тыс. км в 2022 году, со среднегодовым приростом около 5 801,96 км и среднегодовым темпом роста (CAGR) 4,94%. При этом протяженность высокоскоростных железных дорог (ВСМ) выросла с 6,6 тыс. км в 2011 году до 42,0 тыс. км в 2022 году, со среднегодовым приростом около 3 354,55 км и CAGR 21,13%. Доля протяженности ВСМ в общей протяженности железных дорог возросла с 7,08% в 2011 году до 27,10% в 2022 году, постоянно увеличиваясь.
Согласно данным статистических бюллетеней железнодорожного транспорта, с 2011 по 2022 год количество эксплуатируемого железнодорожного подвижного состава в Китае ежегодно росло. По состоянию на конец 2022 года в эксплуатации находилось в общей сложности 1 096,1 тыс. единиц железнодорожного подвижного состава. Парк железнодорожных транспортных средств в Китае поддерживается на высоком уровне, что создает стабильные рыночные возможности для отрасли производства и замены подвижного состава.
В 2022 году общая эксплуатационная протяженность железных дорог страны достигла 155,0 тыс. км, включая 42,0 тыс. км высокоскоростных магистралей, сформировав в целом рационально размещенную, широко охватывающую, безопасную и эффективную железнодорожную сеть. Согласно «Плану развития средне- и долгосрочной железнодорожной сети», выпущенному Комиссией по развитию и реформам, Министерством транспорта и Китайской железнодорожной корпорацией, к 2025 году протяженность железнодорожной сети достигнет около 175 тыс. км, включая примерно 38 тыс. км высокоскоростных магистралей. К 2030 году будет в основном достигнута внутренняя и внешняя взаимосвязность, свободное межрегиональное сообщение, соединение всех провинциальных столиц высокоскоростными железными дорогами, быстрое сообщение с городами на уровне префектур и базовое покрытие уездов.
4.Современное состояние и перспективы развития отрасли городского рельсового транспорта
Городской рельсовый транспорт включает в себя множество видов, основными из которых являются метрополитен, легкое метро, городской трамвай и магнитные подвесные линии. Городской рельсовый транспорт служит основой городской транспортной системы. В то время как отрасль железнодорожных перевозок быстро развивается, ускорение процесса урбанизации также способствует развитию городского рельсового транспорта в Китае. После периода быстрого развития с уровня урбанизации от 30% до 70% в основных развитых странах мира этот показатель в основном достиг примерно 80%. В сравнении с этим, уровень урбанизации Китая в 2020 году составлял лишь 63,89%, что указывает на значительный потенциал для повышения и нахождение в фазе быстрого развития.
На этой основе городские агломерации и мегаполисы, формирующиеся в процессе урбанизации, будут дополнительно стимулировать потребности в транспортировке грузов и пассажиров. В 2022 году объем инвестиций в городской рельсовый транспорт по стране достиг 544,4 млрд юаней, в то время как в 2011 году инвестиции в городские рельсы составляли всего 162,8 млрд юаней, что за последние 10 лет соответствует среднегодовому совокупному темпу роста (CAGR) в 11,60%. Согласно статистике Китайской ассоциации городского рельсового транспорта, с 2013 по 2022 год протяженность строящихся линий рельсового транспорта по стране непрерывно росла, и по состоянию на конец 2022 года протяженность строящихся линий по стране достигла 6351 км.
Плотность городских рельсовых транспортных сетей в китайских городах относительно низка, что в среднесрочной и долгосрочной перспективе оставляет значительное пространство для роста в области строительства городского рельсового транспорта. Строительство городских рельсовых линий будет стимулировать спрос на закупку подвижного состава, и потребность в транспортных средствах в среднесрочной и долгосрочной перспективе выйдет на новый уровень. По состоянию на конец 2022 года общая протяженность эксплуатируемых линий городского рельсового транспорта по стране составила 9584 км, что на 10,06% больше по сравнению с предыдущим годом. В будущем, по мере постепенного повышения уровня урбанизации, объем пассажирских перевозок на рельсовом транспорте по стране, вероятно, сохранит высокие темпы роста.
5.Текущее состояние и перспективы в области строительной и специальной техники
Электродвигатели, являясь ключевым оборудованием для преобразования электрической энергии в механическую, широко применяются в обрабатывающей промышленности, включая такие отрасли, как горнодобывающая промышленность, металлургия, нефтегазовая и нефтехимическая отрасли. Их рост тесно связан с конъюнктурой обрабатывающей промышленности. В последние годы, благодаря поддержке государственной политики, производство промышленных электродвигателей в Китае развивается в направлении повышения энергоэффективности и экономии энергии, а объем производства постоянно растет. В 2022 году он достиг 384,61 млн кВт, а в 2023 году, согласно прогнозам, составит 412,45 млн кВт.
Под влиянием политики китайская промышленность по производству электродвигателей переходит к эффективным и экологичным решениям, что стимулирует рост замещающего спроса в отрасли. В 2021 году Министерство промышленности и информатизации выпустило «План повышения энергоэффективности электродвигателей (2021-2023 годы)», четко определив задачи по ускорению внедрения и распространения энергоэффективных электродвигателей, а также по повышению интеллектуализации и цифровизации двигательных систем. В будущем, по мере распространения энергосберегающих электродвигателей, продукты из прецизионной меди будут иметь широкие рыночные перспективы.
6. Уровень технологического развития отрасли и технические особенности
Как ключевые компоненты асинхронных тяговых двигателей, стержни и замыкающие кольца постоянно совершенствуются в технологическом плане, что значительно повышает производительность и эффективность асинхронных двигателей. Они уже широко применяются в таких областях, как рельсовый транспорт, строительная техника и судостроение. В связи с быстрым ростом спроса на промышленные электродвигатели, ассортимент асинхронных двигателей будет расширяться, они станут более энергоэффективными, а их ключевые компоненты — прецизионные медные изделия (замыкающие кольца и стержни) — будут представлены все более разнообразными сериями, а сфера их применения будет постоянно расширяться.
Технологическое развитие прецизионных медных компонентов двигателей, таких как замыкающие кольца и стержни, будет сосредоточено на следующих аспектах:
Высокая прочность (устойчивость к деформации при высоких температурах);
Точное управление удельным сопротивлением;
Высокая теплопроводность;
Увеличенный срок службы.
Таким образом, высокопрочные и высокопроводящие медные сплавы являются основным направлением технологического развития прецизионных медных компонентов двигателей, таких как замыкающие кольца и стержни. Ключевым фактором, определяющим технологический прогресс в ближайшем будущем, станет повышение прочности материала без снижения его электропроводности и теплопроводности, что позволит достичь оптимального сочетания этих характеристик.
Характеристики и качество замыкающих колец и стержней напрямую влияют на производительность двигателей и генераторов, поэтому к их качеству предъявляются строгие требования:
Изделия с высокой точностью изготовления должны обладать не только хорошей электропроводностью, но и достаточной прочностью, особенно сохраняя устойчивость к разупрочнению при высоких температурах.
Удельное сопротивление замыкающих колец и стержней должно соответствовать двум требованиям: защите от перегрева и высокой эффективности работы, что способствует поддержанию баланса в частотных преобразовательных цепях.
Таким образом, высококачественные медные сплавы и передовые технологии обработки являются ключевыми факторами в производстве прецизионных медных компонентов, таких как замыкающие кольца и стержни.
