打破核心技术垄断：新型12立方电铲达到国际先进水平
来源：
日期：
2020-08-19
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8月12日，湖北技术交易所组织来自知名高校、设计单位、工程单位的7名教授、专家对中铁工业所属中铁科工“基于数字化研发平台的高寒地区大型露天矿用12立方电铲关键技术研究”课题成果进行线上评审，经专家组鉴定，该成果“总体达到国际先进水平”。
WKH-12A型12立方电驱动大型单斗正铲挖掘机（简称“12立方电铲”）是该课题的重要成果之一，它的研制成功标志着中铁科工突破了国外对于大型露天矿用电铲研发技术及关键核心技术的垄断，掌握了电铲研发、制造的核心技术，构建起电铲研发、制造的完整体系，跻身于世界电铲领域“第一方队”，对提升中国企业在矿用电铲领域的核心竞争力具有重大意义。
如有“神助”效率极高。挖掘、回转、装卸，传统的电铲完成一个作业循环需耗时30秒。研发人员通过开发多电机同步传动与符合分配技术、并联均流技术、快速叠频制动技术，大大缩短了电铲各个作业步骤的加减速时间，让一个作业循环仅需短短的28秒。如果不考虑操作员正常的生理承受能力，设备最快可在26秒内完成一个作业循环，与它略显笨拙的庞大身躯形成强烈反差。经实地检验，12立方电铲装满一辆载重100吨矿卡的时间仅需2分30秒不到，其施工效率获得了业主的高度认可。
不坏“金刚”无惧极寒。为了保证12立方电铲能在高寒地区正常作业，研发人员在国内首次就电铲的抗寒性能进行针对性设计。设备的主要结构件材料采用具有低温冲击韧性的低合金高强度钢板，并在结构件出厂前做-45℃的低温冲击试验。设备主要铸锻件材料选取含Ni、Mo、Cr元素的材料，为保证特殊钢材的焊接质量，技术人员对焊接工艺进行了多次试验，最终形成适合高寒地区电铲焊接工艺，提高了设备主要结构件在低温作业条件下的耐用强度。除此之外，技术人员还在机舱、电气柜内设置了恒温暖风循环系统。2019年，12立方电铲成功应用于黑龙江省伊春鹿鸣钼矿，经受住了矿区最低-43.1℃极寒天气的考验，是名副其实的“极端装备”，已成功助力中铁九局在2019年突破1000万方剥采量。
数字“产房”赋能研发。在研制过程中，研发人员基于仿真技术建立了虚拟样机模型，并耦合各种分析数据，开发了国内首个“电铲作业设备的数字化研究平台”，为电铲打造了一个虚拟试验场。通过模拟各种复杂工况来检验设备的性能，引导后续的优化设计，帮助电铲规避实际作业过程中可能出现的问题。该平台还可应用于桩工机械、海工机械、空轨、铁路施工装备等多种类型设备的设计、分析与优化，可以大大缩短研发时间，提高设备可靠性，有助于成本的降低。
掌握“命门”自由生长。电铲需要在露天24小时连续作业，高寒、高震动和强冲击的工况对设备的要求比较高，这就需要设备的配套件有较高的可靠性。由于技术的封锁，一直以来很多配套件都是采用的进口品牌，不仅更换不便易影响施工效率，而且价格昂贵增加了成本。技术人员联合国内优质装备制造企业，开创性地研制了全国产化、具有自主知识产权的电铲专用电机、减速机、制动器、变频器等核心配套件产品，第一次在国内实现12立方电铲主要配套件的完全国产化，让电铲关键部件不再受制于人。
云端“名医”全天接诊。为了及时解决设备故障，最大限度保证设备能够连续作业，研发人员研制了一款可视化的在线信息系统，在国内首次实现了24小时在线提供电铲作业故障解决方案。该智能化电气系统具备状态监测及监控、故障报警及诊断等功能，可以监控记录设备发生故障时的工作状态、工作参数等信息，能针对故障智能提示可能原因，帮助用户实时检查排除故障。该控制系统还嵌入了辅助挖掘功能，能够为设备操作员提供最合理的推压力和提升力匹配值，帮助操作员选择最高效的挖掘操作。同时将信息化系统数据与数字化优化虚拟样机进行了对接，现场作业的一切实时数据都存储在后台系统，为电铲的后续深化开发提供了直接的数据支持。
