专攻行业难题，这项压路机研发开创新风向

文/本刊记者 楚峰

供图／徐工集团工程机械股份有限公司

江苏新沂某高速公路施工现场

在江苏省新沂市某高速公路施工现场，一台拥有“中国龙”独特外观造型设计的压路机正在热火朝天地工作着。这是徐工集团工程机械股份有限公司（以下简称“徐工”）的明星产品——XS365 振动压路机，也是“基于极限工况大深度压实的单钢轮振动压路机研发及产业化”项目的典型产品。

“超厚填筑路基、城镇化地基、水电大坝等大面积高填方工况对压路机提出了高效、极限大深度压实需求，而普通压路机面对上述极限工况，压实能力和压实效率会大打折扣，甚至无法满足要求，因此需要创新研发高效大深度压实设备。”徐工相关负责人向《交通建设与管理》杂志记者介绍，“这是我们开展‘基于极限工况大深度压实的单钢轮振动压路机研发及产业化’项目研发的初衷。”

聚焦大深度压实设备需求，项目建立大深度压实数学模型，重构压路机总体结构和作业参数，规划完成了基于上述极限工况下大深度压实的单钢轮压路机产品研发及产业化，形成徐工超大吨位系列产品。中国机械工业联合会组织鉴定项目产品“整机技术性能达到同类产品国际领先水平”；项目获得2019年度江苏机械工业科技进步奖一等奖，中国机械工业科学技术奖三等奖；项目典型产品XS365 振动压路机获得2018年中国工程机械年度产品TOP50 奖以及2019 年江苏省首台（套）重大装备认定；项目成功入选2020 年度交通运输重大科技创新成果库入库成果（交通运输科技成果推广项目），进一步促进了成果应用与推广。

开创大深度高效压实新风向

“项目开创了大深度高效压实行业发展的新方向，系统化定义了超大吨位产品压实效率、压实质量与操纵舒适性之间的关系，为国产超大吨位振动压路机提供了原创性技术保障，大大促进了压实机械行业的技术进步。”相关负责人进一步介绍，“项目具备适应于大深度压实的作业参数组合、适应于大深度压实的超大吨位压路机、机载三级故障诊断与远程管理平台、压路机无人驾驶控制系统（选配）、两汉龙文化形象设计等技术创新点。”

项目产品定位于极限工况下大深度压实的超大吨位压实设备，整机技术性能达到同类产品国际领先水平，是超厚填筑路基、城镇化地基、水电大坝等大面积高填方压实工况的理想压实设备。项目典型产品XS365 相较于原有行业最大吨位产品，压实深度提高43%，压实效率提高46%。

项目产品可靠性更高，关键零部件振动轮基于徐工独有的筒式四支撑振动轮结构设计，理论寿命达到10000h，机罩、铰接转向十字轴、驾驶室减震均为创新结构。整机智能控制程度达到国际先进水平，机载故障诊断系统首次将控制系统本身的故障如总线故障也纳入诊断体系，设备参数可以通过电脑终端或手机APP 实现远程管理，是行业第一家可选配无人驾驶控制系统。

值得一提的是，项目产品推出后，2018 年，国家标准《振动压路机》（GB/T 8511—2018）修改了压路机工作质量的规格系列及其相应参数，将压路机吨位上限由30 吨修订为不设上限，即最大吨位可超过30 吨。目前，国内多个省份开始使用或试用超大吨位产品进行大深度压实，通过将以前的多层合并为现在的一层进行压实，压实效率显著提升，可以说，项目开创了行业大深度高效压实的新风向。

突破五大行业难题

上图：内蒙古自治区某高速公路施工现场

下图：青海果洛某水电站施工现场

“极限工况大深度压实对压路机提出了新要求，项目难点集中于适应于大深度岩石填方及超厚铺层的压路机振动参数组合选择、关键零部件振动轮及整机可靠性、整机控制、无人驾驶控制（选配）、外观设计等五大方面。”相关负责人进一步做了详细介绍。

行业难题1：力作用于土壤表面时，应力会在深度方向上逐渐衰减，导致底层压实不足，力继续加大又会导致表面应力过大或振动轮跳振，使表层过压而松散，国内土壤的多样化加剧了这一矛盾，同时，力加大对工作装置的可靠性也提出了更高要求。

项目解决方法：

建立大深度压实数学模型，研究不同作业参数如振动参数、静线载荷对系统的影响，运用DOE 试验研究验证不同振动参数、不同静线载荷对不同材料不同厚度铺层的影响，优选适合大深度压实的作业参数组合，压实深度提高43%，压实效率提高46%，将压路机碾压的单层填石铺层厚度提高到1m，单层水稳铺层虚铺厚度提高到42cm。

