全液压旋挖钻机技改项目可行性研究报告Word下载.docx
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198
技术人员（人）
248
隶属关系
经开区管委会
银行信用等级
AA+
固定资产（万元）
21784
固定资产投资（万元）
12000
流动资金（万元）
14296
主要生产经营范围或产品；
生产能力；
国内市场占有率
主要从事工程机械产品和包装机械7个整机产品（挖掘机械、静液压桩机、长螺旋钻孔桩机、全液压旋挖钻机、瓦楞纸板包装生产线、池塘清淤机，纺织机械生产线）和高性能油缸；
生产能力达到3000台套/年以上，国内市场占有率正逐年提高并跃居前列。
年度
（近两年）
企业经营情况
2009年
2010年
备注
销售收入（万元）
24186
117437
利润（万元）
4091
7053
税金（万元）
805
3246
二、企业上年能源消耗基本情况
能源消耗量
电2405万kWh/年，油952t/年，煤0t/年，
天然气0ｍ³
/年，水4125t/年，
其它二氧化碳排放量11.98吨/年
总消耗量（吨标煤/年）：
4835吨标煤/年
万元产值能耗（吨标煤/万元产值）：
0.0407吨标准煤/万元
能源费用（万元/年）：
338万元/年
能源费用占生产成本（%）：
4.1%
主要耗能设备：
车间生产设备，起重吊车，办公用空调，电脑，厂区照明设施
能耗分类（实物单位/年）：
生产耗能：
2417吨标煤/年
辅助生产耗能：
1418吨标煤/年
空调耗能：
112万KWH/年
照明耗能：
26万KWH/年
其他耗能：
817吨标煤/年
三、项目基本情况：
1．项目背景或必要性
在土建工程施工过程中，首先要进行的是基础施工。
桩基础是建筑施工特别是高层建筑施工中最为常见的基础形式。
桩的种类及其施工方法因上部建筑物或载荷情况不同而多种多样。
其中，钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。
钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用，全液压旋挖钻机就是实施钻孔灌注桩工法的关键施工设备。
在我国，钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展。
其施工法已经在国内桩基础施工中普遍采用，钻孔灌注桩具有以下技术特点：
1）施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小。
2）大直径钻孔灌注桩直径大、入土深。
3）对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质。
4）扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力。
5）经常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化了基础结构形式。
6）钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应小。
7）某些利用“挤扩支盘”钻孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长，提高桩的承载力，减少沉降量。
8）可以穿越各种土层，更可以嵌入基岩，这是别的桩型很难做到的。
9）施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩。
旋挖钻机是一种适合在建筑基础工程中成孔作业的施工机械，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高等特点，适应我国大部分地区的土壤地质条件。
