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陕西省科学技术进步奖提名书
信息来源:       发表时间:2019-06-27 13:59:03       阅读次数:
  

陕西省科学技术进步奖提名书
(2019年度)
一、项目基本情况
奖励类别:技术推广类                                成果登记号:9612019Y0399
项目名称 HMD-7500多功能全液压锚固钻机
主要完成人 罗诗伟,杨苏昌,马亮,曹金龙,王栋
主要完成单位 陕西核昌机电装备有限公司

提名意见
(适用于部门、机构提名)
提 名 者 中陕核工业集团公司 提名等级 □一等奖□二等奖及以上√三等奖及以上
提名意见:
 
    该项目是中陕核工业集团公司批准立项,由陕西核昌机电装备有限公司实施,具有独立知识产权的产品,已经取得四项实用新型专利,目前已达到了国内先进水平,是新一代的先进生产力的代表,经工业性试验和用户使用,可以满足国内95%地层的锚固施工工艺需求,其各项性能指标均达到了设计要求,技术成熟,是一个不可多得的优良项目,必将成为核昌公司又一个新的经济增长点。
   该钻机,具有结构设计合理、操作简单方便、安全可靠、搬迁方便等特点,且经过工业性试验,验证了钻机能够满足粘土层、砂石层、鹅卵石等地层的单管冲击回转施工、双管冲击回转施工、跟管冲击回转施工、螺旋钻杆施工等多种工艺的需求,其各项性能指标均达到了设计要求。
   该钻机为整体式的,采用悬臂连杆式调角度机构,可在三维内调节,实现360°施工,并且配有钢履带行走底盘,采用浮动机构,可在一定范围内调整钻机的离去角和接近角,使得整机移动迅速,在不同的环境下施工适应性强。夹持器采用双夹持,可实现自动拆卸钻杆和套管。该设备在砂卵石地层或不稳定的破碎地层施工时,使用高压循环水,采取动力头顶部液压冲击双管回转钻进施工,工作效率高于过去常规方法施工。
   提名该项目为2019年陕西省科技进步三等奖。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
说明:省科学技术奖一、二、三等奖项目,实行按等级标准提名、独立评审表决的机制。提名应严格依据省科学技术奖的标准条件,说明提名项目的贡献程度及等级建议“仅提名一等奖”评审落选项目不再降格参评二等奖提名二等奖及以上评审落选项目不再降格参评等奖。提名项目正式提交后,提名等级建议本年度不得变更。

三、项目简介
   一、概述
该钻机是为了满足我国岩土锚固工程施工需求而研制的新型钻机,具有结构设计合理、操作简单方便、安全可靠、搬迁方便等特点,且经过工业性试验,验证了钻机能够满足粘土层、砂石层、鹅卵石等地层的单管冲击回转施工、双管冲击回转施工、跟管冲击回转施工、螺旋钻杆施工等多种工艺的需求,其各项性能指标均达到了设计要求,目前技术水平已达到国内先进水平。
该机为整体式,采用悬臂连杆式调角度机构,可在三维内调节角度,实现360°施工,并且配有钢履带行走底盘,采用浮动机构,可在一定范围内调整钻机的离去角和接近角,使得整机移动迅速,在不同的环境下施工适应性强。夹持器采用双夹持,可实现自动拆卸钻杆和套管。该设备在砂卵石地层或不稳定的破碎地层施工时,使用高压循环水,采取动力头顶部冲击双管回转钻进施工,工作效率高于过去常规方法施工。以边坡锚固工程施工为主,也可以广泛用于建筑深基坑、地铁、隧道、铁路、公路、地质灾害治理的锚固施工和小型桩的施工。
   二、主要技术指标
  1、钻孔直径:φ150~φ250mm
  2、钻孔深度:140~200m
  3、动力头给进行程:3500mm
  4、动力头输出扭矩:10000N·M
  5、动力头输出转速:0~60r/min,0~120r/min
  6、回转加压给进力:60KN
  7、最大给进速度:14.8m/min
  8、最大回转拉力:90KN
  9、冲击频率:1300times/min
    三、取得专利情况
(1)实用专利,专利号2016212475078,一种锚固钻机;
(2)实用专利,专利号2016212396288,一种具有卸扣功能的夹持器;
(3)实用专利,专利号2018216381331,一种悬臂连杆式调角度机构;
(4)实用专利,专利号2017216983115,一种钻杆用半自动卡钳。
   四、应用推广及效益情况
   HMD-7500多功能全液压锚固钻机是为满足我国岩土锚固工程施工需要而研制的新型钻机,具有结构设计合理、技术先进、操作简单方便、安全可靠、搬迁方便、加工制造难度适中、制造成本低等特点。且经工业试验,验证了钻机能够满足在多种地层的冲击回转锚固施工工艺的需要,其各项性能指标均达到了设计要求,技术成熟,价格适中,具有较为稳定的利润空间。目前产品累计实现产值1035万元,销售收入283万元,利润33万元,税收48万元。
   五、产品外形图

