项目技术总结报告

项 目 技 术 总 结 报 告

项目编号：

项目名称：福建省土方工程机械工程技术研究中心承担单位：龙工（福建）机械有限公司

2008H2005

龙工（福建）机械有限公司

2012-8

滑移装载机研发技术总结

（以LG308滑移装载机研发为例）

一、新产品开发的背景情况

根据中国最新人口普查结果到2015年，中国城市“可工作人口”预计将开始萎缩。而到2020年，城市老年人口比例将达34%。2030年，中国人口将达到顶峰，但与此同时，中国也将开始“变老”。到2050年，中国60岁以上的老年人将达到4.38亿。

人口增长率的下降会直接导致劳动力的下降，从而降低经济增长率。除非我们可以通过技术进步和制度创新来加以弥补，否则劳动力短缺势必会成为未来经济增长的瓶颈。要破解这个困局最可靠的办法就是通过机械来弥补人力稀缺的不足。以往靠人力完成的零散繁杂的工作不得不被小型的工程机械替代。龙工作为行业领军企业从长远规划来看理应为国分忧、为民造福，滑移装载机产品的研发和量产是在小型工程机械方面一个重要战略布局。

随着社会的进步、人口老龄化和各种基础设施维护工作量的增加，具有铲运、堆垛、起重、挖掘、钻孔、破碎、抓取、推扒、松土、开沟、道路清扫和路面压实等多功能作业特性的滑移装载机将广泛用于小型土石方工程、城市基础设施、道路或建筑工地、厂房车间、仓库、码头、轮船甲板甚至船舱内等场地狭窄、作业内容频繁变换的场所。目前国内滑移装载机占整个工程机械产品市场比重的1%不到，这与北美等发达国家和地区17%～21%，欧洲发达国家10%左右的的占有率比例相比还存在巨大差距；而且发达国家对这种多功能小机器的依赖程度越来越高。因此，无论在国内还是国外市场上，滑移装载机都有非常大的发展空间。

二、新产品开发总体思路

LG308滑移装载机是公司通过把握市场脉搏深入调研后确定开发的战略产品。本机型设计的指导思想为可靠、创新、实用、舒适、经济。 （一）实施方式

本项目的实施方式是中国龙工控股有限公司技术研究院小型装载机研究所组织具有丰富装载机设计经验的技术人员进行科技攻关,形成了具有自主知识产权的滑移装载机。申报并获得了“滑移装载机”（ZL[1**********]3.5）、“减少

防尘污染的驾驶室”（ZL[1**********]0.6）、“一种抢险机器人”

（ZL[1**********]2）。实施过程依靠龙工完善的装载机企业内部标准、非常成熟的工艺流程和大量通用工装模具；使效率更高，生产流程更顺畅。使用专利“一种挖掘机拖链轮吊具”(ZL 2010 2 0548295．3)吊装滑移装载机车架系统；“一种挖掘机支承轮支架反变形预变形焊接变位机”(ZL 2010 2 0548293．4)用于滑移装载机车架焊接；“一种挖掘机动臂的平衡自锁吊具”（ZL 2010 2

0548193.1）吊装滑移装载机工作装置；从而可以依照企业已经非常成熟的工艺，使生产流程更顺畅。减少了工序和设备的种类。 （二）主要技术指标

额定装载量（kg）：861 倾覆载荷（kg）：1722 操作重量（kg）：3100 发动机功率（kw）：49.8/2600 燃油箱容积（L）：88 系统压力（MPa）：21 额定流量（L/min）：91 大流量系统（L/min）：128 液压油容积（L）：65 轮胎 ：10x16.5 行驶速度（km/h）：11.5 （三）阶段进度计划

2010.1～2010.5 技术设计 2010.6～2010.8 样品试制 2010.9～2010.11 样品试验 2010.12～ 2011 批量生产 三、核心技术及创新点 （一）核心技术

1、整体车架结构采用钣金拼焊，重量轻、强度高、稳定性更好。车架集成了四大油箱于一体，节省空间便于散热。采用装配式中梁结构解决了发动机装配工艺与车架结构稳定性矛盾的问题。