配合不同钻具，适应于短螺旋、回转斗及岩层的成孔作业。
对干硬性黏土可不用稳定液护壁的干式旋挖工法，一般的覆盖层采用静态泥浆护壁的湿式旋挖工法，它广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。
旋挖钻机可应用于灌注桩、连续墙和基础加固等多种地基基础施工成孔作业,近几年,在我国的市政工程、公路桥梁、铁路、煤田等项目建设中应用己越来越广泛,市场前景看好。
与一般工业生产设备相比,钻探机械往往具有工作环境恶劣、高速重载、能耗大、维护条件差并受重量和安装空间限制等工况特点。
液压技术由于具有功率重量比大、配置柔性大、动力传输和控制方便等技术优势,因而在钻机上特别是在中大功率钻机上被广泛采用。
与机械钻机相比,全液压钻机具有功重比大,控制性能好等优点,因此很快得到了推广和应用。
而全液压钻机性能的优劣,主要是取决于液压系统性能的好坏。
而全液压钻机液压系统的设计,首先着眼于如何满足控制和调节的性能指标,并没有把效率和能耗控制明确地作为设计目标之一。
随着钻机功率的增大,系统的能耗和发热问题越来越突出,成为制约和影响钻机性能发挥的重要因素，世界能源的紧俏，高效率、低能耗的旋挖钻机将备受用户青睐。
当提到节能的时候,首先想到的是节约能源。
其实,从用户的角度来看,在工程机械上采用节能技术更重要的意义在于能够取得一系列降低使用成本的效果。
资料显示,工程机械将近40%的故障来自液压系统，15%左右的故障来自发动机。
采用节能技术后,可以提高发动机功率的利用率,减少液压系统功率损失,使动力系统与负载所需功率更好地匹配,降低了发动机和液压元件的工作强度,提高了设备在使用中的可靠性。
当液压系统节能效果较差时,主要表现为系统严重发热,有的甚至高达80℃以上,严重影响系统的可靠性。
液压油温过高带来的问题主要有：
1）过高的温度使橡胶密封变软,过早老化,进而使系统密封效果变差。
旋挖钻机在使用中导致液压系统失效的一个重要原因就是密封件失效,在维修时经常在多路阀、溢流阀等处发现被液压油冲坏的密封橡胶残片。
2）使液压油的粘度降低,不利于润滑油膜的形成,从而加速了液压系统内部运动部件的磨损,进而使系统泄漏增加,降低容积效率。
3）使热膨胀系数不同的运动副间的间隙变小而发生阻卡现象。
4）使液压油的氧化、污染作用明显加剧,加速了液压元件的磨损。
油温过高还导致油中的空气分离压降低,易于产生气穴,使系统性能降低。
5）由于以上几种原因造成的维修费用增加、误工损失等,使用户难以承受。
由此可见,采用节能控制,不但可以提高系统工作效率,发动机装机容量也可以减少很多,不但降低了成本,同时由于发动机和液压系统承载功率较低,提高了可靠性。
另外,工程机械在使用过程中,燃油成本约占“机器寿命范围”内使用成本的25%,因此采用节能控制技术后,可以有效地降低燃油消耗率,降低使用过程中的燃油成本。
随着人们环保意识的提高，用户对工程机械的环保也提出更高的要求。
西方发达国家，在80年代末90年代初，陆续制定一系列政策，就工程机械制作时的噪声、振动、排放等指标进行限制。
在工程机械上采用节能技术后，可以在降低燃料消耗的同时,减少排放量,减轻工作时的冲击振动和噪声。
因此,从环保角度来讲,工程机械的节能性也日显重要。
因此推广和应用施工速度更快，工期更短，投资更少，更节能，更环保的工程机械，既符合国家“节能减排”的要求，又是市场的需要。
本公司通过对全液压旋挖钻机的液压传动系统和动力系统进行联合节能控制力求达到在保证质量的同时更多的节约能源，提高机器使用效率，为国家的节能减排工作做出更大的贡献！
2、项目简要说明（新建、扩建、技术改造等）
1．产品技术、研发优势
