周忠尚，陳保磊，賈體鋒，苗娟娟

（徐州徐工鐵路裝備有限公司，江蘇 徐州221001）

0 前言

輪胎式液壓鑿巖臺車在水利工程、隧道、鐵路工程、礦業(yè)工程中大量使用[1]，鑿巖臺車具有鉆孔速度高、定向性好、機(jī)動性強(qiáng)、作業(yè)效率高和勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點[2]。我國輪胎式液壓鑿巖臺車經(jīng)歷了近60余年的發(fā)展，現(xiàn)初步形成了獨立自主的生產(chǎn)規(guī)模和體系，逐漸登上國際市場舞臺。

1 輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史回顧

1.1 國外發(fā)展歷程

國外的液壓鑿巖臺車經(jīng)歷近百年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品不斷完善，品種規(guī)格齊全,使用日益廣泛。目前，已有20多個國家的幾十家公司能生產(chǎn)50多種不同型號的液壓鑿巖機(jī)及其臺車?，F(xiàn)在世界上鑿巖臺車生產(chǎn)廠家競爭的核心產(chǎn)品是全液壓鑿巖機(jī)，而臺車的作用是使液壓鑿巖機(jī)的優(yōu)越性得以充分發(fā)揮[3]。1970年法國Montabert公司成功研制出世界上第一臺可投入實際生產(chǎn)作業(yè)的H50型液壓鑿巖機(jī)，并且展示出其優(yōu)異的作業(yè)能力，同年法國Secoma公司研制出RPH35型液壓鑿巖機(jī)，揭開了鑿巖設(shè)備快速全面發(fā)展的序幕。國外鑿巖臺車發(fā)展歷程圖見圖1。

1.2 國內(nèi)發(fā)展歷程

我國有關(guān)鑿巖臺車的研究在20世紀(jì)60年代起步，70年代時發(fā)展較快，進(jìn)入80年代中期，為了提高隧道施工機(jī)械化水平，我國有計劃地從瑞典、日本、芬蘭、瑞士等國的七家公司引進(jìn)全液壓鑿巖設(shè)備近30個型號500余臺整機(jī)，其中包括液壓鑿巖機(jī)1200余臺。進(jìn)入90年代，我國對電腦導(dǎo)向和全自動控制的鑿巖機(jī)器人的研究取得實質(zhì)性進(jìn)展。1998年，在國家“863”計劃下，中南工業(yè)大學(xué)開始對鑿巖機(jī)器人進(jìn)行實用化研究并于2000年成功研制出國產(chǎn)第一臺液壓鑿巖機(jī)器人，代號為JSZY2-90M，標(biāo)志著我國的鑿巖臺車進(jìn)入到了實用和成熟階段。國內(nèi)鑿巖臺車發(fā)展階段見圖2。

圖1 國外鑿巖臺車發(fā)展歷程圖

圖2 國內(nèi)鑿巖臺車發(fā)展階段

2 輪胎式液壓鑿巖臺車生產(chǎn)企業(yè)分布與用戶情況

2.1 產(chǎn)品生產(chǎn)情況

現(xiàn)階段國內(nèi)外市場上單臂、雙臂、三臂輪胎式掘進(jìn)鉆車的生產(chǎn)及應(yīng)用已比較普遍，三臂以上輪胎式掘進(jìn)鉆車在國外已有樣機(jī)（如安百拓四臂臺車），但國內(nèi)尚未見大量使用，每種類型的鉆車根據(jù)配置及產(chǎn)品參數(shù)又分為多種系列，如單臂臺車、雙臂臺車、雙臂一籃臺車、三臂一籃臺車等，按照帶不帶駕駛室，又分為封閉式駕駛室鑿巖臺車與敞開駕駛室鑿巖臺車（見圖3）。大致分類如表1所示（以安百拓為例）。

2.2 國外企業(yè)分布情況

輪胎式液壓鑿巖臺車在國外屬較成熟產(chǎn)品，主要生產(chǎn)廠商有：瑞典山特維克、安百拓，挪威AMV等北歐企業(yè)，日本古河和小松，美國久益環(huán)球、卡特彼勒、特雷克斯等企業(yè)，加拿大RDH公司。久益環(huán)球公司2016年度被小松收購，卡特彼勒收購比塞洛斯部分也含有鑿巖臺車業(yè)務(wù)，全球輪胎式液壓鑿巖臺車預(yù)計年銷量約2000～3000臺。

