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让国人自己掌握“神兵利器”

让国人自己掌握“神兵利器”

[来源:]    [作者]    [日期:2019-03-14 07:31]    [热度:]

  盾构机,隧道建设的核心装备,也是助力地下交通建设的一把利刃。它的技术长期被国外垄断,但曾经求之不得的“神兵利器”,如今正在逐渐被中国人自己掌握。


  Part One:盾构国产化之路


  “杨院长,高校那边回消息了,但是他们都解决不了这个技术问题……”


  听到这样的回答,www.lc8.com杨辉陷入了沉思。高校都没法提供高质量轴承钢的生产方法,那么盾构机主驱动完全国产化何时实现?此外,车间焊接工人老龄化如何解决?新型施工理念如何才能被接受?一系列难题围绕着他。


  成立之初的中交天和不能自主生产盾构机,尤其是驱动部,而进口价格十分昂贵,对方一张口就要300万元人民币。如果我们能生产自己的主驱动,就可以极大拉近盾构国产化的距离!中交天和董事长张伯阳要求设计研究院必须甩掉拐棍!决不能依靠进口!杨辉也深受感染,于是开始了他的征程。


  盾构机的心脏是主驱动,而主驱动的的心脏是轴承,因而轴承研发是盾构国产化的重中之重。但是最初,中交天和的设计师们连轴承选型都存有疑问,无法形成自己的轴承选型设计系统,自主制造仿佛是个遥不可及的梦想。


  杨辉决定去轴承厂现场学习。他带着研发人员接连走访了四、五家轴承制造商,但所有厂商都表示做不了,即便做出来了也很难长久使用。原来,盾构机轴承是由一种精度极高的轴承钢制成,但国内并没有能生产出这种材料的钢厂,一旦使用不达标的钢材,生产出的轴承质量也会大打折扣。曾经上海某公司试用了配置国产轴承的盾构机,最后因为质量不过关,导致盾构机被埋在地下,造成巨大损失,最终致使公司破产。杨辉深知,一条隧道的造价要几十亿、上百亿,做盾构机主驱动轴承的选型和使用是工程的核心关键,巨大的风险,是让国内轴承制造商望而却步的主要原因。


  于是,杨辉想请教学者,他联系了西北工业大学、大连理工大学等知名高校,希望能有相关的研究提供参考,但得到的结果却不尽如人意。国内能走动的地方已经走遍了,可杨辉仍不愿放弃,他决定去国外。


  杨辉拜访了一位日本老设计师,与他交流轴承选型的设计经验,杨辉就把希望放在了轴承设计上。轴承钢是短时间内不可跨越的障碍,但是如果国人会设计自己的轴承,这也是盾构国产化的一大进步!一连几天,他风雨无阻地往返老设计师的住处,希望所有的经验都能为己所用。之后,杨辉等人又来到了德国克鲁勃集团的轴承制造厂考察交流、虚心求教。


  回国后,杨辉百感交集,他对同事们说:“老设计师的确提供了一些轴承选型的思路、宏观计算公式,但他的设计经验是国外七八十年代的经验,落后于现在的技术,所以仅凭他的经验依旧不能解决问题,德国的先进技术也并不对我们开放。但我们在学习的过程中,思路已经越来越清晰了!”杨辉信心满满,他鼓励同事道:“别人的经验只是辅助,我们用心钻研,一定能设计出质量过硬的轴承!”


  自此,中交天和设计院灯火长明,杨辉和他的设计研发团队开始全身心投入盾构轴承设计的工作中。从2016年年底开始,经过大半年的探索,杨辉终于克服重重困难,制造出了第一个由中交天和自主研发设计的盾构机主驱动,并请来了专家评审团,根据审核意见对主驱动进行进一步完善。盾构机轴承的设计不能一劳永逸,施工地层、盾构机大小等方方面面的差异决定了每台盾构机需要使用的轴承不尽相同,必须有针对性。杨辉说:“以前我们一穷二白,现在中交天和不仅能对轴承进行设计、选型,还形成了自己的轴承选型设计体系。”即使受材料限制暂时无法实现主驱动轴承100%国产化,但国人已经可以向制造商提出针对性要求,确保轴承与盾体完美结合,在不同地质条件的掘进中发挥稳定作用。他们的努力让中国人离盾构完全国产化又近了一步!


  回想起那段经历,杨辉感叹:“过程比想象的更加曲折、艰辛,但打心底里高兴!值得!”现在,中交天和15米大型盾构、TBM等装备轴承都是自主设计完成的,不仅成本降低了三分之二,也让国产盾构更具备市场竞争力。

 


 


  Part Two:为中交天和智能化助力


  “对我来说,工作就像闯关一样,只要坚定信念,就一定能闯过去!”杨辉的这种闯关信念让他越战越勇,但有时候他也会感到焦灼,车间焊接工人老龄化就是摆在杨辉面前的一道难关。


  焊接作业区早已不见80后、90后工人的身影,焊接工人老龄化不仅是中交天和面临的问题,也是整个焊接产业即将陷入的僵局。智能代替人工是中交天和必须面对的现实问题,也是盾构焊接留给杨辉的一道难题。