2、驾驶室采用大角度后翻设计，维修空间更大；不要抬起动臂即可打开驾驶室维护，维修更便利；驾驶室举升气弹簧通过动力学分析软件优化设计，一人轻松实现后翻，人机工程优越。

3、电气系统采用电控自锁、互锁设计，减少误操作；电气控制盒集成在驾驶室内部，不易受潮湿、高温、防尘等环境影响，可靠性更高；六路属具控制电气接口可以实现市场上常见的所有属具。 （二）创新点

1、整体车架结构采用装配式中梁结构解决了发动机装配工艺与车架结构稳定性矛盾的问题。

2、驾驶室前门框结构通过创新设计外观质量、结构强度与制作工艺方面明显提高。门框采用有限元技术进行优化分析，重量增加12%，强度提高5.4倍。

3、工作装置通过结构改进，在不增加材料的基础上强度增加1.5倍，液压油折弯钢管布置更顺畅、容易制作、液压油阻力小。

4、一体化仪表控制面板设计，整机性能参数一目了然，确保在使用时对整机的全面掌控。电气系统采用电控自锁、互锁设计，减少误操作，使用更安全。

5、发动机采用中梁进气结构，空气通过中梁从机体外吸入较干净冷空气，通过空滤器二级过滤后进入发动机，提高了燃烧效率，动力输出更强劲；恶劣环境下中梁内部还能增加空气过滤材料形成三级过滤，保护发动机免受损害。

6、整车造型协调、美观，具有龙工独特风格，符合现代审美要求。 四、研制过程

详见附件1：LG308滑移装载机试制进度计划表

五、国内外主要同类产品技术性能指标对比分析及本项目产品的技术水平评价

LG308滑移装载机是在龙工集团的品牌优势及完善的生产、研发体系下，借鉴、吸收国际顶尖品牌产品经验开发的具有龙工特色、自主知识产权、技术国内领先的系列产品。

技术评价：

龙工滑移装载机具有发动机动力足功率与自重比大，动力强劲；整机造型美观；操纵简单舒适；系统性能稳定可靠；工作稳定、安全性高；操纵视野开阔；日常保养维修方便等优点。

通过对龙工滑移装载机与美国凯斯、国内山河智能和濠泰等同类产品的性能对比，具有明显特色和优势。龙工滑移装载机技术水平在同行业处于国内领先、国际一流。

六、推广应用情况需要继续解决的问题 （一）推广应用情况

LG308滑移装载机于2010年1月开始研发，2011年LG308滑移装载机取得了27台的销售量，其中14台出口，13台国内销售。 （二）需要继续解决的问题

挖掘机高压油缸的研究与产业化

一、项目的背景及意义

挖掘机用高压油缸作为液压系统的执行元件，是挖掘机液压系统的主要部件，其产品性能和质量状况，直接影响整机的性能和可靠性。目前，我国的挖掘机用高压油缸几乎全部依赖进口或外商在华独资企业、合资企业生产提供。以本公司挖掘机事业部为例，2008年采购的全部机型挖掘机油缸中80%以上为外部企业所生产。因此加快挖掘机用高压油缸的研发，掌握挖掘机用高压油缸设计与生产制造的关键技术，不仅可以使本公司挖掘机产品在高压油缸选择上多元化，而且对质量提升及成本降低等方面提供有力的支持。 二、新成品开发的总体思路 （一）产品开发计划确定

根据我公司挖掘机事业部挖掘机整机开发及生产的计划，制定相应机型用高压油缸的开发计划。（设计任务书及计算书见附件1.1） （二）产品开发实施的过程

参考国际上比较先进的挖掘机用油缸制造厂家所生产的产品，对其进行分析、理解、消化其技术；参照其技术设计符合自身需求的挖掘机油缸产品；样品生产完成后经过一系列的内部检测合格后装机进行缓冲测试及其他的可靠性测试；通过测试后将样品投放市场进行市场验证；后续进行小批量直至大批量生产。 三、研究开发内容、技术难点及技术创新点