2.3 國內(nèi)企業(yè)分布情況

輪胎式液壓鑿巖臺車國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)大多于2000年以后開始，其中礦用掘進(jìn)臺車類以宣化華泰、唐山東方液壓、江西鑫通、浙江志高掘進(jìn)、浙江開山重工、安徽銅冠機(jī)械為主，隧道掘進(jìn)臺車以中鐵裝備、徐工集團(tuán)、鐵建重工、長沙五新為主，其中中鐵裝備主要與安百拓公司全系列合作生產(chǎn)，鐵建重工為引進(jìn)挪威AMV技術(shù)，徐工集團(tuán)以自主研發(fā)消化為主，長沙五新剛進(jìn)行隧道掘進(jìn)三臂臺車研發(fā)，江西鑫通和浙江志高掘進(jìn)自2016年陸續(xù)研發(fā)出隧道用三臂臺車、兩臂臺車，

部分推向市場，國產(chǎn)化鑿巖臺車陸續(xù)替代進(jìn)口臺車。預(yù)計輪胎式液壓鑿巖臺車國內(nèi)年需求量大概400～500臺左右。

表1 輪胎式液壓鑿巖臺車國內(nèi)外產(chǎn)品類型（以安百拓為例）

圖3 輪胎式液壓鑿巖臺車

2.4 用戶需求情況

隨著國內(nèi)隧道機(jī)械化施工水平提高，國家對大中型礦山機(jī)械化開采越來越嚴(yán)格，特別是國字號企業(yè)越來越關(guān)注產(chǎn)品的性能、質(zhì)量，倒逼輪胎式液壓鑿巖臺車廠家進(jìn)行全系列性能升級。臺車用戶群體特點分析見表2。

3 我國產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢與不足之處

3.1 優(yōu)勢

隨著國家相關(guān)政策以及機(jī)械化施工的推廣，我國輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)到了即將蓬勃發(fā)展的階段，國內(nèi)陸續(xù)推出新型號、新性能產(chǎn)品。我國輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)的特點可總結(jié)為以下四點（見圖4）：

（1）隧道施工、礦山開采標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)、制度對鑿巖臺車替代人工施工有更明確的規(guī)定，近年來國家安監(jiān)總局、中國鐵路總公司、中國中鐵、中國鐵建等大型央企陸續(xù)推出隧道施工安全九條規(guī)定，要求實現(xiàn)國內(nèi)隧道機(jī)械化施工水平，提高機(jī)械化換人、自動化減人的比例，國家日益提倡綠水青山就是金山銀山，隨著《環(huán)境保護(hù)法》對淘汰高能耗、高污染、低效率工藝和設(shè)備的要求，人工鉆孔施工的模式越來越被限制，《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃》中鼓勵高新設(shè)備和產(chǎn)品國產(chǎn)化更對國內(nèi)鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)有新的助力。

表2 輪胎式液壓鑿巖臺車國內(nèi)用戶群體特點分析

圖4 我國輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)特點

（2）在輪胎式液壓鑿巖臺車技術(shù)領(lǐng)域，國家曾于上世紀(jì)80年代整機(jī)引進(jìn)瑞典安百拓、湯姆洛克產(chǎn)品，核心零部件——鑿巖機(jī)，國內(nèi)的浙江志高、永大、蓮花山等企業(yè)率先突破，在全電腦控制技術(shù)領(lǐng)域，山河智能曾經(jīng)在國家863項目中帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行理論研究。

（3）市場發(fā)展方面，輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)化程度低，隨著國內(nèi)隧道機(jī)械化施工水平升高，大量輪胎式液壓鑿巖臺車等待增補(bǔ)，現(xiàn)階段礦山往大型化規(guī)模發(fā)展，礦山行業(yè)改組整合趨勢明顯，掘進(jìn)開采設(shè)備需求明顯上漲，輪胎式液壓鑿巖臺車專業(yè)化程度較高，國內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)類似尖兵公司等專業(yè)化隧道承包管理公司、金誠信等專業(yè)化礦山開采分包商，市場發(fā)展更趨向于專業(yè)化運(yùn)作，市場更加有秩序。

（4）國家人口紅利日漸消失，勞動力成本增長快，現(xiàn)階段60后充斥手持式氣動鑿巖機(jī)施工現(xiàn)場，80后、90后已經(jīng)不愿意進(jìn)入隧道、礦山手持氣動鑿巖機(jī)施工，且工人工資日益增長，新時代年輕人管理考核難度直線加大，倒逼施工企業(yè)用機(jī)械替代人工，因此也倒逼國內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺車廠進(jìn)行全系列性能升級。

3.2 國內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)的不足之處

我國輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)因起步較晚，隧道、礦山施工機(jī)械化程度較低，自2010年度開始產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式發(fā)展，不足之處可總結(jié)為以下三點（見圖 5）：

