《面向物料多样化的土方机械工作装置高效节能设计技术及应

1、面向物料多样化的土方机械工作装置高效节能设计技术及应用公示材料(一) 项目名称：面向物料多样化的土方机械工作装置高效节能设计技术及应用(二) 拟提名者：广西教育厅(三) 奖励类别：科学技术进步类（技术开发）(四) 项目简介：土方机械是工程机械类别中用于挖掘、铲运、推运或平整土壤和砂石等的机械装备，是我国基础建设大范围使用的主力工程装备。装载机作为典型的土方机械设备，其燃油消耗大，排放污染较严重。纵观其整个作业循环，物料铲装工作循环所消耗的能量占装载机整体消耗能量的比重最大，而铲装过程的能耗主要来源于作业过程中工作介质对装载机的反作用力，因此控制并减少铲装作业阻力是装载机作业过程节能增效最直接的

2、途径。以铲斗为核心的装载机工作装置承担了铲装矿石、原生土、碎石等多样化物料的重要功能，是装载机的核心关键部件之一。国际上，CAT（卡特）、VOLVO（沃尔沃）、KOMATSU（小松）等著名标杆企业，通过与大学、研究机构合作，已经掌握了面向物料多样化的土方机械工作装置开发的关键技术，并将土方机械作业阻力等基础数据作为企业的核心数据。针对多样化物料进行了作业过程基础数据的积累，给出了较国内企业更细的铲斗分类，有利于客户定制需求，也使设计的铲斗更有助提高整机作业效率，凸显企业核心竞争力。土方机械工作装置的设计是企业核心技术，与国际标杆企业相比，我国仍然主要是通过类比的方法进行设计，往往只能形成单一类

3、型 ，要实现面向物料多样化的工作装置高效节能设计面临巨大的挑战。面对工作装置作业阻力行为分析、作业过程铲装性能测试、多样化物料对象设计三大难题，本项目依托由广西科技大学，广西柳工机械股份有限公司和上海交通大学共同组建的广西土方机械协同创新中心，在国家和广西区科技计划的持续支持下，突破了面向物料多样化的土方机械工作装置高效节能设计关键技术，主要创新成果如下：1. 基于多样化物料特性分析的土方机械作业阻力准确描述技术。通过建立多样化物料模型（颗粒工厂）、作业阻力分析计算模型以及工作装置结构参数与作业阻力关系模型，提出了铲装作业过程中宏观机械系统与细观散体介质之间相互作用的描述方法，实现了面向碎石、

4、煤、沙、木薯等多样化物料的工作装置作业阻力准确描述，计算精度提升到10%以内。2. 面向物料多样化的物料特性测试技术及工作装置作业过程铲装性能测试技术。通过设计制造各种物料特性分析试验装置，开发制造土方机械铲装性能综合试验台，建造料槽及试验场，提出基于过程控制的工作装置铲装性能测试及评定方法，形成了作业阻力测试指南和铲斗满斗率测试规范。3. 面向物料多样化的土方机械高效节能工作装置精细设计技术及新型工艺技术。从作业阻力出发对土方机械工作装置进行精细设计，形成不同细化产品，同时引入灵敏度分析、快速设计、可靠性分析等技术，提出面向多样化实际物料的高效节能工作装置设计方法和技术流程，并在制造中提出了

5、相关新型工艺技术。(五) 项目知识产权情况（不超过10件）知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人专利状态实用新型一种测量滚动摩擦系数的装置中国ZL201621411240.12017.06.136220534广西科技大学徐武彬李 茹李 冰刘万锋陈其兵有效发明专利带有斗内粘附物料刮除装置的铲斗中国ZL201210511025.92016.06.292125182广西柳工机械股份有限公司陈 羽李 贝吴俊达有效发明专利一种大型装载机装配监控系统中国ZL201710403519.82018.3.132843740广西科技大学徐武彬李 冰陈其兵梁春芝李慧琼有效发明专利

6、合金或金属基复合材料宽幅板材的大应变轧制方法中国ZL201310126296.72015.03.251610250广西工学院孙有平徐武彬李利军惠 静石光林何江美有效发明专利一种串联型端面式磁性流体密封装置中国ZL201610351291.82017.12.052724815广西科技大学杨小龙徐武彬高尚晗有效发明专利一种超高强度铝合金板材的轧制方法中国ZL201610979048.02018.01.232789070广西科技大学孙有平周 珊何江美有效发明专利一种动臂自动矫正装置及矫正方法中国ZL201610163809.52018.03.022833058广西科技大学徐武彬华庆宝李 冰莫 琦李慧

7、琼梁蔓安王国安诸葛丽蓉庞贤剑孙云飞王俊梁解向阳有效实用新型一种静摩擦系数测定装置中国ZL201721148652.52018.04.207243345广西科技大学何锐波徐武彬向上升黄位健李 茹尹显波姬国强有效实用新型一种圆形端盖或凸台双焊枪焊接工装中国ZL201720631845.x2017.12.196741435广西科技大学何锐波李 冰莫 琦徐万鹏李志朋有效实用新型装载机卸料角检测装置中国ZL201620721229.92016.12.285818652广西科技大学梁蔓安徐武彬花庆宝王国安李 冰莫 琦靳 龙何锐波彭 迪张铖林李易泽有效上述知识产权属本项目所有且不存在争议，用于提名广西科学技