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四、主要科技创新
一、项目实施的背景和意义
近年来,由于政策支持力度的加大,以及锚杆钻机市场的复苏,中国锚杆钻机投资环境大大改善,大量资本进入中国锚杆钻机领域,海内外、多主体的联合投资成为锚杆钻机投资的主流形式。多主体指国企、社会、民营、港台、海外等企业参与到锚杆钻机行业投资中来。融资渠道方面,包括企业投资、广告投入、版权预售、金融贷款、风险投资、政府出资、个人投资、锚杆钻机基金资助和其他形式的间接赞助等在内的多种形式,使锚杆钻机资金的来源更加丰富。股票市场与锚杆钻机企业(如:金帆股份和黄海股份)成功对接之后,将大大提高中国锚杆钻机企业的竞争力。长期制约中国锚杆钻机领域的资金问题可以得到根本改观,今后中国锚杆钻机领域的资金来源将更加充裕。
锚杆钻机是实现锚杆支护技术的重要机械设备,随着锚杆支护技术的飞速发展,用于钻凿锚杆孔的锚杆钻机也得到了快速发展。展望它的发展,有助于不断促进锚杆钻机设备的技术进步,使其更加适应现代支护技术的需要。
1、国外锚杆钻机技术发展状况
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总体上讲,国外发达国家锚杆孔钻进设备的品种与功能多样,技术性能优越,可靠性高。目前,国外应用较为普遍的单体锚杆钻机主要有风动和液压锚杆钻机两种。风动锚杆钻机有澳大利亚的克莱姆公司WOMBAT型,阿明克公司GO·PHER型和瑞典PRB-300型等;液压锚杆钻机有英国WlSP型,澳大利亚PROBAM型等。特别是澳大利亚在风动锚杆钻机方面一直保持着较为领先的技术和产品,主要有柱塞马达与齿轮马达2种,采用玻璃钢碳素纤维支腿,产品特点是重量轻、扭矩大、噪音低、耗气量小、机身矮等。新型锚机组的出现虽然只有l0多年,这种一体化的锚杆支护技术在国外越来越受到重视,发展也很快,常采用性能优良、技术先进、操作维修方便、应用范围广的锚杆钻机与采掘设备配套的锚机组。如乔伊公司生产的14CM10型采掘锚机组,12ED18型采锚机组,鲍拉特公司的E230型掘锚机组,郎艾道公司的RBI-50L型锚杆钻车等班工作效率已达120~240根。美国煤矿大量使用塔架钻车式锚杆钻机,并着手开发计算机控制的全自动锚杆钻机。法国生产的转架式锚杆钻机集钻孔、安装锚杆为一体,并具有储存锚杆杆体的锚杆仓。芬兰生产具有树脂注射系统的钻车式锚杆钻机,使钻孔、安装锚杆杆体、注入粘结剂完全由机械完成,机械化程度颇高。
2、国内锚杆钻机技术发展状况
国内锚杆钻机的研制经历了30 多年的历程,曾先后研制机械支腿式电动锚杆钻机、钻车式锚杆钻机、支腿与导轨式液压锚杆钻机、支腿式气动锚杆钻机、非机械传动支腿式电动锚杆钻机、机载式锚杆钻机和双级气腿凿岩机等。已形成液压、电动、气动三大系列30多个品种。
但是,由于锚杆孔钻进设备的开发、研究和生产,与锚杆支护技术的迅速发展不相适应,锚杆支护施工中大量使用的还是传统气动凿岩机与煤电钻。专用锚杆孔钻进设备中,使用国外进口设备较多,但因进口设备价格高和备件供应不及时,用户大多希望采用国产的锚杆孔钻进设备。
近来,我国生产MQT/MQS系列气动锚杆钻机,已能逐步代替国外进口的齿轮马达式锚杆钻机。我国生产的ZYX系列液压锚杆钻机在与S100 掘进机配套使用中,取得可喜进展。虽然,我国的锚杆钻机在技术和产业化方面取得非常大的进步,但可靠性非常高、性能优异的国产化锚杆钻机还为数不多,与锚杆钻机配套的钻具规格还不全,大部分钻具质量不稳定、并且适应岩石条件有限。
国内履带式锚杆钻机主要有浙江志高ZGYX-430、北京优博林747锚固钻机,无锡MDL系列等,采用长行程、大扭矩,钻架可三维内调节,钻臂可摆动旋转,有些具有双加持、冲击回转等功能,可以实现65%的地层的跟管钻进和双管冲击回转钻进。
目前HMD-7500锚固钻机与国内各厂家钻机参数对比如下:
厂 家 核昌公司 浙江志高 北京优博林 无锡探矿
型 号 HMD-7500 ZGYX-430 747 MDL-120D
钻孔直径 φ150-250 mm φ145 mm Φ200 mm φ150-250 mm
钻杆倾角 0~180° 0~180° 0~180° 0~90°
回转扭矩 10000N·M 4500 N·M 6500 N·M 6500 N·M
给进长度 3500 mm 3000 mm 3500 mm 3400 mm
给进力 62KN 15KN 35KN 33KN
回拉力 94KN 25KN 65KN 65KN
转速r/min 63~126 70~120 0~80 70~120
夹持器 双夹持/卸扣 双夹持/卸扣 双夹持
工作方式 旋转/冲击 旋转 旋转/冲击 旋转
冲击频率 1300min-1 0-1100 min-1
输入功率 45+45KW 45 KW 55+18.5 KW 45+15KW
钻机质量 11T 5 T 12 T 5.7 T
 
