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建设机械研发 60 年的历程回顾与前瞻

时间:2015-01-20 09:42 来源:qzhaiyu.com 作者:海煜重工 点击:
1 初期创立和早期研发成果

1956年正值新中国建国初期,为加速国民经济建设,前苏联专家建议我国走建筑工业化和施工机械化道路,我国政府采纳了此项建议,由国家建筑工程部批准成立建筑机械及建筑机械化研究所(中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院前身)和机械施工总局设计室(建设部北京建筑机械综合研究所前身)。当时我国工程施工设备奇缺,一方面受西方国家封锁无进口渠道;另一方面受经济条件制约无力购买国外装备,而百废待兴的新中国又缺乏技术,工程施工对设备的迫切需求为刚刚诞生的研究院提供了一个很好的发展机遇。尽管当时条件很差,却取得了丰硕的成果,即使从现代的观点来看也令人惊叹。这些早期成果初步奠定了我国现代建设机械发展的基础,并形成了中国产品系列和技术标准体系。

这一历史时期具有代表性的主要成果有:

研发成功了后张法预应力混凝土钢筋张拉千斤顶,为我国预应力钢筋混凝土发展奠定了设备基础;

研发成功了起重量10t、跨度长达760m的平行式缆索起重机,成功应用于新安江水电站主坝的混凝土运输和浇筑;继之又研制出20t平行式和20t辐射式缆索起重机,应用于湖南柘溪水电站和黄河刘家峡水电站坝体施工,为我国早期水电建设做出了重大贡献;

研发成功了TQ-10(见图1)、TQ-45两种型号的快速架设塔式起重机,开创了我国快速架设塔机的先河,形成了快速架设塔机整套设计方法和计算模型,在设计理论和标准制订方面做出了突出贡献,TQ-45塔机获得首届全国科学大会奖;

研发出适应高寒地区的冻土层钻机,为青藏铁路在20世纪70年代初期做前期试验性研究、试验提供了关键设备;研发成功双切削头黄土洞掘进机(见图2),可在土质地层下一次掘孔成型4m的拱洞,为我国军事工程施工提供了关键装备,也是我国研发出的第一代盾构设备,成果获得首届全国科学大会奖;

研发成功北京55型前铲后挖双功能全液压挖掘装载机(见图3),填补了国内空白,荣获首届全国科学大会奖;

图1 TQ-10型快速架设塔式起重机 | 图2黄土洞掘进机 | 图3 前铲后挖双功能全液压挖掘装载机
研发成功GHP-250型混凝土喷射机(见图4),为矿山、冶金、隧道和国防工程坑道作业施工提供了关键设备,并获得首届全国科学大会奖;

研发成功的国内第一台汽车式混凝土搅拌运输车(见图5),为商品混凝土的应用创造了先决条件;研发成功卧轴强制式混凝土搅拌机(见图6),结束了我国只能生产自落式混凝土搅拌机的历史,奠定了现代化搅拌站、搅拌楼的发展基础。

图4 鼓轮式混凝土喷射机 | 图5 混凝土搅拌运输车 | 图6 JD200型单卧轴混凝土搅拌机 | 图7 砌块自动化生产设备
研发出建设机械关键部件单排球式回转支承,在国内外首次从理论上确定了回转支承的性能判定系数,首次从应力分布、接触误差论证了各种结构形式的回转支承的使用年限和承载能力,并制定了国家标准,为我国建设机械发展做出了重要贡献,其应用范围涵盖了起重机械、土方机械、混凝土机械、高空作业机械等领域,为此项目获得1989年国家科技进步三等奖;

与株洲市建委合作完成的中型空心砌块住宅建筑机械化施工成套技术,为我国推广机械化施工提供了理论依据和实践样板;

1980年《建筑机械化》杂志创刊,1981年《建筑机械》杂志创刊,1989年《中国电梯》杂志创刊。这3本杂志均为本领域最早创刊的综合性专业技术杂志,积极地推动了行业的发展。

2 近20年研发的关键产品和技术

2.1 概述

20世纪90年代初至今,是我国建筑业大发展的最好时期,建筑业空前繁荣,大型、特大型公共建筑、工业建筑相继出现,新材料、新技术、新工艺的大量应用和新型建筑结构的创新使传统的建筑机械已无法满足现代施工的需求,迫使施工企业大量进口施工装备,一些国际着名厂商纷纷到我国投资建厂。国际先进设备的广泛应用,使我院科技工作者看到了与国际先进水平的差距,找准了研发方向和目标,即瞄准国际先进水平,结合我国建筑施工急需,集中力量重点突破,引领行业技术进步。