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近日，中铁宝桥辙叉分公司历经一载潜心钻研、反复试验，成功攻克长期困扰高锰钢辙叉行业的人工打磨痛点，一举“终结”传统生产模式的局限，成为国内首家正式迈入高锰钢辙叉“非打磨时代”的企业，以技术革新为我国高锰钢辙叉行业转型升级开辟了全新路径、树立了标杆典范。辙叉是指使车轮由一股钢轨越过另一股钢轨的设备，由叉心、翼轨和联结零件组成，是铁路大动脉上的“咽喉性”部件。作为国内“铁路器材研发基地”的中铁宝桥便承担了铁路专用高锰钢辙叉研发生产任务，累计为国际国内铁路市场提供各型高锰钢辙叉60多万根，产品畅销北美、欧盟、东南亚市场。长期以来，每一根铸造的高锰钢辙叉毛坯件都需人工打磨，以去除表面铸造缺陷，这不仅影响产品质量和生产效率，还会产生磨削粉尘和打磨噪声，增加职工作业强度。“以前打磨毛坯，粉尘大、劳动强度高，一个人一天最多能打磨两三根。”打磨工段职工张师傅表示，人工打磨耗时费力，还易因操作影响产品精度。2025年，在企业“数智化工厂”建设中，辙叉分公司将取消高锰钢辙叉人工打磨作业作为年度重点技术攻关课题，组建由高级工程师牵头的专项攻关团队，聚焦模型制作、造型生产等关键环节开展工艺创新。模型制作环节，团队依托铸造模型机器人，摒弃传统加工工艺，采用分段制作、精准拼接方式，优化模具设计细节，将模型尺寸误差控制在毫厘之间，从源头保障铸造毛坯成型精度。造型生产环节，选用环保无污染原材料，优化产品生产参数，采用真空硬化等多种先进工艺，优化冷却监测流程，实现辙叉毛坯“精密铸造、精密成型”，彻底解决人工打磨难题。实际生产表明，取消毛坯打磨工序后，单件辙叉生产效率提升20%，人工成本降低20%，产品一次交验合格率达95%，同时实现安全生产与绿色制造双赢。中铁工业锚定“高端化、数智化、绿色化、融合化、国际化”发展路径，持续推动核心装备制造工艺迭代升级，为交通强国建设贡献工业力量。
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4月13日，由中铁装备研制的小直径土压平衡盾构机在郑州通过验收顺利下线。该设备是中铁装备出口土耳其的首台水利水电领域盾构设备，为当地水利水电建设提供“中国方案”。土耳其水利水电隧道项目，盾构隧道总长9.5千米，最大埋深达410米。项目面临长距离岩层掘进、岩石完整性差、穿越多处断层破碎带等复杂地质条件，对设备的耐磨性提出了严峻考验。为有效破解项目长距离、大埋深等核心难题，设计团队为其量身打造了一台开挖直径5.37米的土压平衡盾构机，为项目实现长距离高效掘进提供了坚实的装备支撑。作为中国高端装备制造标杆企业，中铁装备自主研制盾构机再次出口土耳其，不仅拓展了国产盾构机海外应用场景，更彰显“中国智造”硬实力，为中国装备与海外水利工程合作搭建起新桥梁。
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近日，“十五五”重大工程，沿江高铁的标志性项目正在加紧施工。在长江水底以下89米处，世界最大直径高铁盾构机“领航号”顺利完成崇太长江隧道水下段11.18公里的掘进任务，成功抵达长江南岸，向最终接收井稳步推进。崇太长江隧道全长14.25公里，是沪渝蓉高铁全线控制性工程，也是世界建设标准最高、掘进距离最长、规模最大的高铁越江隧道。“领航号”盾构机自2024年4月从上海崇明岛始发，历时23个月，创下多项世界纪录：世界范围内15米级大直径盾构首次实现一次性连续掘进11182米；穿越长江水下89米最低点，单月最高掘进718米，效率领跑全球；隧道设计时速350公里，将实现高铁水下不减速过江的世界首创。“领航号”盾构机为崇太长江隧道量身定制，是当之无愧的“地下航母”。刀盘开挖直径15.4米，总长约148米，总重约4000吨；搭载智能控制系统，实现有人值守、无人操作的智能化施工，可自主感知、分析、决策，精准纠偏；采用泥水分离、污水循环等技术，实现“浆不落地、渣不落地”，守护长江生态。目前，中国盾构机全球占有率已经达到70%，产品远销五大洲40多个国家和地区。“十四五”时期，中国14米及以上的超大直径盾构机实现跨越式发展。“十五五”期间，中铁工业坚定不移走“高端化、数智化、绿色化、融合化、国际化”发展路径，将在更大直径、更快速度、更深地层更多应用化场景等方面持续发力，助力更多超级工程建设落地。