（一）研发内容

1、研究利用国产合金钢材加工高压油缸缸体、活塞杆等重要部件的制造工艺技术，提高产品的加工精度和性能质量；

2、优化高压油缸的缓冲结构，提高产品的缓冲性能；

3、对油缸焊接的焊缝结构技术进行研究创新，提高油缸总成的整体强度、密封性和耐用性；

4、对规模化生产高性能高压油缸的设备选型进行研究，优化加工制造及装配工艺，提高油缸生产的质量稳定性、可靠性。

通过以上研究，全面掌握挖掘机高性能高压油缸生产的关键技术、制定产品的质量标准。

（二）重点解决的关键技术难点

1、原材料选择及加工工艺方面

在对进口产品主要零部件如缸筒、活塞杆进行分析后，选择国内生产的化学成分与机械性能相近的材料，以此来解决原材料选用的问题。

但涉及到具体的加工工艺的时候我们没有直接的数据可以参照。通过分析只能得到各个部品的尺寸及精度，那么通过何种工艺来得到合格的部品是我们攻关的一项重点。

2、缓冲设计方面

缓冲部分的结构每个公司都有自己庞大的数据库来支撑缓冲装置的设计。在缺少最初数据的时候，如何通过对不同材料间的配合及配合后两者间的间隙选择，以获得最好的缓冲效果是我们攻关的又一重点。

3、密封结构方面

如何选择密封性更好，寿命更长的适应国内挖掘机使用工矿的挖掘机油缸密封结构是我们攻关的另一重点。

（三）主要技术创新点 1、原材料选择及加工工艺方面

①缸筒：最初，我们以一套进口的20T挖掘机油缸为样品进行分析，通过一系列的理化性能实验，并与日本JIS G 3445-2006机械结构用碳素钢管行业标准进行比对选择，确定其材料为 STKM-13C

。

对比国外材料的化学成分和机械强度，选用国内材料为25Mn。

并对钢管原材料进行冷拔加工，使钢管原材料的屈服强度达到53 kgf/mm2以上。

为提高缸筒的使用寿命，需要提高缸筒内径的粗糙度和硬度。传统的珩磨工艺虽然可以达到要求的粗糙度，但不能提高缸筒内径的硬度，影响密封件的使用寿命；参考有些公司使用的浮动式内径刮削滚光的加工工艺虽然可以得到很好的内径粗糙度和硬度，但当原材料基材硬度不均的情况下，该工艺所加工的成品内径直线度不好，因此对密封系统的使用寿命影响很大。

基于以上问题点，我们用不同的设备对比加工，进行多次试验，最终采用了内径刮削滚光的工艺，并选用了刚性内径刮削滚光的设备。解决了内径粗糙度、硬度、直线度不能同时大幅提升的问题。

②活塞杆：同样，我们通过对选用的国外样品材料进行理化分析，选用国内材料为45#钢。并对活塞杆用原材料进行正火或调质热处理，以细化原材料组

织提高原材料质量的稳定性。然后再对热处理

后的活塞杆进行表面高频热处理，处理后的表面硬度可达52-60HRC，硬化层深

度达2-3mm，处理后可以大幅提高活塞杆的耐磕碰能力和整体运行刚度。

最后对活塞杆表面进行电镀处理。为提高活塞杆的耐腐蚀性，适应挖掘机产品在恶劣环境条件下的工作能力，我们购买了进口自动电镀设备，开发了镀镍和硬铬双层电镀的工艺。该工艺生产的活塞杆耐腐蚀性是单独镀铬工艺生产活塞杆的3倍以上。

2、缓冲设计方面

①缓冲结构及参数选择：液压缸采用浮动式缓冲，性能优于固定式缓冲，在缓冲行程时，缓冲套会自动调整与导向套相配孔之间的同心度，避免了缓冲套外圆与导向套配孔之间因加工、装配产生的偏心、偏磨现象，使动能能在缓冲行程上被逐渐而平稳地吸收。另外，在缓冲套外圆上加工三处均布的小角度斜面和在导向套处加工一处节流小孔。缓冲时可以通过改变这三处斜面和节流小孔的大小来改变通流面积，从而很方便的调整缓冲压力曲线，并最终实现最优化的缓冲效果。

