2018年4月，徐工700吨液压挖掘机正式下线，标志着我国在超大吨位液压挖掘机上取得突破，达到了国际领先水平。在《大国重器》中，以徐工为代表的国产工程机械企业取得的成就令人热血沸腾，其中在大型挖掘机研发方面取得的进步便是其中的代表。 先来看徐工700吨液压挖掘机的一组数据： 整机高9.5米，相当于三层楼房的高度； 整机长23米，相当于一头蓝鲸的体长； 整机重量近700吨，相当于500辆普通小轿车的重量； 铲斗容积34立方米，相当于17台47吨挖掘机的斗容； 铲斗装满可达60-70吨， 相当于同时举起35辆轿车的重量 …… 再来看一组数据： 3年时间， 50余名工程师，其中：党员37人，高级工程师6人，平均年龄为33岁，平均工龄为5年，先后画出图纸3万多张…… 这两组数据告诉我们这台中国人自己设计的迄今为止最大吨位的挖掘机是多么雄伟！其诞生的过程有多么艰难！背后有着一支怎样年轻的团队……
徐工矿业机械有限公司技术中心副主任、徐工700吨挖掘机总设计师杨裕丰 俗话说，火车跑得快，全靠车头带。提起这个项目就不能不提到一个人的名字：那就是徐州徐工矿业机械有限公司（以下简称徐工矿机）技术中心副主任杨裕丰。杨裕丰不仅是徐工700吨液压挖掘机项目的总设计师，还是徐工大型挖掘机的创始人和奠基者之一。通过杨裕丰的故事，给大家讲解和回顾徐工大型挖掘机的发展之路。 徐工第一台大挖诞生之路 2018年，中国挖掘机销量达到20.3万台，同比增长45%，国产挖掘机占比为56%。然而，在上世纪九十年代，中国挖掘机市场90%以上被外资品牌所垄断，在大挖市场更是几乎被外资品牌所垄断。
杨裕丰（左三）和他的研发团队 徐工作为中国工程机械行业的龙头企业，在2018年度世界工程机械50强中排名第六，在土方、路面、起重机、混凝土等行业具有行业领先水平。徐工挖掘机从上世纪九十年代中期起步，先是与卡特彼勒进行合资，2008年成立徐工挖掘机事业部。徐工管理层认为：国产挖掘机如果不掌握核心技术，对行业发展相当不利。按照王民董事长提出的“三高一大”的产品战略，徐工挖掘机制定的战略是：跟上世界的发展趋势。 徐工挖掘机从小挖起步，逐渐过渡到中大挖，杨裕丰是徐工集团自己培养的第一代挖掘机研发工程师，也是徐工大挖的奠基人。杨裕丰告诉笔者，徐工第一台大挖47吨产品便是由他主持研发的。 在一张白纸上画图，尽管可以充分发挥想像空间，但难免会有不成熟的地方。杨裕丰坦言，徐工在最初的大挖研发上也走了许多弯路。其得到的教训是没有考虑到大挖工况的特殊性， “自然吃了不少亏。” 徐工大挖从2010年起步，第一台47吨大挖研发出来后，被投入到山西的一家煤矿试用，原计划试用一年或5000小时，但实际使用远远达不到。主要原因是机器经常出毛病，修理的次数大大超过了预期。谈到这个问题，杨裕丰显得有些不好意思：“当时我们都没有经验，主要参照了中小挖的研发方法，因此走了一些弯路。”他表示，大挖与中小挖作业环境不一样，工况不一样，客户对其要求也是不一样的。他指出，对矿山客户来说，希望设备故障率低、可靠性强。由于一台挖掘机一般配合5-6台自卸车一起作业，一旦挖掘机出现故障，其它机械也会停下来。因此，想要保障设备的出勤率，就一定要克服露天采矿施工粉尘大、载荷重、强度高等复杂工况对设备使用寿命的影响。 针对这台设备在使用过程中暴露出的问题，经过三个月的整改之后再度投入市场，其使用性能得到了极大提升，满足了客户对设备高出勤率的要求，获得客户肯定。 在挫折中不断前行 正如人类在探索自然的过程中难免会犯一些错误，交出一定学费，在大挖开发过程中也同样如此。杨裕丰表示，即便是国外龙头企业，在初进入中国市场时也走了许多弯路，犯过一些错误，都是在曲折中不断前行的。只有吸收之前的经验教训，才能走的更远！