圖5 我國輪胎式液壓鑿巖臺車產(chǎn)業(yè)不足

（1）技術(shù)積累尚顯不足，生產(chǎn)廠家產(chǎn)品系列化不全，類似于安百拓、山特維克這種大型鑿巖臺車生產(chǎn)企業(yè)國內(nèi)尚未形成，國內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺車生產(chǎn)廠家規(guī)模大多不超過十個億，傳統(tǒng)工程機(jī)械行業(yè)僅徐工一家涉足，且規(guī)模不大，尚未有大型機(jī)械行業(yè)廠家涉入；18千瓦以上液壓鑿巖機(jī)國內(nèi)企業(yè)尚未能夠攻克，全電腦控制技術(shù)除鐵建重工引入AMV產(chǎn)品以來尚未有廠家成功攻克，核心技術(shù)壁壘嚴(yán)重；國產(chǎn)臺車生產(chǎn)廠家尚未系統(tǒng)解決錨桿、管棚、超前地質(zhì)探測、干旱無水環(huán)境適應(yīng)性等方面的問題，且產(chǎn)品細(xì)節(jié)與國外差距較大，產(chǎn)品穩(wěn)定性不足。

（2）鑿巖臺車，以三臂為例，單次投入高達(dá)600～1000萬元，且耗材、配件費(fèi)用每月可達(dá)十多萬，導(dǎo)致一些中小型施工企業(yè)或者礦山承包企業(yè)單次投入太大，更換及維修保養(yǎng)費(fèi)用高?，F(xiàn)階段以隧道施工為例，仍然堅持人工操作氣動鑿巖機(jī)施工，偏遠(yuǎn)地區(qū)人工成本略低于設(shè)備運(yùn)行成本，導(dǎo)致設(shè)備推廣不利。

（3）在市場推廣方面，因為隧道施工堅持層層分包制度，導(dǎo)致工序僅有單個施工隊伍完成，承包商不愿意單工序單業(yè)務(wù)模式下承擔(dān)過高設(shè)備引入費(fèi)用，且專業(yè)化分工隊伍不多，類似于尖兵公司、徐工重慶隧道公司等專業(yè)化設(shè)備施工分包公司少，導(dǎo)致市場推廣較慢；現(xiàn)階段鑿巖臺車施工與操作手水平、維修保養(yǎng)人員素質(zhì)息息相關(guān)，因這類人才缺乏，導(dǎo)致設(shè)備專業(yè)化管理基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致鑿巖臺車市場推廣有待于進(jìn)一步打開。

4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢及展望

4.1 輪胎式液壓鑿巖臺車發(fā)展趨勢

輪胎式液壓鑿巖臺車基本分類模式為鉆臂覆蓋斷面范圍，本文引用安百拓分類模式。輪胎式液壓鑿巖臺車大致經(jīng)歷狹窄型、低矮型、小型、中型、大型、超大型，鉆臂從單臂、兩臂發(fā)展到兩臂一籃、三臂一籃，現(xiàn)階段鉆臂覆蓋范圍圍繞專業(yè)化施工、智能化開采進(jìn)行系列化補(bǔ)全和全電腦模式兩個大方向。

4.2 國內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺車發(fā)展趨勢

從圖6可以看出，國外單臂、雙臂、三臂臺車分布均衡，說明礦山與隧道領(lǐng)域機(jī)械化程度均很高；國內(nèi)單、雙臂臺車數(shù)量較多，三臂臺車較少，說明臺車主要應(yīng)用于礦山狹窄巷道，隧道市場潛力較大；國外電腦臺車型號較多，國內(nèi)僅鐵建重工引入了電腦臺車技術(shù)，應(yīng)及早儲備電腦臺車技術(shù)，應(yīng)對未來市場競爭；電腦控制技術(shù)多應(yīng)用于多臂臺車，尤其是三臂臺車，單臂臺車則很少使用。

4.3 輪胎式液壓鑿巖臺車技術(shù)展望

我國輪胎式液壓鑿巖臺車技術(shù)發(fā)展趨勢可以從平臺升級和性能提升兩個部分來分開陳述，平臺升級方面，大致分四個階段。

（1）全液壓直控技術(shù)普及階段 （2011-2014年），該平臺系列產(chǎn)品主要表現(xiàn)為所有控制皆為液壓閥塊直接控制，控制方式簡單，但管路比較復(fù)雜且雜亂，設(shè)備本身為節(jié)流型系統(tǒng)壓力控制，能耗一般比較高，會有溢流減壓發(fā)熱現(xiàn)象，例如徐工TZ3產(chǎn)品（見圖 7）、鑫通單臂 DW1-31、兩臂DW2-104產(chǎn)品、志高UJ21產(chǎn)品、華泰HT81產(chǎn)品等。