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3月26日，中铁山桥、中铁宝桥参建的世界最大跨径双层悬索桥——狮子洋大桥，实现东、西主塔封顶，转入上部结构施工阶段。狮子洋通道作为继港珠澳大桥、深中通道之后，粤港澳大湾区又一超体量交通工程。其关键控制性工程狮子洋大桥，主跨2180米“一跨过江”，建成后将创下双层悬索桥“主跨跨径、车道数量、主塔高度、锚碇直径和主缆直径”5项世界第一。大桥主塔高342米，相当于110层摩天大楼，站在塔顶往下看，珠江口的船小得就像模型。公司承接了狮子洋大桥主塔钢壳及锚固系统近6万吨钢结构制造任务。公司深度融合 “工厂化、数字化、智能化” 理念，为超级工程打造“智造加速器”。投入高精度数控激光切割机，精度达0.5毫米，从源头把控零件尺寸；针对超薄复杂钢壳壁板，建立涵盖智能下料、反变形控制、机器人集群作业的完整解决方案。设计专用反变形胎架预设焊接收缩量，优化针对薄钢板、密肋结构的焊接顺序，有效控制变形与应力；创新采用厂内实体试拼+虚拟预拼装，提前“彩排”，将高空可能出现的干涉、错位问题在厂内解决。建设过程中，公司研发的智能制造生产管控系统，实现了从智能排产、设备物联、质量溯源到安全监控的全方位管控。生产线集成了自动组装定位焊机群组、多电极龙门焊接专机、机器人智能焊接系统及剪力钉焊接机械臂集群，结合“AI+焊接”自适应调控技术，实现焊接过程全流程智能化管控，保障焊缝质量的一致性与工艺稳定性。在装配环节，项目团队创新应用BIM与三维数字扫描技术，提前在虚拟空间排查、优化，确保实体拼装一次成优。采用 “全位置焊接机器人+立体预拼装+三维扫描建模” 的先进作业模式，全面提升自动化水平与焊接质量。超高空的精准对接，是主塔施工的最大难点。公司创新采用“1+1”连续预拼装体系与整体机加工方法，在工厂专用胎架上模拟桥位工况，对壳体壁板进行连续拟合与接口一体化加工。建立“工厂预拼-数据反馈-精度修正”闭环控制机制，通...
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1月30日，世界最大直径竖井掘进机“启明号”在崇太长江隧道2号竖井顺利贯通，实现了当月始发、当月完成掘进任务（56.08米)的目标，创造了高铁竖井掘进机直径最大、速度最快的新纪录，为崇太长江隧道“领航号”盾构机的接收、二次始发及全隧贯通奠定了坚实基础。崇太长江隧道2号竖井位于太仓市浮桥镇，是“领航号”盾构机接收与再始发的核心要地，距离长江南岸大堤仅200米，为临江漫滩超深富水、预制装配式圆形竖井，掘进深度56.08米。该竖井地下水位高，且与长江水系联系紧密，地质环境复杂，施工难度大，安全风险高，极易引发透水、涌水涌沙等风险。中铁装备研制的“启明号”竖井掘进机开挖直径达24米，最大开挖深度可达150米，是我国自主研制的世界最大直径竖井掘进机，具备超大断面、超深水下高效开挖能力。自本月始发以来，“启明号”凭借针对性创新设计和卓越的性能，成功解决超深富水复合地层中“看不见、摸不着、测不准、控不住”等技术难题，表现出强大的适应性和稳定性，创造了最高日进尺4.08米，平均2.7米的优异成绩，大幅提升施工效率与质量，为后续竖井机械化施工奠定坚实基础。“启明号”掘进任务的顺利完成，标志着我国在大直径、超深竖井机械化、智能化施工领域再次取得重大突破。其所形成的成套技术与工艺，将为未来深层地下空间开发等重大基础设施建设提供成熟可靠的“中国方案”，有力推动我国隧道及地下工程建造技术的进步。