轮胎式液压凿岩台车简述

周忠尚，陈保磊，贾体锋，苗娟娟

（徐州徐工铁路装备有限公司，江苏 徐州221001）

0 前言

轮胎式液压凿岩台车在水利工程、隧道、铁路工程、矿业工程中大量使用[1]，凿岩台车具有钻孔速度高、定向性好、机动性强、作业效率高和劳动强度低等优点[2]。我国轮胎式液压凿岩台车经历了近60余年的发展，现初步形成了独立自主的生产规模和体系，逐渐登上国际市场舞台。

1 轮胎式液压凿岩台车产业发展历史回顾

1.1 国外发展历程

国外的液压凿岩台车经历近百年的发展，技术日趋成熟，产品不断完善，品种规格齐全,使用日益广泛。目前，已有20多个国家的几十家公司能生产50多种不同型号的液压凿岩机及其台车。现在世界上凿岩台车生产厂家竞争的核心产品是全液压凿岩机，而台车的作用是使液压凿岩机的优越性得以充分发挥[3]。1970年法国Montabert公司成功研制出世界上第一台可投入实际生产作业的H50型液压凿岩机，并且展示出其优异的作业能力，同年法国Secoma公司研制出RPH35型液压凿岩机，揭开了凿岩设备快速全面发展的序幕。国外凿岩台车发展历程图见图1。

1.2 国内发展历程

我国有关凿岩台车的研究在20世纪60年代起步，70年代时发展较快，进入80年代中期，为了提高隧道施工机械化水平，我国有计划地从瑞典、日本、芬兰、瑞士等国的七家公司引进全液压凿岩设备近30个型号500余台整机，其中包括液压凿岩机1200余台。进入90年代，我国对电脑导向和全自动控制的凿岩机器人的研究取得实质性进展。1998年，在国家“863”计划下，中南工业大学开始对凿岩机器人进行实用化研究并于2000年成功研制出国产第一台液压凿岩机器人，代号为JSZY2-90M，标志着我国的凿岩台车进入到了实用和成熟阶段。国内凿岩台车发展阶段见图2。

图1 国外凿岩台车发展历程图

图2 国内凿岩台车发展阶段

2 轮胎式液压凿岩台车生产企业分布与用户情况

2.1 产品生产情况

现阶段国内外市场上单臂、双臂、三臂轮胎式掘进钻车的生产及应用已比较普遍，三臂以上轮胎式掘进钻车在国外已有样机（如安百拓四臂台车），但国内尚未见大量使用，每种类型的钻车根据配置及产品参数又分为多种系列，如单臂台车、双臂台车、双臂一篮台车、三臂一篮台车等，按照带不带驾驶室，又分为封闭式驾驶室凿岩台车与敞开驾驶室凿岩台车（见图3）。大致分类如表1所示（以安百拓为例）。

2.2 国外企业分布情况

轮胎式液压凿岩台车在国外属较成熟产品，主要生产厂商有：瑞典山特维克、安百拓，挪威AMV等北欧企业，日本古河和小松，美国久益环球、卡特彼勒、特雷克斯等企业，加拿大RDH公司。久益环球公司2016年度被小松收购，卡特彼勒收购比塞洛斯部分也含有凿岩台车业务，全球轮胎式液压凿岩台车预计年销量约2000～3000台。

2.3 国内企业分布情况

轮胎式液压凿岩台车国内生产企业大多于2000年以后开始，其中矿用掘进台车类以宣化华泰、唐山东方液压、江西鑫通、浙江志高掘进、浙江开山重工、安徽铜冠机械为主，隧道掘进台车以中铁装备、徐工集团、铁建重工、长沙五新为主，其中中铁装备主要与安百拓公司全系列合作生产，铁建重工为引进挪威AMV技术，徐工集团以自主研发消化为主，长沙五新刚进行隧道掘进三臂台车研发，江西鑫通和浙江志高掘进自2016年陆续研发出隧道用三臂台车、两臂台车，

部分推向市场，国产化凿岩台车陆续替代进口台车。预计轮胎式液压凿岩台车国内年需求量大概400～500台左右。

表1 轮胎式液压凿岩台车国内外产品类型（以安百拓为例）

图3 轮胎式液压凿岩台车

2.4 用户需求情况

随着国内隧道机械化施工水平提高，国家对大中型矿山机械化开采越来越严格，特别是国字号企业越来越关注产品的性能、质量，倒逼轮胎式液压凿岩台车厂家进行全系列性能升级。台车用户群体特点分析见表2。