在此期间,国家在该领域也给予了大力支持,从“九五”国家重点科技攻关开始,到“十一五”、“十二五”国家重点科技支撑项目,相继设立重点支持专项,建设机械技术和产品研发进入到黄金时期。中国建筑科学研究院在钢筋机械连接与钢筋加工机械、电梯与电梯安全技术、砂浆混凝土与混凝土制品机械、装修与高空作业机械、起重升降机械、桩工机械产品和技术、建筑机械标准化等方面都取得了突破性的成果,研发出了一批行业急需的技术和产品,并实现了产业化。除满足国内施工需要外实现了批量出口,为我国建筑施工行业的发展做出了重要贡 献。

2.2 钢筋机械连接技术与设备

自90年代开展钢筋机械连接技术与设备研究开发至今已经20年,先后形成了钢筋径向冷挤压套筒连接技术和设备、钢筋锥螺纹连接技术与设备、钢筋直螺纹连接技术与设备,在国内外数千项工程中得到应用。1997年,中国建筑科学研究院开始钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术的研发,经过潜心研究和大量试验,于1999年将钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接技术及设备研制成功。该项技术是钢筋等强度直螺纹连接技术的一种新形式,为国内外首创,获国家技术发明专利(ZL99118912.4),被列入“建设部十项推广新技术”、“国家重点推广新产品”和“国家级工法”。直螺纹钢筋接头连接见图8,分体式钢筋连接接头见图9,分体式接头应用于钢筋笼对接见图10。

图8 直螺纹钢筋接头连接 | 图9 分体式钢筋连接接头 | 图10 分体式接头应用于钢筋笼对接
2.3 钢筋加工机械及施工技术

1992年研制成功GWC1250型钢筋网焊接设备,填补了国内空白,并获得国家科技进步三等奖。在此基础上我院相继开发了GWC全系列钢筋网焊接设备,已形成完整的钢筋网焊接设备成套技术。

“十一五”国家科技支撑计划课题“智能化钢筋部品生产成套设备研究与产业化开发”和“钢筋工业化施工关键技术研究”两项课题形成了一批具有国际先进水平的钢筋加工技术与设备,为我国钢筋加工配送行业的发展提供了装备与技术支撑。目前,“十二五”国家科技支撑计划课题“工程钢筋加工自动化成型技术和设备研发与产业化”正在进行研发。

QX1500钢筋剪切生产线见图11,数控钢筋弯箍机见图12,GT系列钢筋矫直切断机见图13。

图11 QX1500钢筋剪切生产线 | 图12 数控钢筋弯箍机 | 图13 GT系列钢筋矫直切断机
2.4 电梯及电梯安全部件

90年代初,我国电梯整机市场基本为外资企业占领,国内民族企业亟待技术支持,我院率先开发了中高速交流客梯、变频调速无机房电梯、公交型自动扶梯等5种整机技术,并将技术提供给国内30余家生产企业,为民族电梯工业发展奠定了基础。目前我国具有自主知识产权的电梯整机产品已由90年代初市场份额不足3%上升到45%,并出口到世界90多个国家和地区。

在电梯关键部件方面,开发出具有国际先进水平的双向动作限速器、双向制动安全钳、电梯门系统、电梯控制柜等领先技术,为部件制造企业提供技术支撑。目前国内电梯制造企业的部件产品市场份额已超过60%,一些国际着名公司也采用民族企业产品。

电梯实验设备是保障产品质量的重要装备,研发的二合一限速器试验台、多功能限速器试验台、电梯控制柜性能调试和检测平台、电梯光幕性能调试和检测平台、电梯门机性能调试和检测平台、扶梯梯级间隙调试和检测仪、电梯门锁试验台、限速器动态拉力试验装置、瞬时式安全钳试验装置、安全部件试验塔架等20多种电梯专用检验检测装置在全行业得到广泛应用。

改革开放初期,我国电梯标准尚未形成体系,我院及时主持制定了与欧洲先进标准同步的《电梯制造与安装安全规范》、《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》、《液压电梯制造与安装安全规范》等30多项国家标准,建立了我国电梯标准体系。由于电梯产业发展迅速,我国已成为全球电梯产量和电梯保有量最大的国家,我院在国际标准化组织中的影响和地位日益提高,为我国电梯行业争取到了更多的话语权和利益。