徐工XE470E是杨裕丰开发的第一台大型挖掘机 47吨大挖项目完成后，2010年徐工集团又同时启动了70吨、90吨挖掘机研发项目。有了第一次的成功经验做基础，杨裕丰在70吨、90吨产品研发上进展得格外顺利。产品在市场试用过程中，获得了客户的认可，为之后的销售打开了市场。 最难啃的骨头 在徐工的研发理念中有两条标准：一是“站在巨人的肩膀上实现创新”，就是说不要求所有的产品都要从头开始，而是在吸收前人优秀成果的前提下进行创新。杨裕丰表示，如果所有的东西都是从头开始，自主研发的话，所耗费的时间、精力、成本会非常高，这对以追求利润和效益为目标的企业来说，显然是难以接受的；二是“集中力量办大事的传统”。作为一家国有企业，徐工显然具备这一优势，无论是人员组织、设备调试、技术攻关等，徐工集团均给予鼎力支持。此外，王民董事长提出的“技术领先，用不毁”、珠峰登顶计划等为大挖项目的顺利推进提供了理论支撑。
正在矿山作业的徐工90吨挖掘机 2012年，徐工集团先后启动了130吨、300吨、400吨大挖研发项目，目的是匹配矿山成套设备。在近10年的大挖项目研发中，对杨裕丰来说，耗时最多，挑战最大，难度最大的莫过于400吨挖掘机项目了。说到难度，我们首先要了解400吨挖掘机的内部构造。
徐工XE4000挖掘机配合大型矿用自卸车联合作业 一般的挖掘机只有2个液压泵，主要控制大小臂的操作与运转；而400吨挖掘机里面有22个泵，如何将如此多的液压泵组合在一起，并让它们流畅运转，可以说是一个世界性的难题。一般的挖掘机只有一个控制器，而400吨挖掘机里有三个控制器，这就相当于一个人的身上长有三个脑袋。因为她的身体过于庞大，一个控制器无法让它完成指令。杨裕丰和他的小伙伴们通过柔性控制的方式，不仅解决了多个控制器难以协调统一的问题，而且还能将能量由平均分配变为按需分配，从而极大地节省了能源，提高了作业效率。 结构件厚板焊接作为是400吨挖机的核心工艺，也是该团队需要突破的难关。400吨级挖掘机的钢板厚达70mm，由于钢板过厚，中间的缝隙过大，焊接的难度非常大。2013年之前采用手工焊，焊接效果有误差。2013年以后徐工引进全自动焊接机器人生产线后，解决了因人工误差而存在的问题。但两块钢板过厚，中间的缝隙过大，很难一次性焊接完，即便是机器人也无法掌握焊接进度。经过无数次头脑风暴及现场试验，他们另辟蹊径，将钢板焊接口引出去一点，焊接后再切除，从而解决了虚焊和容易折断等问题。焊接之前让两板钢板间的角度有一定倾斜，解决了焊接过程中的受热不均导致的变形等问题。 400吨挖掘机的结构尺寸大，没有车辆能运输如此庞大的设备，因此，在设计时必须要考虑到安装和拆卸等问题，只有设计成模块化的形式才方便运输和使用。 此外，由于400吨挖掘机高达数米，体重庞大，设备的维修保养工作也是一大难点。杨裕丰告诉笔者，为了解决大设备维修保养的问题，需要在400吨挖掘上设计了一条通道，但通道设计成什么样子，由于无章可循，只能是集思广益，慢慢摸索，最终才逐渐成熟。 400吨挖掘机是我国首次研发300吨级以上超大型挖掘机，从2012年起步到2014年成功下线亮相上海宝马展，引起了国内外人士的轰动，再次向世界展示了中国制造的强大魅力。宝马展结束后，这台庞然大物经过进一步调试，随后被运往露天矿山接受实践考验。如今，这台设备经过五年恶劣工况的考验，仍然保持着极高的作业效率。 再次刷新行业纪录 400吨挖掘机的研发为700吨挖掘机的上马积累了丰富经验。徐工700吨挖掘机项目正式于2015年启动，到2018年整机下线，历时三年时间。 杨裕丰：让世界听到中国的声音
2018年正式下线的徐工700吨液压挖掘机 与400吨挖掘机相比，700吨挖掘机既然有相似点也有不同点。相同点是都是超大吨位挖掘机，都有多套控制器，都有多个泵和马达，都有通道，都实行模块化生产，方便拆卸和安装。 不同点是：700吨挖掘机有两个动力，即有两个柴油发动机或两个电机，这是徐工首次在挖掘机上采用双动力装置。为何要使用双动力呢？这是因为单个发动机根本带不动如此庞大的挖掘机！使用双动力的难点是如何协调两个发动机或两个电机同时工作。而且两个电机同时启动，输出电流会增加6-8倍，直接影响到周围其他电器的正常工作。研发工程师通过采用软启动的方式成功解决了这一问题。 400吨挖掘机上有3个控制器，700吨挖掘机上则有7个控制器，如此多的控制系统如何分配能量，协调动作也是一个难题。 如果说400吨挖掘机上的有些零件还能定制或买到的话，700吨挖掘机上的大多数零件几乎都买不到了，因为没有哪个供应商会生产如此大尺寸的零部件，即便订制也需要重新开模，而开模的费用不是一般企业能够承受的。