【創(chuàng)新故事】

(資料圖片僅供參考)

一手按住大齒輪，讓它緊貼紙上，一手把筆尖插進(jìn)小齒輪的孔里，讓小齒輪緊貼大齒輪內(nèi)壁滾動(dòng)，筆尖就會(huì)在紙上畫出許多美麗復(fù)雜的曲線花紋……這是很多人熟悉的童年玩具——萬花尺。

重工領(lǐng)域也有一把“萬花尺”，用它在地下“作畫”，可有效拓展城市立體空間。

近日，科技日?qǐng)?bào)記者在中信重工掘進(jìn)裝備研究所采訪時(shí)獲悉，由中信重工集團(tuán)（以下簡稱中信重工）自主研發(fā)制造的直徑14米豎井掘進(jìn)機(jī)成套裝備，已于今年7月在河南駐馬店順利完成超大直徑豎井掘進(jìn)施工首戰(zhàn)，并即將在江蘇昆山開辟“第二戰(zhàn)場”。

該所所長苗軍克告訴記者，這套裝備采用世界首創(chuàng)的包絡(luò)成型掘進(jìn)技術(shù)，以類似“萬花尺”的原理作業(yè)。

從“無”到“有”

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程加快，土地資源日漸稀缺，城市空間需求矛盾越來越突出。面對(duì)“停車難”等困擾市民的問題，該怎樣向城市要空間？

“小切口，深挖掘”——中信重工給出了這樣的答案。

在研發(fā)豎井掘進(jìn)機(jī)成套裝備之初，中信重工團(tuán)隊(duì)考慮的最主要應(yīng)用場景就是地下井筒式車庫。井筒式車庫像一口深井，占地面積小，但深度能達(dá)百米，既節(jié)省空間，又能提升城市運(yùn)行效率。除此之外，豎井掘進(jìn)機(jī)成套裝備還可廣泛應(yīng)用于城市地鐵豎井、深隧豎井、地下物流豎井、儲(chǔ)油儲(chǔ)糧豎井等場景，代表了未來城市空間的利用發(fā)展趨勢。

此前，國內(nèi)在深井掘進(jìn)技術(shù)方面存在明顯短板。傳統(tǒng)豎井掘進(jìn)機(jī)體積大且不便運(yùn)輸，安裝周期長，無法滿足城市豎井快速施工需求；而人工挖掘深度淺，安全性差，且效率低、成本高，施工粉塵也會(huì)加劇城市污染。

某國外公司的VSM掘進(jìn)機(jī)首次進(jìn)入中國，施工全程對(duì)外保密，設(shè)備配件只換不修，一臺(tái)二手設(shè)備的價(jià)格超過7000萬元。

關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人是苗軍克的一塊“心病”，也是國內(nèi)重工行業(yè)共同的“痛點(diǎn)”。2018年，中信重工率先在國內(nèi)組建城市地下空間豎井掘進(jìn)機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，苗軍克成為團(tuán)隊(duì)帶頭人。

“我們的技術(shù)攻關(guān)不是從1.0到1.1，而是從0到1，從‘無’到‘有’?！被貞浧鹧邪l(fā)歷程，中信重工掘進(jìn)及海工裝備研究所副所長胡國輝深有感觸地說，“國外的技術(shù)原理成熟，但已有專利，我們要蹚出一條屬于中國人的城市地下空間豎井掘進(jìn)新路，就要另辟蹊徑，尋找別的辦法。”

包絡(luò)成型掘進(jìn)技術(shù)，就是團(tuán)隊(duì)想出的好辦法。

從“全”到“半”

“形象地說，包絡(luò)成型掘進(jìn)技術(shù)就像是‘萬花尺’。”苗軍克向記者介紹，“‘萬花尺’通過內(nèi)外兩個(gè)齒輪的自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)，可以畫出很密集、很漂亮的圖形；我們以刀具做筆、土地做紙，‘6支筆’同時(shí)作畫，通過精密的設(shè)計(jì)和計(jì)算，就能共同畫出一個(gè)整面的大圓形。”