基于徐工独有的筒式四支撑振动轮结构和徐工首创的“三心合一”极致均压技术，使用可靠性理论、轴承寿命计算、TRIZ 理论、冗余设计等设计方法，以及振动疲劳试验台和工地压实的大量试验数据修正，选用承载能力更强的振动轴承和行走轴承，匹配增强振动轴承座、行走轴承座及轮子焊接以及徐工专利技术自定位花键套、双骨架油封、小转动惯量激振器等关键技术，通过三维建模及数控精确制造、无损探伤、振动时效应力释放确保制造质量，将振动压路机的振幅均匀性有效控制在5%以内，将关键零部件振动轮的理论寿命提升到10000h 以上，并能在最恶劣的大深度填石大坝上连续运行3000h以上。

行业难题2：极限工况下的大深度压实，要求更大的功率消耗、更大的对地作用力，意味着压路机需要特殊设计的动力系统及其散热系统，需要具有更强的承载、转向、抗冲击能力的结构件以及减振性能更好的驾驶室。

项目解决方法：

适应超大吨位振动压路机散热需求，首创双层风道机罩设计，通过三板四通道引导空气流动，利用CAE 流体分析消除局部涡流影响，利用有限空间保证高温环境下的散热性能。

山西吕梁某煤矿施工现场

基于徐工质量反馈体系收集的4000余台压路机产品数据，进行大样本统计分析，利用可靠性分配法分析预测得到整机可靠度，针对失效率较高的部件和关键零部件制定特殊策略，适应于超大吨位压路机大深度压实需求，综合采用多项结构设计技术如增强型转向铰接提高结构件可靠性，确保压路机在极限工况下的承载、转向能力。

综合采用驾驶室液压低流量脉动降噪技术降低驾驶室内的振动和噪声，通过CAE 模态分析确定二阶固有频率并有效隔离，通过采用驾驶室立体减振技术和应用空气悬浮座椅改善减振效果，以改善操纵环境，以及采用多项人机工程设计技术提升超大吨位振动压路机操控舒适性。

行业难题3：自动化控制水平的提升使压路机电控系统更加精细复杂，CAN BUS 数据总线将各电控模块如发动机ECU、传感器、显示设备等连接在一起，出现故障时，采用传统的诊断方法和诊断工具来诊断故障会越来越吃力。分散于全国各地的施工区域会导致设备拥有者难以实时了解自己设备的运行状态。

项目解决方法：

研发随车在线故障诊断系统，首次将故障按元件、系统、控制节点进行分级，建立元件级、系统级、节点级三级故障诊断识别故障，提供故障代码或详细故障信息，通过随车显示器的故障诊断功能可以直接诊断多种故障。最大可实现12 种元件级故障诊断，如液压油温高、燃油油位低、空滤堵塞等；约300 种发动机及整机故障诊断，如水温、机油压力、发动机转速、发动机工作时间、发电机电压等；约60 种节点级故障诊断，如各CAN 通信节点故障、控制器端口故障等。避免设备带病工作，其中控制节点级故障诊断是该项目控制系统的特色，行业内首次将控制系统本身的故障如总线故障也纳入诊断体系。基于物联网和GPS 技术远程通信技术，可以通过电脑终端或手机APP 对机械设备信息进行远程管理，理论上可以远程监控59 种设备参数，包括整机运行参数如速度、振动频率、空滤报警、振动时间、液压油温、燃油油位、手柄中位、发动机充电状态指示等，关键部件参数如发动机参数水温、机油压力、发动机转速、发动机工作时间、发电机电压等，以及上传至远程管理平台的三级故障自诊断用参数。

压路机实现远程管理

行业难题4：压路机无人驾驶控制。

项目解决方法：

可选配的无人驾驶操纵系统达到行业最先进水平，可实现无人驾驶与人工驾驶两种操纵模式并存、其中无人驾驶模式基于STK/WSN 组合差分定位技术的RBF 智能路径规划技术，能实现自决策无人操控，实现路径规划、自动变道、自动驶入施工区域、自动避障等功能。

行业难题5：视觉形象是品牌传播中的关键要素，随着人们生活水平的提高，人们对于审美的要求也越来越高，需要对产品进行高标准和高匹配的美观呈现，设计出美观大方、具有独创亮点、视觉冲击力强的产品。

项目解决方法：

项目产品提炼压路机可延续性拓展产品要素，机罩及后部油箱、灯组等统一造型，按龙文化抽象设计，形成独特外观风格的“中国龙”造型，视觉冲击力强，更具国际范儿。

基础设施建设是强国之基，近10年来，国家陆续启动系列重大建设项目，交通运输体系建设使全国公路、铁路、机场、港口投资不断增长，城镇化发展促使新城区开发项目日渐增多，基础设施建设迎来黄金时代。徐工超大吨位系列产品应需而生，全力助力行业发展。

在成功入选2020年度入库成果后，项目产品已累计销售104 台，实现销售收入约7600 万元。目前，项目系列产品已成为徐工常规销售产品，国内多个省份包括江苏、青海、四川、山西、内蒙古、福建等开始使用或试用超大吨位产品，超厚铺层和大深度填石压实相关压实工艺日趋成熟。下一步，项目产品将随全国各省逐步推广使用和试用而进一步扩大应用范围。