8、术奖的情况已征得未列入项目主要完成人的权利人（专利指发明人）的同意。(六) 公开发表的论文专著（不超过8篇）序号论文专著名称/刊名/作者年卷页码（ 年 卷 页）发表时间（ 年 月）通讯作者（含共同）第一作者（含共同）1装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法研究/机械设计与制造/杨旭 李冰 徐武彬 李玉凤2018（05）:124-125+130.2018年5月李冰杨旭2装载机铲斗铲装阻力的离散单元法研究/广西科技大学学报/李茹，徐武彬，李冰，杨旭2017,28(3):77-822017年9月李冰李茹3基于离散元法平地机推土板性能仿真分析/工程机械/李贝 陈羽 李冰2017年第48卷19-23页201

9、7年7月李贝李贝4滚动摩擦系数工程测试方法与验证/李贝 陈羽 孙平 李冰 刘万锋2017年第48卷29-322017年4月广西柳工机械股份有限公司；广西科技大学李贝5装载机铲斗斗齿数量对铲装性能影响的研究/建筑机械/陈羽 李贝 杜杏 陈前锋 刘越2016年第2期54-58页2016年2月陈羽陈羽6基于EDEM对碎石安息角形成过程中滚动摩擦影响的分析/矿山机械/王彬 谌炎辉 谢国进 胡旭宇2016,44(03):74-792016年3月王彬王彬7Geomagic Studio在岩石三维建模中的应用/煤矿机械/楚赞 谌炎辉 周德俭 谢国进2015,36(10):278-2812015年10月楚赞楚

10、赞8液压挖掘机配置需求创建过程研究/制造业自动化/张铖林 徐武彬 梁蔓安 花庆宝 李冰2014,36(12):51-532014年6月张铖林张铖林上述知识产权属本项目所有且不存在争议，用于提名广西科学技术奖的情况已征得未列入项目主要完成人的权利人（专利指发明人）的同意。(七) 项目完成单位取得的直接经济效益及其计算依据（装载机）项目完成单位取得的直接经济效益 单位：万元（人民币）项目总投资额2256自然年新增销售额新增利润新增税收创收外汇（万美元）节支总额201519580.833259.065520.74457.395308.58201615685.113052.465321.44250.5

11、1329.08201730256.646958.445653.415393.095294.24累计65522.5813269.981495.61101931.9直接经济效益的有关说明及各栏目的计算依据：1. 项目成果主要应用于柳工5吨装载机产品和部分挖掘机产品，各项数据由2个产品线数据相加获得。表格中所有原始数据源自广西柳工机械股份有限公司2015-2017年度财务报表。新增项目销售额、新增项目利润基础数据直接取自产品销售利润表。；2. 新增销售额=新增产品销量*新增产品销售单价（装载机产品）；或，新增销售额=（新增产品销量*新增产品销售单价）*单台工作装置不见占单台整机成本的比例（挖掘机产品

12、）；3. 上表新增利润为产品毛利，计算公式=新增产品销售额-新增产品成本；4. 新增税收：项目计缴的税费中的企业所得税、增值税是按项目销售收入在所有产品销售收入中所占的比重分配项目应承担的企业所得税和增值税；5. 2015年出口创汇按汇率6.5计算，2016年出口创汇按汇率6.9计算，2017年出口创汇按汇率6.51计算；6. 节支总额：应用该技术节约制造成本；7. 产品生产量（装机量）直接取自公司成本明细表。(八) 完成单位和其他应用单位应用情况表项目完成单位和其他应用单位应用情况表应用单位名称应用的起止时间应用单位联系人/电话应用范围规模新增销售额（万元）新增利润（万元）节支（万元）广西柳

13、工机械股份有限公司2015.01至今黄旭萍/装载机产品49103.858358.04562.80广西柳工机械股份有限公司2015.01至今郑丽群/装载机产品16418.734911.94369.1广西柳工机械股份有限公司2016.01至今蔡登胜能装载机开发000广西柳工机械股份有限公司2015.01至今黄旭萍/ 0772-38861754180D平地机推土板开发000广西柳工农业机械股份有限公司2016.03唐永治蔗收割机开发000(九) 完成单位对项目的贡献： 完成单位对本项目

14、主要贡献广西科技大学项目第一完成单位，主要负责面向物料多样化的土方机械作业阻力基础理论研究、试验方法研究以及设计方法与制造工艺研究，并协助进行推广应用。对技术创新点 1、2、3均有贡献，获得授权发明专利ZL201710403519.8、ZL201610979048.0、ZL201610351291.0、ZL201610115765.9，及实用新型专利ZL201620721229.9、ZL201720631845.x、ZL201621411240.1，发表学术论文11篇。广西柳工机械股份有限公司项目第二完成单位，负责工程化技术攻关与应用推广工作，制定了土方机械作业阻力测试方案，进行了大量的实验；

15、开发了装载机新型高效节能铲斗、挖掘机新型斗杆等，并在智能装载机、推土机等产品上进行推广应用。对技术创新点 1、2、3 均有贡献，获授权发明专利ZL201210511025.9，发表文章2篇，制定企业标准5项。上海交通大学项目第三完成单位，主要负责面向物料多样化的土方机械作业阻力基础理论研究和设计方法研究，对技术创新点 1、3 均有贡献。(十) 完成人及对项目的贡献：姓名排名行政职务技术职称工作单位完成单位对项目的贡献徐武彬一副校长教授广西科技大学广西科技大学项目总体负责人陈 羽二高级工程师广西柳工机械股份有限公司广西柳工机械股份有限公司第二完成单位技术负责人金 隼三科研院副院长研究员上海交通大学上海交通大学离散元、灵敏度分析李 冰四副教授广西科技大学广西科技大学离散元计算、灵敏度分析李 贝五广西柳工机械股份有限公司广西柳工机械股份有限公司离散元计算工程应用孙有平六教授广西科技大学广西科技大学材料加工工艺研究罗 维七教授级高工广西柳工机械股份有限公司广西柳工机械股份有限公