  为了解决这一难题,杨辉带着他的团队找到了____,他想研发智能焊接机器人。于是,他们极限开发了机器人10轴联动功能,将普通的6轴机械手臂首位的4轴空间完全开发出来,真正实现一人控制多台机器人,从而提升焊接速度。


  然而,这还不是整个研发过程中最难的部分。在对重型装备进行焊接时,中缝焊接是难点,为了让焊接出的盾体更加耐用,杨辉和校方专家们决定采用超厚板焊接跟踪技术,研发职能焊接机器人,用智能代替人力。在超厚板焊接跟踪技术中,不仅应用了普通的激光跟踪和电弧跟踪,还加入了视觉跟踪,多种焊接跟踪手段结合可以确保焊接精度。


  厚板焊接对条件的要求是极其苛刻的,不仅空气湿度、钢板厚度等常规因素会影响焊接效果,就连电压电流不稳定等不可控因素也会决定焊接成果是否合格。诸多变量汇集在一起,排列组合成庞杂的实验数据,因而这项实验一做就是一年。一年里,杨辉的内心承受着煎熬。究竟能不能成功?究竟要将这些细微的变量控制到什么程度才能达到理想状态?我们能控制好吗?这些问题反复敲打着杨辉的信念,他索性把自己交给实验室,完全沉浸其中。一同进行试验的队友肖军说:“他似乎铁了心要和钢板较劲,不分昼夜地做实验。但是我们看到他这样坚定,都深受鼓舞,他好像知道一定会成功似的。”


  但后来的杨辉说:“其实我不知道结果会怎样,只是不想放弃。智能化之路任重道远,我希望以一臂之力为这条路铺几块砖。”就这样,实验在杨辉手中持续进行着,脚边的废料越积越多,书写的材料越积越厚,杨辉离他的答案越来越近……当这项实验失败了上千次,消耗了普通实验几百倍的钢材后,它终于回报了杨辉。


  历时两年,智能焊接技术成功问世,全三维数字仿真模拟系统使程序全部三维化,超厚板焊接跟踪成为了世界首创的焊接技术。杨辉为它注入了心血,它也成了杨辉生命中永远无法磨灭的烙印。


  虽然投入了巨大的心血,但这项技术为中交天和在劳动力短缺情况下的技术转型以及产业转型提供了智能化方法。国家正处在工业化进程中,提高产品质量需要智能化响应,中交天和全球首创的技术成果也推动了行业进步。

 


 


  Part Three:大胆尝试新型施工理念


  在中交天和技术研发工作者眼中,除了勇于创新、兢兢业业的工作品质,杨辉在施工理念上也有自己的想法。中交天和副总工程师桥培新说:“杨辉是个有魄力、有胆识的人。”


  2018年,杨辉进行了一个具有颠覆意义的挑战,经过深思熟路,他决定用大开口率刀盘装重型撕裂刀配合带式螺旋机的施工方案取代成都原有的小开口率刀盘滚刀有轴式螺旋机的施工方案。这意味着,成都地铁建设将不再采用“以破为主”的掘进方式,转而用“以排为主”的理念 来疏通掘进。但“以排为主”的理念也是中交天和首次使用,业主方能接纳这个新方法吗?杨辉不知道,但他决心一试。


  起初,成都业主方要求必须坚持以往的掘进方法,不对施工方式进行变更。原因很简单,保守的方式虽然效率偏低,但经验丰富,安全保险。杨辉料到了这样的结果,因此仍报以耐心,将施工思路、设计理念事无巨细的为对方介绍。虽然是新方法、新理念,但中交天和有信心让它兼顾效率与安全,因为这项施工新法大胆却不冒进,对待工程中可能存在的隐患,杨辉坚持防之如渡海浮囊,勿容一针之罅漏,事事想在业主前面。为了成都地铁项目能顺利采用此法,杨辉带队开了七次专家会,邀请上海、北京有过类似施工经验的专家说服成都业主。中交天和董事长张伯阳为此书写了行政担保函,一旦出现差池,中交天和将对此负责。


  虽然施工方式的变革一波三折,但杨辉无怨无悔,他说:“每一个新事物的推广,都需要一个很艰辛的过程。”通过艰难的推行,最终成都业主决定从投入成都地铁建设的20台盾构机中选择了4台进行试用。结果证明,杨辉的判断是正确的,现在20台已经全部投入施工,整体施工效率提高了150%,这些地下巨龙的掘进速度已经远超其他盾构机,得到了业界专家和集团领导的认可。


  中交天和如愿说服了业主尝试新型施工方法,推广了大开口率刀盘装重型撕裂刀配合带式螺旋机的施工方案。

 


 


  技术革新永远在路上。长期以来,盾构机先进技术被西方国家垄断,在盾构装备设计研发方面,中国人“路险难兮独后来”。杨辉说:“制造100%国产化的盾构机仍然是我心头最炽热的梦想,当下虽不能至,但未来心向往之!我们已经有了丰富的设计经验, 我相信,这样的梦想并不遥远,它必定会实现!”


  (本文来自中交天和)

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