为了节省费用，大多数零部件包括四轮一带等都是徐工自主研发生产，在保证产品质量同时节约生产成本，从而将产品性价比控制在最佳程度。 提供成套矿山挖掘运输解决方案 从47吨到70吨、90吨再到130吨、300吨、400吨再到700吨，九年来徐工在大吨位挖掘机方面不断创新历史，打破新的纪录。徐工为什么要发展大吨位挖掘机？为什么又不断创新自己的纪录呢？难道仅仅是为了彰显中国制造的力量，填补中国在大吨位挖掘机方面的空白吗？ 面对这一疑问，杨裕丰笑着给出了答案。他表示，徐工研发大吨位挖掘机的宗旨是发展成套的矿山挖掘运输解决方案，“这一宗旨从徐工超大挖诞生时起就始终没有动摇过。”杨裕丰斩钉截铁地说，“目前徐工产品覆盖矿用挖掘机、矿用自卸车、破碎筛分设备、矿用平地机、矿用装载机、矿用洒水车、掘进机等露天矿业设备，成为中国唯一能够提供露天矿业开采、运输、破碎成套化解决方案的企业。” 那么，这台700吨的庞然大物到底有多大威力呢？杨裕丰用数据说明了答案。他表示，700吨挖掘机的斗容是34立方，标配是240吨或300吨的矿车，正常情况一般是6-7铲装满一车，所需的时间为2-3分钟。这个效率到底有多高呢？有比较才有鉴别。他以47吨的挖掘机为例进行了对比：47吨挖掘机的铲斗是2方，700吨挖掘机的铲斗相当于17台47吨挖掘机铲斗的容量。47吨挖掘机同样需要5-6台自卸车配合作业，完成一台车的装卸同样需要2-3分钟。17台挖掘机需要17个人驾驶，102辆自卸车至少需要102名驾驶员。也就是说一台700吨挖掘机配套作业需要1名操作员，6名自卸车驾驶员，产生的效率相当于17台47吨挖掘机，102辆自卸车产生的效率。如果再考虑到挖掘机和矿车需要连续作业，每台车至少要匹配2-3名驾驶员，这样的效率就更高了。当然这只是计算的人工成本，还有能耗、维修成本等费用，那更是一个天文数字了。 其实，700吨挖掘机产生的意义不仅如此，它的诞生还改变了中外力量的对比。杨裕丰进一步解释道：以往在国产挖掘机进步前，大挖及矿山市场基本上是外资品牌的天下，他们的挖掘机不仅价格昂贵，而且服务费用也非常高。国外挖掘机零部件一般从海外发货，短则半个月，长则一个月或数月，如果机械出现故障不能及时修复，光停工造成的损失一般业主就难以承受。国外品牌零部件的价格往往是国产零部件价格的数倍、十几倍、几十倍，甚至上百倍，因产生故障所造成的停工、维修等损失绝对不是一个小数目。近年来随着国产挖掘机的进步，国外品牌独占矿山市场的格局正在逐渐发生改变，因国产品牌的进步，国外品牌也逐渐实现了本土化。不仅价格大幅下滑，而且服务响应速度有效提升，维修成本下降了一半以上，“最终获利的是中国的矿山用户，徐工终结了国外品牌的暴利时代。” 矢志攀登、珠峰登顶 在2018年11月份举办的上海宝马展上，徐工集团派出了阵容庞大的全系列产品参展，而最受关注、最引人注目的无疑是这款700吨液压挖掘机。这台由中国人自主研发的最大吨位，比肩世界先进行列的双动力液压挖掘机的诞生，再次向世界人民展示了中国制造的强大力量。 作为徐工700吨液压挖掘机的总设计师，杨裕丰却始终保持着清醒头脑。当笔者请他为自己的作品打分时，杨裕丰仅给出了80分。他给出的理由是这款产品一直处于调试阶段，毕竟没有接受实战的考验。在他看来，实验室里的调试和露天矿山的施工表现完全是两回事，只有真正接受了实战的检验，才能最终判断这款设备的性能到底如何。“虽然还没有确定试用的下家，但在年底前她一定会出去的，我们也会密切关注她的表现。”杨裕丰很有信心地说。 后记：从设计第一台47吨挖掘机到成为700吨液压挖掘机的总设计师，杨裕丰可以说亲自参与并设计了徐工大吨位挖掘机的蓝图，见证了徐工大型化设备每一步成长。从借鉴中小挖的方式设计第一台大挖，到发明软启动的双动力系统、柔性控制解决多个控制系统协调作业的世界性难题，在不到十年时间里，杨裕丰带领他的团队克服了一个又一个珠峰登顶最后10%的难题技术，搬掉了一个又一个前进道路上的拦路虎，并依靠集体的智慧带领中国研发工程师攀到了世界的巅峰，完成了几代人的梦想。他们的事迹再次给我们以启示：有志者事竟成。 |
