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，由中铁装备联合中国南水北调集团江汉水网建设开发有限公司、水电八局共同研制的敞开式硬岩掘进机“江汉领航号”，在湖北省宜昌市顺利始发。该设备专为南水北调中线引江补汉工程1标输水隧洞量身定制，独头掘进距离创国内超大直径TBM之最。引江补汉工程是南水北调中线工程的后续水源工程，工程输水总干线采用有压单洞自流输水，沿线地质条件复杂，施工难度大，工程具有大埋深、长线路、大洞径等技术特点和高地应力、高水压、高岩石强度以及断层多等地质难点。本次始发掘进的“江汉领航号”TBM，开挖直径11.93米，整机长约180米，总重约3000吨，采用洞内组装，顺坡掘进，逆坡排水，掘进总长度约18.35公里，为全线掘进距离最长输水隧洞。截至目前，中铁装备为引江补汉工程提供的6台TBM，其中4台已成功始发，掘进总里程突破5000米大关。“江汉先锋号”是引江补汉工程下线的首台硬岩掘进机，也是目前国内引水隧洞项目中使用的最大直径单护盾硬岩掘进机，开挖直径12.23米，整机长度约160米，重约2800吨。设备集成了综合地质预报系统、刀具磨损及状态监测系统、护盾卡机预警及评估系统、盾体润滑系统等监测预警预报系统，能够有效应对沿线复杂地质难题。同时，创新性地搭载了同步推拼技术。“江汉开拓号”开挖直径12.23米，同为国内目前水利工程应用的最大直径单护盾硬岩掘进机，也是引江补汉工程穿越最大断面、最长软岩变形段硬岩掘进机。该设备设计最小转弯半径800米，适应最大坡度±10%，可以完成隧洞开挖、出渣、支护、导向、材料运输等全套作业。设备采用盾体偏心、刀盘扩挖、双速减速机及盾体减磨设计，增加护盾卡机预警和评估系统，最大程度降低潜在施工风险。同时，研发应用了测量免搬站功能以及智能辅助掘进、数字钻机、超前探测系统等多项智能化技术，能够为工程建设提供强有力服务。“江汉平安号”作为目前国内引水隧道项目中使用的最大直径...
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7月24日，由中铁工业、四川水发集团、国家川藏铁路技术创新中心主办，中铁城投、中铁六院协办，成都市新津区人民政府、中铁智能装备承办的中国中铁携手四川省打造高端装备产业首台盾构机下线活动在成都举行。四川省水利厅党组书记、厅长董里，成都市人民政府副市长、党组成员许兴国，中国中铁党委委员、副总裁马江黔，成都市新津区委副书记、区人民政府区长胡建平，中铁工业党委书记、董事长张威，四川水发集团党委副书记、总经理向仕春，中铁六院党委书记、董事长陈光建，以及来自地方政府、高校、科研院所、行业协会、中央驻川企业、属地企业及中国中铁相关单位代表共同见证了此次仪式的成功举行。董里在致辞中指出，“川山甲1号”盾构机的下线是四川水利事业与高端装备制造产业融合发展的重要里程碑，也是大力发展新质生产力，推进高质量发展的生动实践。四川水发集团与中铁工业携手打造高端装备制造基地，成功将央企技术优势、市场优势与地方资源禀赋、产业需求深度融合，进一步加快盾构机等国之重器的研发制造。希望双方以此次合作为契机，深化水利工程建设领域科技创新，联合科研院所攻克极端地质条件下施工技术难题，打造全国领先的川造高端装备品牌，形成从研发设计到运维服务的全产业链生态，为四川省新型工业化贡献力量。马江黔在致辞中表示，中国中铁始终将习近平总书记“三个转变”重要指示作为根本遵循，把加强与成都的合作作为长期坚定的企业战略，双方深入合作历久弥新，共同见证了成都从区域交通枢纽到国际化大都市的华丽蝶变。此次活动标志着中国中铁在成都高端装备制造领域实现了从“布局”到“产出”的关键跨越，助力成都加快推动延链补链强链，提升高端装备制造产业规模能力。中国中铁将充分发挥人才、技术、管理、装备、品牌等优势，不断为现代化新成都建设贡献智慧和力量，努力在服务西部大开发、成渝地区双城经济圈等国家战略中展现新担当，以实际行动参与成都的基础设施建设、产业能级提升，...