1992年我院在国内率先建成了国家电梯质量监督检验中心,承担电梯产品质量的国家监督抽查、评优认证、仲裁检验、制造许可的型式试验、鉴定评审及客户的委托检验等任务;接受有关单位和部门委托的各种第三方的检测任务;承担有关标准的编制工作及标准研究、检测技术、试验方法的研究,开展检测设备的研制以及电梯标准、检测等方面的人员培训工作等,为我国电梯产业的健康发展做出了重要贡献。

2.5 混凝土及制品机械技术与设备

90年代初期,由于粘土砖的烧制大量破坏了土地并造成环境污染,国家急需用建筑砌块替代粘土砖,而能否实现这一重大决策,砌块成型设备是关键,为此,国家科技部设立了“九五”国家重点科技攻关项目“QM-12砌块成型机”,我院根据我国的实际情况,在消化、吸收国内外先进技术的基础上,研制出适合我国国情的QM、QT系列砌块生产设备,有力地促进了我国砌块建筑特别是多层和高层砌块建筑的发展;同时,主编了我国第一个《小型砌块成型机》和《混凝土制品机械术语》标准。

QM4-12砌块生产线见图14,薄壁管自动成型设备见图15,UB型砂浆输送泵见图16。

图14 QM4-12砌块生产线 | 图15 薄壁管自动成型设备 | 图16 UB型砂浆输送泵
建筑砂浆在连续搅拌、输送、喷射、抹平全部实现机械化施工方面,至今为止仍是世界难题。我院自20世纪70 年代开始,几代科技工作者坚持不懈地致力于科技攻关,始终站在技术最前沿,取得了可喜的阶段性成果:80年代研发成功我国第一代砂浆搅拌、泵送联合一体设备,垂直输送突破100m、水平输送达400m;在“九五”期间,该项目列入国家科技攻关计划,研发出系列产品,广泛应用于三峡工程、码头施工、岩土工程注浆、铁路基础注浆、大体量砂浆输送等施工,替代了进口产品;在“十一五”国家科技支撑计划项目课题“既有建筑改造注浆加固和表明防护喷涂设备开发”研发中,取得了突破性进展,实现了自动喷涂的功能,能够完成各种砖混和砌块结构建筑中抹灰作业的灰浆垂直或水平输送、喷涂作业,可无级调速,达到了国际先进水平;在此基础上,主编了我国第一本《机械喷涂抹灰施工规程》和《混凝土泵送施工技术规程》。

2.6 混凝土布料机械

混凝土布料设备是商品混凝土泵送到施工浇筑层后将混凝土送达浇筑部位的关键设备,我院在全国最早研发成功系列布料幅度为10m~32m的液压式混凝土布料机,包括移动、固定、船载、内爬、楼板爬升、车载、轮式、履带式、快装等型式,其中HGY10型混凝土布料杆获1999年建设部科技进步三等奖;承担了国家级课题“铁路现浇梁专用混凝土布料机”和“九五”科技攻关项目“起重、布料两用塔机的研究”,该成果达到国际先进水平,获建设部科技进步二等奖。

车载式混凝土布料机见图17,船载式混凝土布料机见图18,起重、布料两用塔机见图19。

图17 车载式混凝土布料机 | 图18 船载式混凝土布料机 | 图19 起重、布料两用塔机
2.7 建筑装修和高空作业机械

我院是国内最早从事吊篮、擦窗机研发的单位,自20世纪80年代中期开始研制国产高处作业吊篮,相继研制开发了ZLD150~ZD1000型系列高处作业吊篮;2001年开发成功具有双倍安全性能的ZLP800型系列吊篮。这些产品为淘汰安全事故多发、频发的竹木脚手架和钢管扣件脚手架起到了关键作用,技术在全国普遍推广,目前我国已成为全球最大的吊篮生产国和产品出口国,彻底改变了依赖进口的被动局面。我院主编了国家标准《高处作业吊篮》和《擦窗机》,1996年承担了国家“九五”科技攻关项目“墙面清洗维护装修设备”,在此基础上,结合近几年来国内各种高层建筑的形式研制了插杆式、滑车式、台车式、悬挂式、轨道式和轮载式擦窗机,完成了国家“十一五”科技支撑计划课题“异型建筑外立面施工、维护关键设备技术与产业化开发”、“建筑幕墙和电梯安装无脚手架施工作业装备技术与产业化”的研究,成果达到国际先进水平。

北京金长安擦窗机见图20,深圳海岸大厦擦窗机见图21,广州新电视塔擦窗机见图22。

图20 北京金长安擦窗机 | 图21 深圳海岸大厦擦窗机 | 图22 广州新电视塔擦窗机
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