基本介紹
- 中文名：陝西省高速公路施工機械重點實驗室
- 性質：重點實驗室
- 內容：高速公路施工機械
- 地點：陝西省
基本情況,實驗室體制,研究方向與成果,本科實驗教學工作,實驗室硬體建設,總體目標與對外開放,
基本情況
1.名 稱： 高速公路施工機械陝西省重點實驗室
2.依託單位名稱： 長 安 大 學
3.辦公地址： 西安市南二環路中段長安大學校本部
4.批准時間: 1998.10
5.驗收時間: 1999.10
6.批准機關: 陝 西 省
7.批准文號: 陝教科發[1998]29號
實驗室體制
技術委員會由17 名工程機械與施工技術領域科技界、工程界和相關企業與經濟界專家組成，負責審議重點實驗室的發展戰略、研究開發計畫，評價工程設計與試驗方案，提供技術經濟諮詢和市場信息，審議重點實驗室年度工作等。
技術委員會的組成人員中既有在築養路施工裝備與技術及相關領域工作幾十年的經驗豐富的老專家，又有在該領域作出突出成績的優秀中、青年科技工作者；既有國內知名的院士，又有長期從事理論和科學研究的專家教授；既有國內著名學者，又有長期工作在生產第一線，具有豐富理論和實踐經驗的專家，充分體現了築養路施工機械與公路施工各相關領域的相互融合與滲透。其中重點實驗室以外人員超過總人數的三分之二，中、青年達總人數的三分之一以上。
重點實驗室建立健全了內部管理規章制度，注重工程化開發設施和網路環境建設，提高使用效率，重視智慧財產權保護，學術道德建設，加強數據、資料、成果的真實性審核及存檔工作，進一步加強和擴大與企業的聯繫和合作，發揮校企研究中心的作用，組織聯合攻關，為企業提供適用的高新技術成果和技術服務，為國家公路交通建設和地區經濟建設服務。
重點實驗室由個5實驗分室組成，分別是機械動力學實驗分室（一）、機械動力學實驗分室（二）、機電液一體化實驗分室、機械運用實驗分室、機械材料實驗分室。在四十餘年的建設發展過程中，重點實驗室已凝聚了一支結構合理、團結協作、勇於創新、素質精良的教學科研隊伍。有一個高效、精幹、管理經驗豐富，具有開拓精神的領導班子。重點實驗室目前有專兼職實驗人員20餘人，專業涵蓋道路施工機械、機電液一體化、材料工程、交通運輸、車輛工程、內燃機、計算機等。
研究方向與成果
重點實驗室的研究不是以通用工程機械，而是以道路施工和養路工程機械為特色。在我國20世紀80年代末開始的公路大建設中，提出了許多重大而急需解決的施工與養護機械的理論與技術問題。實驗室抓住了這一千載難逢的機遇，積極投身公路建設的主戰場，並迅速發展成為國內本行業最大的科學研究、技術開發、高層次人才培養和技術服務基地之一。
形成了設備先進、設施基本配套、研究方向明確、特色鮮明、研究隊伍年富力強的良好發展勢頭，在本行業具有著鮮明的特色和優勢，具有跟蹤國際前沿研究領域的實力，在築路與養護機械最活躍、最重要的幾個研究方向上，取得了一大批具有國內先進，部分接近國際先進水平的科技成果和學術成就，為我國公路建設事業作出了應有的貢獻。
1.道路施工機械牽引動力學與最佳化設計
道路施工機械牽引動力學與最佳化設計是本實驗室最有特色的研究方向之一。該方向擁有全國一流的牽引動力學實驗室，擁有能進行各種工程機械模型或原型實驗，能進行各種工程機械工作裝置與工作介質相互作用過程實驗的亞洲最大的室內試驗土槽（110m×7.8m×2.5m），本研究方向所開展的道路施工機械動態牽引性能研究、地面力學與行駛理論研究、工作裝置與介質相互作用理論研究、作業質量控制研究等在國內處於領先水平。該研究方向在孫祖望教授帶領下，利用行業優勢，先後承擔了二十餘項相關內容的省部級以上研究項目，其中多項研究成果處於國內領先行列。如“履帶推土機牽引動力學”、“穩定土路拌機轉子動力學”、“振盪壓實技術”等一批科研成果獲得了國家級和省部級獎勵。近年來，道路施工機械作業質量控制的研究為我國的公路建設解決了不少關鍵技術問題，在國內處於領先水平。