二、创造性的关键、核心技术内容
该多功能钻机,全液压控制,机身结构坚固,设计理念先进,仪表监控,操作灵活方便,充分保证设备的实用性能。本设备总功率为90KW,其中用于用于动力头回转的有65KW,所以钻机回转扭矩比同类型的要大将近一倍,冲击力和提升力都非常强大。机械性能稳定,工作效率高,可一机多用,以边坡锚固工程施工为主,也可以广泛用于建筑深基坑、地铁、隧道、铁路、公路、地质灾害治理的锚固施工和小型桩的施工。
该钻机为整体式的,可在三维内调节,实现360°施工,并且配有钢履带行走底盘,整机移动迅速,便于在不同的环境下施工。夹持器采用双夹持,可实现自动拆卸钻杆和套管。该设备在砂卵石地层或不稳定的破碎地层施工时,使用高压循环水,采取动力头顶部液压冲击双管回转钻进施工,工作效率高于过去常规方法施工。
该项目的关键技术在于液压冲击回转动力头的设计、长行程给进控制、卸扣夹持器的研制、悬臂连杆式调角度机构设计以及钻机整体布置及重心的选择。
该钻机的主要技术参数为:
1、钻孔直径:φ150~φ250mm
2、钻孔深度:140~200m
3、钻杆直径:φ89、φ102、φ114
4、钻杆倾角:0~180°
5、动力头输出转速:0~63r/min,0~126r/min
6、动力头输出扭矩:10000N·M
7、动力头给进行程:3500mm
8、回转加压给进力:62KN
9、给进速度:4~16.8m/min
10、回转拉力:94KN
11、冲击频率:1300times/min
12、输入功率:45+45KW
13、履带行走速度:1.5km/h
三、主要知识产权
(1)实用新型专利,专利号2016212475078,一种锚固钻机;
(2)实用新型专利,专利号2016212396288,一种具有卸扣功能的夹持器;
(3)实用新型专利,专利号2018216381331,一种悬臂连杆式调角度机构;
(4)实用新型专利,专利号2017216983115,一种钻杆用半自动卡钳。
四、科技创新点
(1)采用液压悬臂式变角机构,可实现360°无死角施工;
(2)采用双夹持器,能实现自动拆卸钻杆和套管,降低了劳动强度;
(3)采用液压冲击回转动力头,可实现液压冲击跟管回转钻进,提高了施工效率,成孔质量好;
(4)采用液压浮动钢制履带,底盘的离去角和接近角可在一定范围变化,不但增强了钻机适应复杂地面的能力,而且装卸转场方便;
(5)采用钻进行程补偿机构,可给予1m的补偿进给。
 