由缓冲设计所建立起来的压力曲线显示出缓冲性能。理论上理想的压力行程曲线是一条直线，表示缓冲作用有恒定的压力特性。曲线下的总面积代表所吸收的动能。

由固定缓冲和浮动缓冲在同样条件下产生的实际压力曲线，相比之下更显示了浮动式缓冲的优点，更密切地逼近匀减速曲线，压力尖峰低，以较低的冲击减少了机器噪声，提高了使用寿命。

下面是一组我们通过改变斜面和节流小孔的大小来调整缓冲压力曲线，并求

取最优缓冲效果的实例：

通过实验得出的数据做筛选，曲线形状更平滑、缓冲压力和缓冲时间最优

的组合是1-A组参数。

②缓冲相关零件材料选择：通过多次试验，我们采用了用较硬材料制作导向套，用另外一种相对较软且受压后膨胀率较大的材料制作缓冲套的设计方案。如：20吨级的45#导向套+QT500缓冲套和6吨级的45#导向套+铜缓冲套的结构。

该缓冲结构的优点在于，较软且受压后膨胀率较大的材料在缓冲行程初期，

受较小的缓冲压力就可以使其膨胀，膨胀后时导向套和缓冲套间的间隙接近于零，可以获得良好的缓冲效果；两种不同硬度的材料摩擦后不会形成大面积摩擦损伤，缓冲效果的持续性良好。

另外，创新设计带缓冲调节装置和缓冲测试孔的高压油缸，通过在线测试获得最佳缓冲间隙等参数，用于指导高压油缸的批量生产。

3、密封结构方面

国内挖掘机使用时存在使用强度大、环境恶劣等外部环境。因此对于密封系统的可靠性要求大幅提升。

在使用中若油缸内存有空气，在油缸的快速换向时会使密封系统中的纳污环烧伤，异物质通过损伤处进入主密封区域损伤主密封，密封系统寿命变短。

通过多次的试验，我们开发了一种新型的密封结构，使用强度较纯PTFE纳污环强度更高的PTFE+铜粉+碳粉的新材料。PTFE

中加入

滑性。从而使密封系统的寿命大幅度提高。 四、主要技术性能指标及技术水平评价 （一）主要技术指标

铜粉后可以大幅度提高纳污环的强度；加入碳粉后可以增加纳污环的耐磨性和润

挖掘机用高压油缸（包括动臂缸、斗杆缸及铲斗缸）的耐压性能、缓冲性能、行程及安装距等参数指标符合挖掘机整机安装设计要求。

缸筒主要技术性能指标：

1、原材料采用25Mn冷拔无缝钢管 2、屈服强度≥53 kgf/mm2

3、硬度≥85 HRB 4、内孔圆度≤0.015 5、内孔直线度≤0.1/1000

6、内孔光泽度≤Ra0.2 活塞杆主要技术性能指标： 1、原材料采用45#圆钢

2、经调质和表面高频淬火后，硬度达52-60 HRC

3、电镀处理：镀镍和硬铬两重镀层，进一步提高活塞杆的防锈、耐久性和抗冲击性能，耐盐雾试验达到96小时。

4、电镀后表面粗糙度≤Ra0.1 5、同轴度≤φ0.25/1000 缓冲装置主要技术性能指标：

采用浮动缓冲装置，其实际压力曲线逼近匀减速曲线，因此具有很好的缓冲性能

密封系统主要技术性能指标：

采用派克和NOK进口密封件，有很好的密封性能。 （二）技术水平评价

本公司生产的挖掘机用高压油缸是借鉴、吸收国际顶尖品牌产品经验开发的具有龙工特色、自主知识产权、技术国内领先的产品。

通过一系列缓冲、耐久性、实车测试得到的结果显示（详见附件2：CDM6200系列挖掘机油缸缓冲测试报告），自主生产的挖掘机用高压油缸已达到，甚至某些性能已超过进口同类产品的性能。其技术水平处于同行业国内领先水平。 五、挖掘机高压油缸的研究与产业化前景及效益指标