20世紀80年代以來，該研究方向從動態分析的角度研究道路施工機械與介質相互作用的工作過程；道路施工機械的動力學與動態性能；機器——介質系統的模型與計算機仿真與模擬；動態性能與作業質量的預測、最佳化和控制；以及試驗方法、評價指標與標準等，逐步形成了這一穩定的研究方向。該研究方向主要研究道路施工機械的工作裝置與介質相互作用過程的物理、力學本質，這是設計和使用道路施工機械的理論基礎。因此，長期以來一直是國內外道路施工機械科學技術進步的一個重要研究領域。
經過十多年的開拓，我們在這一研究方向內的工作，無論在研究目的、內容、思路還是在研究方案和方法方面都有著自己的特點。例如，將鏟土運輸機械的動態性能作為跨學科、範圍廣泛的綜合性研究項目來統一考慮，同時分成若干子課題有步驟地加以解決。研究中充分分析了各子課題之間的聯繫和相互影響，對理論研究和試驗研究的關係、整機性能研究和各總成性能研究的關係、合理設計和合理使用的關係、現場試驗和模擬試驗的關係、以及研究機器現有的工作過程和探索新的工作過程的關係等方面都作了較為詳細的考慮和協調，因而研究目的、所期望達到的目標都比較明確。
近年來，實驗室在這一研究方向的工作主要集中在各種鏟土運輸機械、穩定土拌合機械、壓實機械和路面機械與工作介質相互作用的物理過程、力學基礎及其相關技術的研究方面。
本研究方向在最佳化設計理論方面也進行了大量的研究工作。例如，在模型試驗和道路施工機械系列化的仿真設計理論和套用上取得了較大的進展，利用相似理論建立了評價工程機械工作過程技術經濟效益的數學模型，對原型與模型之間的畸變問題和規律性進行了深入的研究，提高了模擬仿真的精度。目前，已經完成了對工業履帶推土機、平地機和裝載機等鏟土運輸機械的仿真設計研究工作，為鏟土運輸機械的系列化設計提供了新的方法和手段。
作為工程機械CAD、CAE技術，對機器本身的動力學性能和控制系統特性的數值仿真，研究機器的最優設計方案，也是本方向的重要研究內容。多年來本研究方向在工程機械模型試驗與仿真設計、工程機械最佳化理論與設計方法、工程機械CAD和CAE技術等領域內做了大量研究工作。其中模型試驗與仿真設計研究水平達到國內先進水平。
2.道路施工機械機電液一體化技術
機電液一體化技術的發展集中體現了現代科學技術對傳統機械產品的滲透和改造。本研究方向的特色是將機電液一體化的發展和道路施工機械的技術進步緊密相聯，在道路施工機械中廣泛採用液壓傳動及電液控制技術，尤其是對那些有作業質量要求的道路施工機械。例如攤鋪機械、平整機械、壓實機械、攪拌設備等，採用諸如自動找平、計算機控制等現代科學技術。致力於提高道路施工機械的自動化水平、作業精度和生產效益，同時也減輕工作人員的勞動強度。道路施工機械自動控制技術的最終目的是作業的智慧型化、機器人化。道路施工機械的自動化技術將在水下作業、危險地段作業、惡劣環境作業中首先獲得套用。本方向的研究可望在兩個方面取得突破：一是以簡化駕駛人員操作、提高車輛動力性、經濟性及作業效率、節約能源為目的的機電液融合技術；二是以提高工程機械作業質量為目的的機電液一體化控制技術，如攤捕機、壓路機及平地機的恆速控制系統研究。