2. 科技局限性
经过共同努力,项目取得了成功,为我公司取得了良好了经济效益和社会效益。同时也拥有了宝贵的经验和教训。由于研究者的经验、知识背景,采用的手段、方法,获取数据的充足性,对数据进行分析的方法,模型等,都可能对研究结果产生影响。目前此型号钻机还不能完全覆盖整个地层,特别是每一种地层存在一定的不确定性,不能单单认为可以在任何地层都能施工,都可以完成所需的进尺和深度。特别是该钻机是采用电动机做主驱动源,往往还要受制于现场电源情况,若施工地比较偏僻,缺少国家电网的情况下,还必须投入柴油发电机组,会造成额外的资金投入。
    今后的研究方向主要有三个:一是采用自动上钻杆装置,彻底解决人工上钻杆的问题;二是采用更先进可靠的液压系统和优化机械结构,减小扭矩等能力大小与整机体积和重量成正比的关系;三是向更加智能化、远程化、自动化、网络化方向,进行深入研究,把最新的科技成果应用到实际的钻机设计中。

五、客观评价
1、应用效益和经济社会价值
截止2018年12月,项目产品产出成品11台套,在制14台套,实现销售8台套,累计实现产品产值1035万元,销售收入283万元,利润33万元,税收48万元。
该项目产品在北京京顺达公司和北京佳伟合力公司等公司的工地进行工业性试验,前后试用了近1年多时间,进行了多个不同地层、多种工艺的施工,累计完成8000多米的施工量,共计300多个孔位。在用户使用报告中指出该项目产品安全可靠,可完成在卵石层、砂层、粘土层的施工,并且可采用跟管钻进、单管钻进以及螺旋钻进等施工工艺。整机技术性能可靠、自动化程度较高、施工速度快,安全可靠,工作效率高,可一机多用,可以满足边坡锚固工程施工需求。
该项目产品带液压冲击动力头的锚固钻机,目前达到了国内技术水平,为城市桩基施工减少了开挖空间,不但能加快施工进度,提高生产效率,同时并有效的防护周围建筑物以及保护周围环境,该产品的研发成果具有较好的市场空间,为我公司带来较好的经济收益的同时也可以产生良好的社会效益。
2、评价意见
(1)取得在全国企业标准信息服务平台备案的技术标准1份;
(2)取得由陕西省机械产品质量监督检测总站出具检测认证报告1份;
(3)项目通过中陕核工业集团公司组织的科研项目结题验收;
(4)取得国家实用新型专利4项;
(5)论文《HMD-7500型多功能全液压锚固钻机的研制》已于2017年在核心期刊《探矿工程》杂志刊发,此论文同时荣获中陕核工业集团公司科技论文二等奖;
(6)项目获得2017年陕西省科技工作者创新创业大赛铜奖;
(7)项目获咸阳市“我爱发明”创新设计大赛工业设计组三等奖;
(8)项目获得中陕核工业集团公司科技进步三等奖;
(9)项目获得中陕核工业集团公司科学技术协会“微创新”竞赛1个银奖、1个铜奖。
 