XXXX重工有限公司是央企中国XX集团控股子公司，系央企中国XX集团对原XX长天九五机械有限公司增资，绝对控股并更名而来，是一家专业研发、生产、销售工程机械和纺织机械的高新技术企业。
近年研发、生产、销售的三个桩工机械产品―旋挖钻机、CFG系列长螺旋深孔钻机和液压静力压桩机，09年年初开始批量上市，实现销售收入14000万元以上。
经过一年多时间的发展，XXXX重工有限公司液压静力压桩机销售已跃居XX省第二名，长螺旋深孔钻机销售跃居第一。
09年10月19日在“2009中国（XX）科技成果转化交易会”上，XXXX重工有限公司与XX工业大学签署（《节能型全液压高适应静力压桩机产业化合作协议书》，目前已开始按计划快速实施。
旋挖钻机属于桩工机械领域，适用于CFG工法、灌注桩、软基加固等多种基础施工，是近几年来发展起来的一种复合地基处理新技术，已列为国家级新工法和国家施工规范。
主要适用于湿陷性黄土、粉质粘土、砂层、沉积地质层等地质条件的桩基础施工。
该产品拥有六种钻孔直径十八种型号，公司正在开发研制钻孔直径2.5m以上新型旋挖钻机。
旋挖钻机广泛应用于高铁、港口、城建、居民建筑、水利等桩基础工程。
公司研发中心目前拥有一支由20人组成的研发团队，由2名高级工程师领衔学术带头人，知识结构和年龄结构合理，专业技术水平高，事业心强，具有开拓和创新意识，办公设施和研发设备配套齐全，设计、工艺、分析数据管理等己实现信息化、网络化，已初步形成由原始创新、集成创新、开放创新、持续创新组成的技术创新体系，近年来，已有4个项目获科技部“科技型中小企业技术创新基金”中立项支持，已获得《ISO9001质量管理体系认证证书》，已申请159项专利（半数以上是发明专利，其中79项已获授权）并获得政府知识产权方面的奖励，科技创新成果居国内领先，多项产品获国家标准化委员会颁发的《采用国际标准产品标志证书》。
自主开发出几项新产品，特色突出，性能优异，在同行业己产生较大反响，大大增强了企业的竞争力，使企业保持了持续、稳定、快速的发展。
在旋挖钻机使用过程中，根据施工现场和操作人员对其产品的技术性能、可靠性、适应能力、使用、维护、保养、现场拆装及运输等方面的要求，对机器进行了很多细节上的改进,其产品在设计、技术性能和制造工艺等方面具有与同类厂家相比均有优势。
2．管理优势
企业领导班子年富力强，团结一心，文化水平高，事业心强，富有开拓和创新精神。
公司坚持以人为本，秉承“诚信”的立业宗旨，遵循“以管理求效益，以创新求发展，以品质求生存”的指导思想，全力打造品牌战略。
在总经理李新桥的带领下，注重管理创新、技术创新，全力打造完美团队，不断完善质量管理体系。
公司成立四年多，职工队伍不断发展壮大，技术水平不断提升，在全体员工的共同努力下，公司取得了良好的经济效益和社会效益，年产值、净利润大幅增长，同时推出二个新产品投放市场，新产品一投放市场，即获客户青睐，市场前景良好。
公司领导层详细了解竞争对手的相关情况，结合企业现状，致力于建立一套适合本企业的科学的管理体系，以危机意识作为企业管理的核心基础，强化全体员工的忧患意识，实现目标管理和绩效管理，致力于创建学习型的企业组织形式，规划并实现企业的战略目标，打造公司的核心竞争力，持续不断的变革和创新，追求企业的可持续发展。
3．完善质量保证体系
2008年5月通过了ISO9001质量管理体系认证（GB/T19001-2000idtISO9001：
2000）。
随着市场观念的强化与质量责任的落实，公司坚持质量体系的内部审核和外部监督审核，保持了ISO9001质量体系的持续有效运行，质量管理水平得到持续提高。
4.项目技术特点
液压传动在某种意义上是属于低效率的传动。
近半的功率损失消耗于热量及噪声。
特别是大功率的全液压钻机,液压系统具有高压大流量的特点，系统的能耗及发热更加突出。
因此在全液压旋挖钻机液压系统的设计中应该充分考虑节能问题，采用多种节能技术，从多方面降低系统能耗,提高系统的效率。