3 我国产业的优势与不足之处

3.1 优势

随着国家相关政策以及机械化施工的推广，我国轮胎式液压凿岩台车产业到了即将蓬勃发展的阶段，国内陆续推出新型号、新性能产品。我国轮胎式液压凿岩台车产业的特点可总结为以下四点（见图4）：

（1）隧道施工、矿山开采标准、法规、制度对凿岩台车替代人工施工有更明确的规定，近年来国家安监总局、中国铁路总公司、中国中铁、中国铁建等大型央企陆续推出隧道施工安全九条规定，要求实现国内隧道机械化施工水平，提高机械化换人、自动化减人的比例，国家日益提倡绿水青山就是金山银山，随着《环境保护法》对淘汰高能耗、高污染、低效率工艺和设备的要求，人工钻孔施工的模式越来越被限制，《全国矿产资源规划》中鼓励高新设备和产品国产化更对国内凿岩台车产业有新的助力。

表2 轮胎式液压凿岩台车国内用户群体特点分析

图4 我国轮胎式液压凿岩台车产业特点

（2）在轮胎式液压凿岩台车技术领域，国家曾于上世纪80年代整机引进瑞典安百拓、汤姆洛克产品，核心零部件——凿岩机，国内的浙江志高、永大、莲花山等企业率先突破，在全电脑控制技术领域，山河智能曾经在国家863项目中带领团队进行理论研究。

（3）市场发展方面，轮胎式液压凿岩台车产业化程度低，随着国内隧道机械化施工水平升高，大量轮胎式液压凿岩台车等待增补，现阶段矿山往大型化规模发展，矿山行业改组整合趋势明显，掘进开采设备需求明显上涨，轮胎式液压凿岩台车专业化程度较高，国内陆续出现类似尖兵公司等专业化隧道承包管理公司、金诚信等专业化矿山开采分包商，市场发展更趋向于专业化运作，市场更加有秩序。

（4）国家人口红利日渐消失，劳动力成本增长快，现阶段60后充斥手持式气动凿岩机施工现场，80后、90后已经不愿意进入隧道、矿山手持气动凿岩机施工，且工人工资日益增长，新时代年轻人管理考核难度直线加大，倒逼施工企业用机械替代人工，因此也倒逼国内轮胎式液压凿岩台车厂进行全系列性能升级。

3.2 国内轮胎式液压凿岩台车产业的不足之处

我国轮胎式液压凿岩台车产业因起步较晚，隧道、矿山施工机械化程度较低，自2010年度开始产业爆发式发展，不足之处可总结为以下三点（见图 5）：

图5 我国轮胎式液压凿岩台车产业不足

（1）技术积累尚显不足，生产厂家产品系列化不全，类似于安百拓、山特维克这种大型凿岩台车生产企业国内尚未形成，国内轮胎式液压凿岩台车生产厂家规模大多不超过十个亿，传统工程机械行业仅徐工一家涉足，且规模不大，尚未有大型机械行业厂家涉入；18千瓦以上液压凿岩机国内企业尚未能够攻克，全电脑控制技术除铁建重工引入AMV产品以来尚未有厂家成功攻克，核心技术壁垒严重；国产台车生产厂家尚未系统解决锚杆、管棚、超前地质探测、干旱无水环境适应性等方面的问题，且产品细节与国外差距较大，产品稳定性不足。

（2）凿岩台车，以三臂为例，单次投入高达600～1000万元，且耗材、配件费用每月可达十多万，导致一些中小型施工企业或者矿山承包企业单次投入太大，更换及维修保养费用高。现阶段以隧道施工为例，仍然坚持人工操作气动凿岩机施工，偏远地区人工成本略低于设备运行成本，导致设备推广不利。

（3）在市场推广方面，因为隧道施工坚持层层分包制度，导致工序仅有单个施工队伍完成，承包商不愿意单工序单业务模式下承担过高设备引入费用，且专业化分工队伍不多，类似于尖兵公司、徐工重庆隧道公司等专业化设备施工分包公司少，导致市场推广较慢；现阶段凿岩台车施工与操作手水平、维修保养人员素质息息相关，因这类人才缺乏，导致设备专业化管理基础薄弱，导致凿岩台车市场推广有待于进一步打开。

4 产业发展趋势及展望

4.1 轮胎式液压凿岩台车发展趋势

轮胎式液压凿岩台车基本分类模式为钻臂覆盖断面范围，本文引用安百拓分类模式。轮胎式液压凿岩台车大致经历狭窄型、低矮型、小型、中型、大型、超大型，钻臂从单臂、两臂发展到两臂一篮、三臂一篮，现阶段钻臂覆盖范围围绕专业化施工、智能化开采进行系列化补全和全电脑模式两个大方向。