早在1978年，本研究方向的“全液壓清岩機研究”項目就獲得全國科學大會的“優秀科技成果獎”。多年來，這一研究方向的學術特色有了新發展，承擔了一批國家和省部級科研項目，獲得了多項科研成果，其中“TB3000型標誌車研製”獲交通部科技進步三等獎；“水泥路面多功能養護機械”獲陝西省科技進步一等獎；“瀝青拌和設備關鍵控制技術研究”被交通部鑑定為“達到國際先進水平”；國家“八五”科技攻關項目“滑模式水泥混凝土攤鋪設備研究”通過國家機械局鑑定，並獲陝西省產學研聯合開發成果一等獎。本方向的研究以工程機械為載體，以工程機械作業質量控制為目標，行業特色明顯，所取得的成果在國內同行業中處於領先水平。目前這一研究方向正承擔國家863項目“機群智慧型化工程機械”的子項目，交通部重大科技項目“高等級公路綜合養護車”，陝西省交通廳攻關項目“瀝青混凝土攤鋪機行駛控制研究”，“全液壓推土機功率匹配與控制技術”，“智慧型化振動壓路機控制技術”等一批重要項目。本方向的研究將為我國公路建設，尤其是西部大開發作出重要貢獻。
3.工程材料性能與套用技術
隨著工業現代化的發展，對材料性能要求越來越高，為提高零件可靠性、延長使用壽命，世界各國都在努力研究開發各種提高零件表面性能的新技術，新工藝。工程機械大多為土石方機械和混凝土機械，工作條件惡劣，其工作裝置經常和泥土、沙石摩擦，磨損問題尤為突出。本方向以工程機械磨損問題為研究對象，逐步形成了自己的特色，為提高我國工程機械產品的可靠性與壽命作出了重要貢獻。
從20世紀80年代開始，本研究方向就將工程機械磨粒磨損抗磨材料和固體粒子沖蝕磨損的研究作為其主要研究方向。在抗磨材料上，先後對工程機械中的瀝青混凝土和水泥混凝土攪拌設備襯板、挖掘機、裝載機和平地機等的鏟斗及刀片、石料破碎機錘頭、輸煤機齒軌和端頭等典型磨粒磨損件進行了失效研究，並相繼開展了鉻系抗磨鑄鐵、鑄造貝氏體鋼、耐磨低合金鋼的研究工作，使抗磨件壽命成倍提高。研究成果被大面積推廣套用和轉讓，學術地位處於國內先進水平。
對於材料表面化學熱處理的研究，本實驗室研究人員發現在滲硼時，硼化物晶核在晶界或位錯處形成，而預先冷變形可加速滲硼動力學，改善滲硼鋼的抗磨性能。另外，對於鋼鐵材料進行輝光放電膏劑滲硼試驗，發現與常規滲硼相比，具有滲速快、脆性小、耐蝕性和耐磨性好等優點，93年11月在《金屬熱處理》雜誌上發表論文後，美、日、英有關雜誌先後進行了摘要報導，引起國際同行的關注。在氮化方面，引入稀土元素，開發了稀土催滲離子硫氮碳共滲滲劑及工藝，94年6月獲國家發明專利，它具有滲速快、性能好、無污染等優點，達到國內先進水平。
微弧氧化表面技術是利用在電解質溶液中高溫、高壓條件下的微區弧光放電的高溫燒結作用，使金屬表面直接轉化為氧化物陶瓷的新型表面處理技術，具有效率高、工藝簡單、無污染以及陶瓷層與基體為完全冶金結合的特點。通過研究和試驗分析，微弧氧化技術已經開始走向工業套用。
高鉻鑄鐵磨球、中鉻鑄鐵磨球、貝氏體錘頭、GLD1型耐磨合金粉末、以及廣州市海珠大橋長效防腐等項目先後通過省部級鑑定。創造了明顯的社會效益。而近期完成的“廣州市鶴洞大橋主橋鋼樑電弧噴塗鋅鋁複合長效防腐”項目，為國內首創，並完成“延安王家坪大橋電弧噴塗鋁層長效防腐”等項目。研製的“DPT-30型高速電弧噴塗機”在國內處於領先水平，“稀土催滲離子SCN共滲工藝”獲國家發明專利。
目前本研究方向已擁有西北地區最完整的“腐蝕試驗”、“磨損試驗”、“表面塗層製備”等檢測試驗設備和手段，建成的TJ4000超音速噴塗系統、SK16機器人作業系統、電化學腐蝕工作站、GP-80型高能等離子噴塗系統、快速真空熔煉設備和離子濺射表面改性設備等具有國內國際先進水平的實驗設備和設施，使本研究方向的科研能力和水平得到極大提高。