为了有针对性地进行节能设计，我们打算从以下几方面入手：
1）提高元件本身的效率和减少控制该元件的能量耗损。
它涉及泵和马达（液压缸）的效率和降低电气控制元件耗电量两个方面,主要依靠提高元件质量和开发新型节能元件来满足要求。
2）减小压力过剩，使系统供压尽量接近于负载压力，这是液压系统节能措施的核心内容之一。
系统压力损失包括沿程、局部压降损失和由于供压过高造成的过剩损失两个部分。
对于负载流量大的系统，减少压力过剩是节能的有力措施。
3）减少流量过剩是液压系统节能措施的另一核心内容。
流量过剩包含泄漏和动力源供流过多。
前者主要靠元件质量予以保证，后者则依靠合理设计动力源来改善，从而提高回路的容积效率。
流量过剩对于重载系统尤为敏感，这时降低流量过剩会产生明显节能效果。
4）能量的贮存和回收。
对于存在能量回馈和需要量不匀的液压系统,贮存和回收能量并加以利用,是十分有效的节能措施。
5.项目的技术来源和人才保障
XXXX重工有限公司实行“惟才是举、择优聘用”的用人机制，公司与员工同发展、共命运，吸引了国内外一大批人才加盟。
公司现有技术人员248人，其中（副）教授（高工）8人，获博士学位的5人，硕士学位26人，其余均为本科学历。
针对高效节能全液压旋挖钻机的产品开发目前拥有一支由20人组成的研发团队，由公司工程设计研究院院长（高工，博士）牵头，硕士研究生4名，高级工程师2名，其余均为国内知名大学工程机械专业毕业的本科生参与研发。
并与中南大学、XX大学保持密切联系和交流，并在不断组建产学研一体化的技术开发模式。
研发团队知识结构和年龄结构合理，专业技术水平高，事业心强，具有开拓和创新意识，办公设施和设备配套齐全，设计、工艺、分析数据管理等己实现信息化、网络化，有完备的实验场所和实验设备，有专门的实验场地和试制车间，目前已初步形成由原始创新、集成创新、开放创新、持续创新组成的技术创新体系和完备的产品研发平台。
6.项目产业化条件
1）项目备案
本项目已经XX市经济委员会备案：
XX市经济委员会文件（长经投备[2010]12号）《关于XX长天九五机械有限公司高效节能全液压高适应桩工机械产业化项目备案的批复》。
2）项目选址及建设用地
项目选址XX经济技术开发区内，地块北临漓湘东路，南临南三线、西临东十一线、东临华湘路，本项目一期征地面积为108949.79平方米（约为163.42亩），建设用地面积为82757.10平方米（约为124.14亩），用地区域原为山地，经开发区三通一平处理后场地地势较为平坦。
3）环境影响评价
本项目已由XXXX环保股份有限公司完成环境影响报告表的编制并通过XX省环境保护厅审批，文件号：
湘环评表【2010】013号。
4）建设条件落实情况
XXXX重工有限公司高效节能全液压旋挖钻机产业化项目用地位于XX经济技术开发区内，地块北临漓湘东路，南临南三线、西临东十一线、东临华湘路，用地区域为山地，场地地势较为平坦。
四周水电设施具备，满足项目建设要求。
XX经济技术开发区交通运输便利，北京－珠海、成都－厦门高速公路成十字交叉于开发区。
机场高速、107国道、319国道立交互通，中心区至黄花国际机场8公里，南接XX、湘潭、株洲城市群。
XX火车站位于开发区西侧，武州高速客运线贯穿开发区。
开发区距XX霞凝新港码头8公里。
区位优越，交通便利。
3、技术线路（可用框图表示）
1.指导思想及设计原则
工程机械节能，主要是液压系统的节能，这是节能改进的重点，主要是使液压泵的输出功率与负载相适应，其次则是动力系统的节能改进，以期提高动力系统的工作效率，减小工作噪声，降低油耗。
为做到这两点，需要消除液压系统的各种功率损失，让泵的输出功率尽可能多的用于克服外负载，同时对动力系统及传动系统做必要的节能控制。
为此，我们从以下几个方面入手：