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6月30日，由中铁装备研制的大直径土压平衡盾构机“先行号”（中铁1298号）正式始发，标志着国内排涝规模最大、洞径最大、埋深最大的隧洞排水系统工程——扩大杭嘉湖南排后续西部通道工程（简称城西南排工程）北段工程正式进入盾构施工阶段。工程概况城西南排工程是浙江省杭州市为提升城西区域防洪排涝能力、保障城西科创大走廊水安全而建设的大型水利工程，还是特大型城市深隧排涝工程在国内的首次实践。该工程主要包括南北线和西线两部分，采用“Y”型布局，总长29公里的隧洞系统将城西洪水以300立方米/秒的排涝能力直排钱塘江，受益面积约213平方公里，覆盖人口近百万。设备详情基本参数：直径12.10米，整机全长90米，重2500吨。掘进任务：负责城西南排工程（南北线）工程北段5080米的隧道掘进，有7处平面转弯，最小转弯半径500米，最大埋深约53米，最大坡度为50‰。技术难点与应对：需穿越中风化泥质粉砂岩、砂砾岩等，还将下穿居民区和地铁等重要城市通道。中铁装备设计团队针对长距离大断面泥岩地层掘进结泥饼、大埋深地层喷涌等问题，对刀盘结构强度及刀具布置进行了针对性设计。项目建成后，杭州城西防洪标准将从20年一遇提升至50年一遇。城西南排工程不仅是防洪排涝重要保障，还将成为活水绕城、提升居民幸福感的重要源泉。
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近日，国家知识产权局发布了第二十五届中国专利奖授奖的决定，中铁装备研发的专利《一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机》荣获中国专利奖最高奖项——金奖。截至目前，中铁工业拥有中国专利金奖3项。一种可用于三车道矩形隧道施工的顶管机针对矩形特大断面（开挖面积＞100㎡）掘进机施工面临的矩形断面开挖成型难、大跨微拱支护定型难、土仓出渣掘进控型难三大世界性难题，发明了多刀盘复合开挖系统、抗剪式分块盾体系统、多螺机协同出渣及复合姿态控制系统等关键技术，设计出一种可用于特大断面三车道矩形隧道施工的顶管机，开创了三车道矩形隧道及大跨度地下空间机械法施工新工法，并广泛适用于城市快速路、地铁车站、下穿高速及高铁隧道、地下停车场、地下商业街、大型钢结构集成等领域。该专利成果转化的首台套产品为世界最大矩形顶管机“南湖号”，开挖断面14.82×9.446m，开挖面积达123㎡，具备最大推力14400t，装机功率2300kw，成功应用于嘉兴市下穿南湖大道工程，实现了大跨度矩形断面隧道开挖、支护、掘进一次机械化施工成型，改善了劳动工作环境，提高了施工效率、质量和安全性。该专利技术已成功应用于世界首个矩形顶管施工地铁站项目、世界首台复合地层矩形隧道施工项目等重大工程。一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法中铁山桥“一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法”获第二十二届中国专利金奖。桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法具备接头力学性能优良、耐候性良好、焊接效率较高等优势，整体技术达到国际领先水平，填补了我国耐候钢桥梁领域的焊接技术空白，实现了交通基础设施桥梁建造领域重大技术突破，保障了我国交通基础设施绿色、环保、健康与安全，对中国桥梁制造发展具有重要意义，产生的经济效益总计约40亿元。该专利已成功应用于港珠澳大桥、北盘江特大桥、官厅水库公路特大桥、洪塘大桥、黑河大桥、美国阿拉斯加铁路桥等桥...
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5月26日，由中铁装备研制的国内首台7米级超大直径反井钻机“中铁1361号”在浙江景宁抽水蓄能电站正式启用。这一先进设备的投入使用，将大幅提升项目排风竖井施工效率，推动项目建设提质增速。景宁抽水蓄能电站厂房排风竖井直径7米、深319.73米，采用大直径反井钻机一次反提成型，填补了国内空白。该设备最大设计开挖直径可达8米，具有较高的稳定性、安全性、环保性等优势。与传统竖井钻爆扩挖施工方法相比，大直径反井钻机一次反提成型技术舍弃了爆破作业，降低了对周围环境的噪音和振动影响；减少了施工人员投入，有效降低了施工安全风险，极大地提高了竖井施工效率。中铁装备作为国内掘进机行业领军企业，致力于创新竖井施工新模式。自2011年启动竖井装备研究以来，成功研制了世界首台全断面竖井硬岩掘进机、国内首台可变径竖井扩孔掘进机等一系列创新产品，为抽水蓄能电站、水利工程、矿山开发、交通基建等领域的深大竖井建设提供了成套智能装备与创新施工方案。 全断面竖井硬岩掘进机2021年，成功研制世界首台全断面竖井硬岩掘进机“中铁599号”，应用于浙江宁海抽蓄电站竖井工程。该设备实现垂直向下90度掘进，融合了传统竖井施工技术和全断面隧道掘进机施工理念，首次实现动力下沉和井下无人掘进施工。 竖井扩孔掘进机2024年，成功研制国内首台可变径竖井扩孔掘进机“逐梦号”（中铁1430号），应用于温州永嘉抽蓄电站竖井工程。该设备采用“定向钻+反井钻+扩孔掘进机扩井”的创新工法，掘进总里程达1334米，创造了竖井掘进机日进尺16.8米的世界纪录。 大直径沉井掘进机2025年，研制的超大直径沉井掘进机“中铁1364号”开挖直径15.2米，应用于浙江杭州江南水厂盾构接收井工程，采用“自由断面开挖+泥水循环排渣”工法，实现上软下硬富水卵石地层竖井工程机械化施工。