（2）液壓先導(dǎo)+半電控技術(shù)平臺階段（2015-2018年），該階段系統(tǒng)產(chǎn)品液壓操縱考慮到管線路簡潔，將部分輔助操作功能設(shè)計為電控模式，操作臺更加美觀，手柄操作部分因液壓直控閥塊體積較大，設(shè)計為液壓先導(dǎo)模式，實現(xiàn)人機(jī)交互性更好、元件布置在執(zhí)行機(jī)構(gòu)附近，管路簡化明顯，維護(hù)更加方便。安百拓XL3D、志高UJ33、鑫通DW3-180等皆為該類型產(chǎn)品。同時部分廠家新增封閉駕駛室或者電腦導(dǎo)向功能，提高整車的人機(jī)和智能化水平，類似產(chǎn)品有中鐵裝備DJ3C（見圖 8）、徐工 TZ3S、鑫通 DW3-180E 等。

（3）全電腦臺車階段（2019年以后），該技術(shù)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)臺車自動定位、司鉆、布孔、實現(xiàn)地質(zhì)報告，臺車同時具備3D掃描功能，整車控制方式為電控，具有故障檢測功能、鑿巖參數(shù)自動匹配、信息存儲、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可以精確控制炮孔尺寸，同時配備MWD地質(zhì)管理軟件。安百拓XE3C、鐵建重工ZYS113為代表型號（見圖9）。

圖6 輪胎式液壓鑿巖臺車國內(nèi)外類型分布對比

圖7 全液壓直控類型產(chǎn)品（徐工TZ3）

圖8 液壓先導(dǎo)+輔助電控（安百拓XL3D）、電腦導(dǎo)向+封閉駕駛室類型產(chǎn)品（中鐵裝備DJ3C）

圖9 全電腦臺車類型產(chǎn)品（鐵建重工ZYS113、安百拓XE3C）

性能提升部分，輪胎式液壓鑿巖臺車國內(nèi)一直在進(jìn)行六大系列升級工作，技術(shù)展望大致分六個方面。

（1）模塊化。現(xiàn)階段輪式液壓鑿巖臺車推進(jìn)器有很多款長度尺寸，適應(yīng)不同鉆深需求，同時鉆臂也有較大覆蓋范圍，適應(yīng)不同斷面大小，每種推進(jìn)器、鉆臂匹配至單臂、兩臂、三臂臺車上形成若干型號產(chǎn)品,已經(jīng)成為未來鑿巖臺車廠商技術(shù)發(fā)展趨勢，模塊化設(shè)計正在急速進(jìn)行。

（2）智能化。以全電腦臺車為例，該產(chǎn)品具備鉆臂測量反饋、故障檢測、信息存儲追溯等系列信息化功能，可以提高作業(yè)效率，減少人為因素對臺車司鉆困擾，提高部分施工質(zhì)量，以鐵建重工為例，其引進(jìn)挪威AMV公司技術(shù)，在國內(nèi)推廣鑿巖臺車智能化施工。

(3）舒適性。鑿巖臺車在隧道及地下礦山施工掘進(jìn)，一般環(huán)境較為惡劣，潮濕、陰冷、高噪音對操作人員身體健康影響較大，因此選配封閉駕駛室，提高人機(jī)舒適性、降低臺車噪音、改善作業(yè)環(huán)境迫在眉睫。

(4）多功能。現(xiàn)階段隧道施工在超前地質(zhì)探測、錨桿功能、水沖洗、氣吹孔、高海拔等有進(jìn)一步要求，因此鑿巖臺車必須進(jìn)行多功能選配提升，適應(yīng)各種施工工況。

(5）低成本。鑿巖臺車在國內(nèi)陸續(xù)推行降成本戰(zhàn)略，外資品牌在國內(nèi)建立合資工廠，如安百拓南京工廠、山特維克臨工礦山等，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)采取鑿巖機(jī)、液壓元件、水泵、空壓機(jī)替換等方案，進(jìn)一步降低鑿巖臺車整車成本，降低客戶的購買成本。

(6）便捷性。鑿巖臺車在施工以后，為保障設(shè)備的可靠性需進(jìn)一步進(jìn)行維修保養(yǎng)，為提高保養(yǎng)便捷性，現(xiàn)階段廠家會加配集中潤滑系統(tǒng)為底盤及大臂進(jìn)行潤滑，同時采取軟硬管結(jié)合設(shè)計，降低軟管的爆管率，動力系統(tǒng)設(shè)計本身一般會考慮維修保養(yǎng)，提高濾芯、機(jī)油更換方便性。

圖10 模塊化、智能化、舒適性示意圖

圖11 多功能、低成本、維修保養(yǎng)便捷性示意圖