1）消除溢流损失，这一要求可以通过压力切断功能实现，也可以通过对液压系统的主油路系统应用复合节能控制形式（正流量控制+负流量控制）消除系统需要的流量小于泵输出流量时产生功率节流损失；
其次是对液压系统与发动机之间进行自动功率匹配控制，通过功率极限载荷调节，使泵与发动机形成良好匹配，消除系统需要的流量小于泵输出流量，产生的溢流损失。
即可保护柴油机的不过载，又能充分利用柴油机的功率。
2）减少或消除多路阀上的节流损失。
3）扩大泵的工作点范围，使排量控制不再局限在线和面的范围内，以配合消除多路阀上的节流损失。
4）改进旋挖钻机动力系统的功率匹配。
旋挖钻机的动力系统是发动机和液压传动相结合的统一体，单纯液压系统的节能控制并不取得整机的节能效果。
发动机的控制也对整机节能性有很大影响，主要表现在它与液压系统的功率匹配控制上。
如果功率匹配适当，不但能提高燃油效率，同时能降低发动机和液压泵的工作强度，有助于提高动力系统的可靠性和燃油经济性。
2.主要技术说明
（1）溢流损失的控制
随着负载压力的增加，泵输出压力也逐渐增加，当超出安全阀设定压力时，系统开始溢流。
当工作装置因负载过大而停止动作时，如果不采取措施，液压泵输出的全部流量都通过溢流阀回油箱，此时发动机的输出功率都消耗在溢流阀上变成热能，导致油温升高。
如果采用恒功率变量泵，当这种情况发生时，泵工作点相当于图1中的A点，阴影面积相当于溢流功率损失，它等于发动机的额定功率。
QmaxQ点
P点
PcoPdh
除过载产生的溢流损失外，系统中还存在其他形式的溢流损失。
例如在旋挖钻机上车回转马达中，通常都设置平衡阀（由两个溢流阀组成）一方面在启动时限制回转压力，另一方面在制动时起耗能作用并对马达起到补油作用。
回转启动时，由于旋挖钻机上车巨大的转动惯量，回转马达不能完全吸收泵输出的流量，多余流量只能通过平衡阀溢流回油箱，造成功率损失;
制动时，回转多路阀关闭，但同样由于巨大的转动惯量，使回转马达继续转动（相当于液压泵），排出的液压油经平衡阀到回转马达的另一边，因此平衡阀起到溢流阀的作用，将上车的动能转化为液压系统的热量耗散。
对此，我们采取的方法是：
1、压力切断（CUTOFF）：
此功能是为了消除系统过载时的溢流损失，使泵输出压力在超过压力切断设定点A的压力（Pco）时，能进一步将泵排量沿图1中的A一Pdh线降到接近零排量（对应压力为Pdh），而输出压力仍保持在系统压力附近，因此这种功能又被称为“压力补偿”（PressureCompensated）。
当泵进入压力切断控制时，虽然系统压力很高，但由于此时泵的输出流量接近零，几乎没有功率损耗。
因此压力切断功能的使用，使液压系统完全避免了溢流损失。
2、正流量控制：
正流量控制的目的是为了用容积调速代替定量系统中的节流调速，以提高系统效率，其原理是用先导压力直接控制泵排量。
在控制中，随着先导压力的增加，泵排量也相应的增加。
在正流量控制的旋挖钻机上，我们采用先导式三位六通路多路阀，其泵排量与先导操纵压力成正比。
我们设计方法是：
用操纵手柄同时操纵两个液压缸，引出的先导液压信号一方面控制两个六通多路阀；
另一方面通过梭阀组将最大先导压力选择出来，用来控制泵排量，使液压泵的输出流量与多路阀工作口的开度成正比。
当手柄无操作时，先导操纵信号压力为0，相应泵排量也为0，有效消除了空流损失。
当手柄开始操作时，先导压力开始上升，控制泵的排量增加。
在实施这一过程中，仍然需要依靠多路阀的旁路节流作用使阀的压力升高以克服负载压力。
这一技术在实践运用中简单易行，而且能够取得相应的节能效果。
3、负荷传感控制系统：
负荷传感控制系统能使泵的输出压力和流量自动适应负载需求，减少多路阀在使用过程中的节流损失，大幅度提高液压系统效率。
在实际应用中，我们仍然在多路阀上采用流量分配型的压力补偿措施，具体方案如下：