“筆”在“作畫”，機(jī)器持續(xù)向下推進(jìn)，城市深井挖掘就這樣成為可能。

紙上作畫簡單，地上作畫卻難。6個(gè)“萬花尺”一起工作，既自轉(zhuǎn)，又公轉(zhuǎn)，該如何排兵布陣，使其完美配合？

一開始，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了全回轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，然而在建模計(jì)算時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，全回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)不僅成本高昂，而且難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。評(píng)估之后，團(tuán)隊(duì)決定推翻此前的設(shè)計(jì)方案，“調(diào)整陣法”，改為半回轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。

從“全”到“半”，看似容易，實(shí)則艱辛。大機(jī)器部件眾多，牽一發(fā)而動(dòng)全身。對(duì)參數(shù)逐一修正，對(duì)軌跡逐一調(diào)整，對(duì)零部件逐一審核，從調(diào)整到建模測試，從測試到再調(diào)整……僅這一項(xiàng)改動(dòng)，團(tuán)隊(duì)就花了兩個(gè)月時(shí)間。

即使在各項(xiàng)方案都確定后，團(tuán)隊(duì)遇到的問題也并未減少。

“最開始時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)的始發(fā)井是5米深，但挖深基坑論證實(shí)施比較難，客戶要求我們進(jìn)行‘壓降’。”苗軍克說，所謂“壓降”，就是讓設(shè)備變“矮”?？稍O(shè)備不是彈簧，想讓它變“矮”，就得重新調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)。之前計(jì)算的數(shù)據(jù)、定好的參數(shù)都要重新壓縮，組裝空間、拆卸空間的方案都需要重新制定。這一改，團(tuán)隊(duì)又忙了一個(gè)月。

2020年底，由中信重工研發(fā)的第一臺(tái)多刀盤包絡(luò)成型豎井掘進(jìn)機(jī)成套裝備正式下線?！斑M(jìn)去挖是機(jī)器，吐出來是干渣”，該設(shè)備廣泛適用于軟土、卵石、軟巖等地層，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，主要性能參數(shù)均居世界前列。

“這是我們引以為傲的科研成果。我們用它在大地上作畫，把美麗畫進(jìn)城市深處?！泵畿娍苏f。

從“大”到“小”

重型裝備，不僅要“大”，當(dāng)“小”時(shí)更要能“小”。

把裝備做“小”，是城市豎井掘進(jìn)技術(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵，也是多刀盤包絡(luò)成型豎井掘進(jìn)機(jī)成套裝備的核心所在。在這一點(diǎn)上，團(tuán)隊(duì)下足了“繡花功夫”。

“接到研發(fā)任務(wù)之初，每一個(gè)月我們就會(huì)組織一次專家評(píng)審，專家們對(duì)最新成果提出指導(dǎo)意見，我們拿回去重新修改、設(shè)計(jì)、論證，一個(gè)月后再開會(huì)‘交作業(yè)’?！泵畿娍苏f。

目前，中信重工已擁有Φ6.5米級(jí)、Φ14米級(jí)、Φ23米級(jí)包絡(luò)成型豎井掘進(jìn)機(jī)成套裝備，具備成井直徑覆蓋6—24米的技術(shù)和制造能力。

回憶起研發(fā)歷程，苗軍克感慨萬千。當(dāng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員幾乎是在“跑步研發(fā)”，每人每天至少要比平常多干兩個(gè)小時(shí)，周末只休息一天。大家都鉚足了勁兒，一定要早日攻克城市深井掘進(jìn)難題。

是什么樣的理念支撐了團(tuán)隊(duì)勇挑重?fù)?dān)？

“往大處說，人民對(duì)美好生活的向往就是我們的奮斗目標(biāo)。黨的二十大報(bào)告提出，要推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國，這為我們科研工作者指明了方向，也為原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)提供了動(dòng)力。作為中國重型裝備領(lǐng)軍企業(yè)，我們有義務(wù)為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)扛起更多擔(dān)當(dāng)?！泵畿娍苏f，“往小處說，做好眼前的事，設(shè)計(jì)好每一個(gè)零件、每一根管線，腳踏實(shí)地搞科研，認(rèn)真對(duì)待每一天，就是我們科研人員能作的小小貢獻(xiàn)?！?/p>

正是無數(shù)個(gè)這樣的“小小貢獻(xiàn)”聚流成海，數(shù)不清的“大國重器”才從中涌出，匯成新時(shí)代的澎湃巨浪。（孫 越）