目前的挖掘机高压油缸国内目前还未形成产业化，主要靠进口，研发高压油缸前景广阔。 （一）经济效益

1、建成挖掘机高压油缸生产线一条，其装备先进，自动化程度高，年生产能力达6000套，销售额达1亿元。

2、已完成多个机型用高压油缸的开发，为提升挖掘机事业部产品的综合竞

争力提供保证。 （二）社会效益

建成工程机械液压油缸产品检测实验室。包括设计制造计算机控制液压缸实验台，配置油液清洁度分析仪、密封件耐压试验机、O型圈拉伸试验仪、盐雾试验设备、液压系统综合测试仪器（可在线检测流量、压力变化）等试验仪器设备，满足项目开发及产品测试等需求。另外，通过密封件等国内暂时薄弱环节的测试将带动国内行业的整体发展。 六、项目进度及继续研究方向 （一）项目进度

（二）继续研究方向

在现阶段进展的基础上，继续完成挖掘机液压油缸的缓冲结构的优化设计。 在设计过程中，要对将要采用缓冲的系统进行充分的了解，预测大概能达到的峰值压力，然后对缓冲套的结构进行方案设计。在缓冲套外形一致的情况下，对卸压孔按直径大小分组进行设计；对同一孔径的卸压孔的缓冲套，改变外形轮廓，进行设计；通过这两组方案，分别生产制作装机进行缓冲试验，观察各自的缓冲效果，和得出各自的缓冲时间-缓冲压力曲线，然后与理论缓冲时间-缓冲压力曲线进行比照，绘制出试验缓冲系数、理论缓冲系数、模拟仿真缓冲系数的曲线图。根据曲线图分析，缓冲系数对缓冲效果的影响。进而得到一系列数据用以指导产品的批量生产，并持续提升产品的质量。

大型变速箱体消失模铸造缺陷分析与预防措施

消失模铸造,是用泡沫塑料做出与铸件形状一样的模型，刷涂料并烘干后埋入砂箱的干砂中，并使砂箱处于负压下进行浇注,泡沫模在高温金属液的作用下迅速燃烧、气化而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模样所占据的位置，冷却凝固成与模样形状相同的铸件的铸造方法。

大型箱体的消失模铸造一直是国内外铸造业没有攻克的技术难点。我司从2008年引进美国富康公司的消失模铸造设备，开始研发生产大型变速箱体。但是由于大型箱体零部件消失模铸造工艺复杂，铸造过程控制困难，对人员技术素质要求很高，产品的合格率一直达不到要求，无法为后续生产批量提供合格产品。

大型箱体消失模铸造的缺陷主要有铸件表面粗糙、变形、粘砂、碳渣、气孔等。根据大型变速箱体消失模铸造的技术难点，我们通过理论研究分析，工艺改进优化，人员技能提升等措施，使产品合格率得到了很大提升，已经可以稳定在90%以上。

一、表面粗糙、变形的缺陷分析与改进优化

铸件表面粗糙的问题主要来源于泡沫模型的表面质量，泡沫模型表面粗糙了，生产的铸件必然粗糙。为能制作出表面质量光洁和不变形的泡沫模型，珠粒预发泡、模片成型是关键工序。

1、预发泡工部配备有德国 Teubert 生产的间歇式全自动珠粒预发泡设备，并配备有密度控制元件微调预发密度，预发泡珠粒粒度均匀，水分含量（＜0.5%）, 熟化后珠粒STMMA戊烷含量大于6.5%。设置了10个珠粒存放料仓及1个中间料仓，安装空调控制室温为20～25℃，保证珠粒熟化时间和指标稳定。

2、模片成型工部配备有德国Teubert生产的全自动卧式模片成型设备，所配模具分型面积大，一次可压制两件。模具的加料、成型、取模均实现自动化，所压模片表面光滑，尺寸精度高，变形量在控制范围内。

3、为防止涂料浸涂、烘烤和造型的变形，在法兰圆装接了“米”字形支撑，其它易变形部位装接了加强筋，取得很好防变形效果。

二、粘砂缺陷分析与改进优化

铸件粘砂是常见的缺陷，为防止铸件产生粘砂，涂料配置、浸涂、烘烤是关键工序。

1、主要设备有涂料搅拌机、浸涂槽、流平台。所用涂料主要是用亚什兰（常州）涂料，由厂家配制好，桶装膏状供货，使用时兑水搅拌至规定波美度即可。该涂料具有优良的涂挂性、附着力、透气性和剥脱性，生产的铸件表面容易清理，外观光洁。