4.2 国内轮胎式液压凿岩台车发展趋势

从图6可以看出，国外单臂、双臂、三臂台车分布均衡，说明矿山与隧道领域机械化程度均很高；国内单、双臂台车数量较多，三臂台车较少，说明台车主要应用于矿山狭窄巷道，隧道市场潜力较大；国外电脑台车型号较多，国内仅铁建重工引入了电脑台车技术，应及早储备电脑台车技术，应对未来市场竞争；电脑控制技术多应用于多臂台车，尤其是三臂台车，单臂台车则很少使用。

4.3 轮胎式液压凿岩台车技术展望

我国轮胎式液压凿岩台车技术发展趋势可以从平台升级和性能提升两个部分来分开陈述，平台升级方面，大致分四个阶段。

（1）全液压直控技术普及阶段 （2011-2014年），该平台系列产品主要表现为所有控制皆为液压阀块直接控制，控制方式简单，但管路比较复杂且杂乱，设备本身为节流型系统压力控制，能耗一般比较高，会有溢流减压发热现象，例如徐工TZ3产品（见图 7）、鑫通单臂 DW1-31、两臂DW2-104产品、志高UJ21产品、华泰HT81产品等。

（2）液压先导+半电控技术平台阶段（2015-2018年），该阶段系统产品液压操纵考虑到管线路简洁，将部分辅助操作功能设计为电控模式，操作台更加美观，手柄操作部分因液压直控阀块体积较大，设计为液压先导模式，实现人机交互性更好、元件布置在执行机构附近，管路简化明显，维护更加方便。安百拓XL3D、志高UJ33、鑫通DW3-180等皆为该类型产品。同时部分厂家新增封闭驾驶室或者电脑导向功能，提高整车的人机和智能化水平，类似产品有中铁装备DJ3C（见图 8）、徐工 TZ3S、鑫通 DW3-180E 等。

（3）全电脑台车阶段（2019年以后），该技术平台能够实现台车自动定位、司钻、布孔、实现地质报告，台车同时具备3D扫描功能，整车控制方式为电控，具有故障检测功能、凿岩参数自动匹配、信息存储、远程监控功能，可以精确控制炮孔尺寸，同时配备MWD地质管理软件。安百拓XE3C、铁建重工ZYS113为代表型号（见图9）。

图6 轮胎式液压凿岩台车国内外类型分布对比

图7 全液压直控类型产品（徐工TZ3）

图8 液压先导+辅助电控（安百拓XL3D）、电脑导向+封闭驾驶室类型产品（中铁装备DJ3C）

图9 全电脑台车类型产品（铁建重工ZYS113、安百拓XE3C）

性能提升部分，轮胎式液压凿岩台车国内一直在进行六大系列升级工作，技术展望大致分六个方面。

（1）模块化。现阶段轮式液压凿岩台车推进器有很多款长度尺寸，适应不同钻深需求，同时钻臂也有较大覆盖范围，适应不同断面大小，每种推进器、钻臂匹配至单臂、两臂、三臂台车上形成若干型号产品,已经成为未来凿岩台车厂商技术发展趋势，模块化设计正在急速进行。

（2）智能化。以全电脑台车为例，该产品具备钻臂测量反馈、故障检测、信息存储追溯等系列信息化功能，可以提高作业效率，减少人为因素对台车司钻困扰，提高部分施工质量，以铁建重工为例，其引进挪威AMV公司技术，在国内推广凿岩台车智能化施工。

(3）舒适性。凿岩台车在隧道及地下矿山施工掘进，一般环境较为恶劣，潮湿、阴冷、高噪音对操作人员身体健康影响较大，因此选配封闭驾驶室，提高人机舒适性、降低台车噪音、改善作业环境迫在眉睫。

(4）多功能。现阶段隧道施工在超前地质探测、锚杆功能、水冲洗、气吹孔、高海拔等有进一步要求，因此凿岩台车必须进行多功能选配提升，适应各种施工工况。

(5）低成本。凿岩台车在国内陆续推行降成本战略，外资品牌在国内建立合资工厂，如安百拓南京工厂、山特维克临工矿山等，国内生产企业采取凿岩机、液压元件、水泵、空压机替换等方案，进一步降低凿岩台车整车成本，降低客户的购买成本。

(6）便捷性。凿岩台车在施工以后，为保障设备的可靠性需进一步进行维修保养，为提高保养便捷性，现阶段厂家会加配集中润滑系统为底盘及大臂进行润滑，同时采取软硬管结合设计，降低软管的爆管率，动力系统设计本身一般会考虑维修保养，提高滤芯、机油更换方便性。

图10 模块化、智能化、舒适性示意图

图11 多功能、低成本、维修保养便捷性示意图