中型挖掘机关键技术探析

刘仲

三一重工总裁助理 三一重机营销公司副总经理


挖掘机一直有“工程机械掌上明珠”之称,在我国,挖掘机生产厂家历来以外资品牌为主,尽管近几年三一重工、柳工、夏工等国民企业取得了一些业绩,但真正的市场仍掌握在外资品牌手里。尽管三一丛2011年开始到现在夺得了挖掘机行业六年第一,但未来还有很长的路要走。目前国内市场小挖掘机占60%,中挖掘机占30%,大挖掘机占10%,而且从未来我国工程状况来看,中型挖掘机(15吨—30吨级之间)的比例还会不断的扩大。

25吨挖掘机在三一重工只有五年的研发历史,市面上只有两年多的销售经历,现在这个产品销得非常好,过去一年多达到了20.1%。还实现了14058台,占有率19.99%。



一、SY245产品介绍

以SY245机型号为例,主要是针对我国中小型矿山设计的机型,既适用于矿山,又适用于土矿,过去一年多客户反馈非常好。这款产品主要技术如下。

第一,性能提升。采用“正流量”系统和三一自主研发的“E-P-V”发动机-泵-阀控制技术,效率油耗业内领先,在效率一致的前提下油耗降低10%。力量强劲,操控流畅,完全用途矿山重载工况。


第二,越长寿命。依托国内首创“三位一体”工程机械开发试验体系和国内最大的野外试验场。通过CAE解析、台架试验、耐久试验3重试验体系,全方位验证并保证产品可靠性。可用途恶劣工况的高强度结构件,通过苛刻试验验证,整机可靠性大幅提升。在15000小时以上,比普通挖掘机高20%。


(1)五大结构件

通过结构件优化设计、应力测试、耐久试验、关键部位100%UT探伤及两轴疲劳测试等国际先进的方法,全面提升关键结构件寿命,15000H故障率控制在5%以内。通过结构件优化设计、应力测试、耐久试验、关键部位100%UT探伤及两轴疲劳测试等国际先进的方法,全面提升关键结构件寿命,15000H故障率控制在5%以内。斗杆采用底板加强筋、锻件前支撑,矿山工况主要载荷点应力降低30%,寿命增加30%。上车平台采用高强度结构和特殊焊接工艺,整体应力比行业平均水平低20%。下车架履带梁前后均增加加强板,降低应力载荷25%,提高抗疲劳开裂能力。我们在结构件上大大提升,跟外部品牌相差无机。


(2)核心零部件

依托挖掘机零部件耐久试验体系,并联合国际知名研究机构,开展零部件寿命研究,全面提升核心零部件寿命,泵、阀、油缸、减速机等部件寿命提升1倍。油缸、减速机等液压部件进行50万次脉冲试验。十年前是没有的,所以我们在试验体系这块花了血本。


二、市场前景

24吨级挖掘机是中小型矿山施工的主力军,有着承上启下的关键作用。该款机型普遍应用于疏通河道、地铁、道路、矿山等特殊工况,同时还延伸到道路抢险、建筑拆除、林业伐木等领域。预计24吨级的年行业需求将达4000台。中国高铁、高速公路都离不开石料厂,还有消防部队、武警部队的抢险救灾,包括林业伐木,都需要这样的挖掘机。

这个机型有两大特点:第一,超强工况适应性。针对该吨位用户的个性需求及复杂工况合理调配工作装置,比如斗杆的长度,比如斗容,以提高客户的专业施工效率。第二,多工装应用。挖掘机需具备搭载多种工作机具的能力(如铲斗、破碎锤、液压剪、拇指钳等),通过快换接头,实现快速切换。


三、关键技术探析


第一,结构件可靠性研究。从从结构件开发的原点出发,结合结构件的正向路径(结构失效模式分析、影响疲劳寿命的因素分析、疲劳寿命计算等)、反向路径(标杆研究、历史故障分析等),两条路径交叉进行、相互促进;为结构件研究的开发探索一条可移植、可持续发展的新路径。三一重工所有机型都是纵向和反向交叉进行的。


第二,动态询优控制技术。F区是经济油耗区,斜线是功率的安全线,越往安全点靠近,油耗越低,效率越高。这个挖掘机如调酒师调酒一样,不是拿出原装的发动机和泵阀就是世界上最好的机器,而是发动机和泵阀之间信息所有的互联互通,感应到工况的最佳作业状态,不是原来的作业模式和生产模式。最佳油耗区和最大工作效率可以找到,找到这个点以后就可以。


第三,挖掘机遥控技术。三一已成功开发具有远程遥控立体视觉系统的挖掘机,行业首次通过双目3D、360度全景图像、音频无线传输,随动系统,实现远程操控室操作与原驾驶室同等视觉效果。在河北、山西、河南、四川绵阳均使用了遥控挖掘机。

第四,挖掘机无人操作精准施工技术。3D技术:通过GPS卫星定位获取铲斗位置坐标,根据事先导入挖掘机的3D设计图,引导挖掘或造型工作。挖机可以在场地内任意移动、开挖,不受挖掘方向和姿态的限制,实现自动化作业。



创新点1是将RTK技术应用到挖掘机,实现厘米级定位精度。厘米级定位:基准站将GPS观测值传送给流动站。流动站进行求差解算坐标,实时得到厘米级定位结果,得到挖掘机自身坐标。挖机配重上加装主、辅两套GPS,通过主辅GPS倾斜角度,得到回转角度。



创新点2:根据姿态信息和负载压力实现闭环控制,实现齿尖位置的精准计算。齿尖定位:通过加装在挖掘机工作装置、平台的倾角传感器,得到齿尖坐标。闭环控制:通过挖机齿尖当前位置与目标位置的差值,调整阀芯、限流比例阀实现对主阀、主泵的控制,最终实现齿尖位置沿目标位置移动。这项技术非常重要,尤其是武警交通部队、消防总队的抢险救灾就要无人化。

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