 
 
 
六、应用情况和效益
1.应用情况
主要应用单位情况表
序号 单位名称 应用技术 应用对象
及规模
应用起止时间 单位联系人/电话
1 北京佳伟合力建筑机械设备租赁有限公司 锚固施工 建筑基坑 2016年5月至2017年4月 刘勇/137
01260123
2 北京京顺达五金机电有限公司 锚固施工 建筑基坑 2016年5月至2016年8月 刘峰辉/139
01145965
3 中牟县蔡志超建筑机械租赁站 锚固施工 建筑基坑 2016年10月起至今 蔡志超/186
11037783
4 中地地矿建设有限公司 锚固施工 建筑基坑 2018年8月起至今 习铁宏/189
01119955
5 北京联利达物资供应中心 锚固施工 建筑基坑 2018年12月起至今 刘明超/186
11185896
 
 
 
 
2.经济效益和社会效益
 
根据市场了解,目前国内锚杆钻机大部分都销售给个人用户,国企很少购买,适用工地一般都在房地产建筑的基坑锚固,也有一小部分用在地铁隧道内的支护,以及水电围堰注浆工程,山体、大坝加固、微型桩,地热源井等工程施工。
普遍有经济实力的用户都在不断更新自己的设备,来降低工人劳动强度,减少安全事故隐患,降低用工成本,从而获取更大的市场竞争能力。中小型液压式锚杆钻机因为其合理的性价比及性能是目前市场占有率较高的机型。
HMD-7500多功能全液压锚固钻机是为满足我国岩土锚固工程施工需要而研制的新型钻机,具有结构设计合理、技术先进、操作简单方便、安全可靠、搬迁方便、加工制造难度适中、制造成本低等特点,适合于有一定钻机生产经验的厂家生产。且经工业试验,进一步验证了钻机能够满足在多种地层的冲击回转锚固施工工艺的需要,其各项性能指标均达到设计要求,技术成熟,价格适中,具有较为稳定的利润空间。
首台样机的制造成本和后期调试费用一般要比形成批量后的正常生产的产品高出30%左右,预测该产品定型后批量投产的制造成本约在35万元左右,市场售价约50万元,产品的单台利润额度在扣除经营成本后约为25%左右,而且这种同功率下扭矩比国内其他产品要大很多、且带冲击的锚固钻机目前国内尚属空白,具有较好的市场空间,在为我公司带来较好的经济收益的同时也可以产生良好的社会效益,扩大我所在国内钻探设备生产行业的知名度,同时也丰富了我公司的产品系列,填补了在锚固钻机这一块的空白,所以从社会效益和经济效益两方面出发,该项目都具有较好的前景。
截止2018年12月,项目产品产出成品11台套,在制14台套,实现销售8台套,累计实现产品产值1035万元,销售收入283万元,利润33万元,税收48万元。
综上所述,该钻机既适用于市场需求,又适合于本公司生产加工和销售,是一个不可多得的优良项目,必将成为本公司又一个新的经济增长点。下一步我公司将不断完善、优化设计,形成产品的系列化、多样化,并以该机为契机拉动我公司地质产品经营主业的增长份额。
 