2、自配涂料的应用。亚什兰涂料质量保证，但是价位较高。为保证产品质量又能节约成本，采取第一遍涂层用亚什兰涂料，第二遍、第三遍涂层用自配涂料，取得良好效果。

3、烘烤房采用电加热，热风循环，恒温控制，有温度、湿度显示。

消失模箱体采用了浸涂三遍涂料工艺，保证了1.2-1.5mm 的涂层厚度，有效地克服了粘砂缺陷。

三、碳渣、气孔缺陷分析与改进优化

碳渣、气孔缺陷严重影响铸件内在质量，防止铸件碳渣、气孔缺陷，熔炼、浇注是关键工序。

1、熔炼工段装备了两套6吨美国应达公司生产的中频感应电炉，该电炉高度自动化控制，能快速熔炼高品质的铁水，铸件能耗降至最低限度，两套电炉具有每小时熔炼 24 吨钢、铁水的能力。能够保证提供化学成分合格、铁水纯净、温度符合要求的铁水。

2、浇注工部具有宽大的浇注平台，显示浇注温度和铁水重量的显示屏，良好的侧吸除尘系统等，并采用轻质空心直浇道使浇注极为的平稳，极大地改善了浇注环境。我们提高了浇注温度，保证了泡沫的气化温度，基本消除了碳渣和气孔的产生。

四、铸件缺陷的修复

我公司采用由北京奥宇可鑫公司生产的铸件修复机，对铸件毛坯及机加工面的铸造缺陷进行修复，可常温下补焊，基体不发热。修复后的铸件表面基本无色差，结合牢固，无脱落，无应力集中等优点。使我司的铸件合格率有了进一步的提高。

五、技术合作

公司早期聘请过华中科技大学叶升平教授，中期聘请过法斯特公司技术部马红兵等专家。经过系列研究，全面掌握了在工程机械铸件生产中如何解决收缩和缩松的关键技术。

六、理论研究成果

（一）大型变速箱体无薄膜密封铸造工艺的研究及应用

我司消失模铸件年生产能力2万吨，主导产品有LG853变速箱体、LG853变矩器壳体、ZL30箱体等。其关键工序所用设备如珠粒预发、模片成型、埋箱震实等采用进口设备。其中造型生产线是引进美国富康公司的设备和工艺技术，主要特点是用底注式浇注系统和无薄膜密封浇注工艺。2009年10月进入试生产，对无薄膜密封和底注式浇注工艺进行技术吸收和创新转化。

无薄膜密封铸造工艺的优点：

1、不用薄膜，减少了与薄膜相关的作业，节约了成本，优化了流程；

2、消除了薄膜烧烤引起的污染，特别对生产环境的保护有重要意义；

3、由于浇注过程箱内总体负压较低，铸件的粘砂现象少，内腔清洁度；

4、大抽气量，铸件冷却较快，有利于晶粒细化。

经过大量的试验证明，我公司对无薄膜密封铸造技术的吸收及成果的创新转化是成功的，无薄膜密封铸造，优化了流程、提高了质量、消除了污染。目前，我公司的消失模产品，全部是采用无薄膜密封和底注式浇注工艺，并已进入大批量生产，产品质量优良。

（二）扁状拐弯深盲孔消除孔堵粘砂的工艺研究及应用

随着消失模铸造技术的不断成熟，使用该技术生产的产品日益增多，一些结构复杂和带有扁状拐弯深盲孔的铸件经常出现。扁状拐弯深盲孔的铸造工艺难度大，容易产生孔堵或粘砂，难以清理，探求更加有效的工艺方法是我们铸造工作者的重大责任。我公司通过采用随形砂芯、砂芯表面涂层烘干、粘模时埋入盲孔、孔口密封等工艺措施，完全解决了装载机830后壳体一“烟斗形”扁状拐弯深盲孔的孔堵和粘砂问题，并且推广应用到其他产品，效果很好。