压力补偿阀设在多路阀的下游，各执行原件中的最高压力信号被传递给所有压力补偿阀和液压阀。
在负载传感控制中，传统的压力补偿阀是基于定差减压原理的基础上的，而我们采用的流量分配型的压力补偿阀是基于比例溢流阀原理的。
最高负载压力信号被当作比例控制信号传递给所有的压力补偿阀，使所有多路阀的输出压力都被限定在同样的压力下。
这样，所有的多路阀阀口上的压差就可以控制在同一值，即使泵的流量不足，无法维持多路阀阀口上正常的负荷传感压差，但在溢流型的压力补偿阀的作用下，仍然可以使所有多路阀阀口上的压差继续保持一致，且各执行机构的工作速度之间的比例关系保持不变，从而保证旋挖钻机动作的准确性。
由于流量分配型压力补偿阀的使用，使得多泵多执行机构的负荷传感控制变得更加实用，且更简单，节能效果更好。
（2）动力系统的功率匹配改进：
旋挖钻机的动力系统匹配改进主要包括：
功率匹配和极限负荷控制改进两种。
我们公司采用的是康明斯公司（Cummins）的带中冷增压的柴油机（M11-C330型）作为动力源，通过进气增压提高进气密度，进而获得合理的燃油混合气密度，降低CO及HC的生成量，以优化燃烧过程;
另外，当进气温度较高时，将使NO、的排放量增大，选择带中冷器以降低排放量达到减排效果。
同时我们采用电子一体化控制技术，基于功率流传递过程的静态匹配，同时发展为功率流与电子流相结合的全过程动态适应功率匹配的电子控制节能。
主要表现在对发动机的控制、变量泵的电子化控制、发动机与泵和泵与负载的功率匹配控制等，一方面采用电子控制的元器件，如发动机的电子控制调速器、电比例泵、电比例阀等，优化系统的控制性能;
另一方面通过检测与传感技术和计算机控制技术等的应用，实现对系统控制性能的优化，协调控制系统的能量传递过程，以达到对功率的有效利用，进而提高系统整体的节能环保性。
动力匹配分工况模式下发动机参数设定表
工作模式
载荷情况
发动机转速
发动机功率
出现频率
全负荷
最大工作负荷
2800
185KW
很少
动力模式
重载
1800
110KW
经常
经济模式
1700
67-83KW
轻载模式
轻载
700
8-38KW
怠速
空载
1KW
3、主要设备与工程预算
本项目采用设备总数14台（套）。
详见主要设备明细表
主要设备名称
主要设备名称
数量（台）
单价（万元）
总金额（万元）
柴油发动机
2
10
20
高压油泵
1
激光位移测试仪
50
100
测速器
合计金额
390.3
高灵敏压差传感器
1.8
36
高灵敏温度传感器
28
1.6
44.8
溢流阀
0.05
2.5
换向阀
0.12
6
A/D转换处理装置
5
2.3
11.5
信号放大器
0.5
实验台（自制）
液压缸
8
1.5
12
加载装置（自制）
15
高精度频谱分析仪
30
60
四、项目的技术及经济效益评价
一、技术特征、与国内外同类项目的比较。
为了解决全球可持续性发展与能源渐枯和人口增加及工业高速发展所带来的能源需求倍增之间矛盾，节能减阻技术的开发凸显重要。
目前我们所进行的节能化改进主要有以下技术特点：
（1）液压系统节能措施：
通过采用变量泵采用压力感应恒功率控制，有效地利用发动机功率，将节流调速改为容积调速减少能量损失；
开中心油路采用负流量控制或正流量控制，闭中心采用负载敏感压力补偿控制，使中位时油泵低压下工作减少中位卸载损失和微操作时调速损；
高压过载切断。
（2）发动机和液压系统联合控制节能措施：
转速感应全功率控制；
不同作业情况下的工况控制；
控制发动机和油泵在联合工作最高效率点上工作。
（3）从人机工程学角度来考虑节能
其它节能措施：
从提高生产率和节能角度希望机械重量尽量减轻，特别是工作装置重量减轻很重要，为此要提高钢板强度，减薄钢板厚度
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