 
七、主要知识产权和标准规范等目录
 
序号 知识产权
类别
知识产权具体
名称
国家
(地区)
授权号
(标准编号)
授权(标准发布)日期 证书编号(标准批准发布部门) 权利人(标准起草单位) 发明人(标准起草人)
1 实用新型专利 一种锚固钻机 中国 2016212475078 2017年05月24日 国家知识产权局 陕西核昌机电装备有限公司 罗诗伟张联库王超宏曹金龙
2 实用新型专利 一种具有卸扣功能的夹持器 中国 2016212396288 2017年05月17日 国家知识产权局 陕西核昌机电装备有限公司 罗诗伟张联库王超宏
3 实用新型专利 一种悬臂连杆式调角度机构 中国 2018216381331 2019年06月04日 国家知识产权局 陕西核昌机电装备有限公司 罗诗伟杨苏昌马亮 曹金龙
4 实用新型专利 一种钻杆用半自动卡钳 中国 2017216983115 2018年08月07日 国家知识产权局 陕西核昌机电装备有限公司 罗诗伟
5 论文 HMD-7500多功能全液压锚固钻机的研制 中国 2017年44卷3期 2017年03月10日 探矿工程 陕西核昌机电装备有限公司 罗诗伟张联库
 

八、要完成人情况表
姓    名 罗诗伟 排    名 第一完成人
行政职务 陕西核昌机电装备有限公司地质工程设备事业部部长
技术职称 高级工程师
工作单位 陕西核昌机电装备有限公司
完成单位 陕西核昌机电装备有限公司
对本项目技术创造性贡献:
   作为该项目的负责人,自始至终主持了该项目的运作和结题,从项目的立项、调研,设计计算,总体设计、方案设计,试制调试等工作,以及样机的工业性试验,项目的定型设计,结题报告的编写等,所列四项专利都是作为第一发明人进行申请的。
 
 
姓    名 杨苏昌 排    名 第二完成人
行政职务 陕西核昌机电装备有限公司地质工程设备事业部副部长
技术职称 工程师
工作单位 陕西核昌机电装备有限公司
完成单位 陕西核昌机电装备有限公司
对本项目技术创造性贡献:
   作为该项目的主设计人,参与了项目的总体设计、部件设计,试制调试、工业性试验,以及定型设计工作,主要进行了悬臂连杆式调角度机构的部件设计,并参与了该项目专利的申请,在发明人中排名第二名。
 
 
姓    名 马亮 排    名 第三完成人
行政职务
技术职称 助理工程师
工作单位 陕西核昌机电装备有限公司
完成单位 陕西核昌机电装备有限公司
对本项目技术创造性贡献:
   作为该项目的主设计人员,参与了方案设计、定型设计、部件设计工作,以及样机试制和调试工作,主要完成液压夹持器、液压系统优化设计等部件的设计工作。
 
 
 
 
姓    名 曹金龙 排    名 第四完成人
行政职务 陕西核昌机电装备有限公司环保设备分公司副部长
技术职称 工程师
工作单位 陕西核昌机电装备有限公司
完成单位 陕西核昌机电装备有限公司
对本项目技术创造性贡献:
   作为该项目的一般设计人员,主要负责钻机的电气控制、电路元件的选型设计,样机的试制和调试工作,以及工业性试验的现场服务等工作。
 
 
姓    名 王栋 排    名 第五完成人
行政职务
技术职称 助理工程师
工作单位 陕西核昌机电装备有限公司
完成单位 陕西核昌机电装备有限公司
对本项目技术创造性贡献:
   作为该项目的一般设计人员,主要完成了项目的部件、零件设计,工艺的编制工作,以及样机试制、调试等工作。
 

九、主要完成单位情况表
单位名称 陕西核昌机电装备有限公司
对本项目科技创新和应用推广情况的贡献:
该项目是本公司申请立项,由中陕核工业集团公司批准立项的集团2015年重大科技攻关项目,且由本公司独立完成,自主研发设计,具有自主知识产权的项目。该钻机既适用于市场需求,又适合于本公司生产加工和销售,是一个不可多得的优良项目,必将成为本公司又一个新的经济增长点。下一步我公司将不断完善、优化设计,形成产品的系列化、多样化,并以该机为契机拉动我公司地质产品主营业务的增长份额。
该机是核昌公司从岩心钻探类钻机向工程类钻机转型的跨越之举,是应对日益下滑的岩心钻探市场的华丽转身,对核昌公司主业拓展具有积极的促进作用,下一步公司将加大市场宣传力度,开展多种营销方法,为该产品全面推向市场打基础。
 
 
 

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