4.高速公路機械化施工與養護技術
目前正在進行的研究內容有作業質量控制、設備選型與配套、設備故障診斷技術。其中，作業質量控制技術把機械、土木材料和結構與施工工藝綜合起來進行研究，解決了瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面、碾壓混凝土路面、穩定土基層的作業機理、平整度、密實度、均勻度等若干關鍵技術問題，研究水平位於國內前列。本研究方向圍繞提高工程機械作業質量和作業效率，藉助信息技術、系統工程技術、土木材料技術、能源環保技術的成果，在工程機械的選型配套、機群作業、設備資源最佳化配置、設備技術狀態測試和評估、設備作業參數最佳化、作業質量控制、設備故障診斷與排除、設備維修與保養、設備施工組織與管理、機械化施工系統分析等領域進行的研究有著重要的理論意義和良好的發展前景。
本研究方向承擔的交通部重大科研項目“水泥混凝土水平滑模施工質量控制理論與技術研究”和“瀝青混凝土路面施工技術與質量控制的研究”，已取得重大成果，解決了一些目前高速公路施工中的關鍵技術問題，為提高我國高速公路的施工質量作出了重大貢獻，在國內外獨樹一幟。
本科實驗教學工作
1. 實驗室承擔的本科實驗教學任務
實驗室以本科實驗教學、碩士研究生、博士生研究生實驗為主，致力於培養具有綜合素質、開拓創新精神，掌握機械設計與製造技術的基礎知識、基本理論和基本實驗技能的高級工程技術人才；使他們具有一定的綜合運用知識、進行分析問題和解決問題、套用開發研究的基本能力。
實驗室主要依託於機械工程一級學科，面向全校的機械類專業和機電類專業。機械類專業主要有“機械設計製造及其自動化”、“車輛工程”、“材料成型與控制” “機械電子工程”專業；近機類專業主要有、“汽車運用工程”、“工業設計”、“交通事故防治”、“工業工程”等專業。
2. 實驗室的實驗教學改革
實驗室進一步深化教育改革，不斷完善提高實驗教學模式。依據國家“基礎課實驗教學示範中心建設標準”和“普通高等學校本科教學工作水平評估方案”，結合長安大學“十一五”發展規劃，進行了一系列的實驗教學改革工作。
（1）採用“分層次實驗教學方法”為中心的教學模式，進一步完善機械類基礎教學平台和實驗教學體系；
（2）精選實驗教學內容，突出實驗內容的更新，加大實驗教學課時，提高設計性、綜合性和創新性實驗教學課時比例；
（3）進一步加大實驗室開發力度，提供參考自選實驗項目，涵蓋基礎訓練專業套用開發各層次。以滿足學校不同人員的需要；對近機類學生，在選題上側重興趣性和本專業工程套用型項目。對機械專業學生，側重於機械產品的設計、製造工藝、新材料和工藝的研究開發。
（4）計畫在3～5年內正式出版高水平的實驗教材2～3套，一般2年更新、修訂一次實驗內容；
（5）充分發揮現代教育技術手段，改革實驗教學方法，進一步完善網上實驗課程平台。
3. 實驗室對本科生的開放工作
實驗室面向全校所有機械類專業和近機類專業採用開放式實驗教學，即允許學生自主選擇實驗時間和實驗內容。學生在實驗時間選擇方面具有較大的靈活性，其單項實驗時間可得到充分保證，而實驗內容的可選性在一定程度上滿足了學生的興趣與專業差異，還為願意進一步學習的學生提供條件。充分調動學生的積極性，教學效果明顯。實驗室採用網上實驗預約，進入實驗室登記的方式進行實驗操作。教師協助解決實驗中的具體問題。實驗室開設三類實驗項目：
（1）綜合性和設計性實驗項目，學生自行設計實驗方案、實驗方法、步驟、調試，實驗的主要目的是培養學生套用機械基礎基本知識和理論的能力。
（2）研究創新性實驗項目，學生利用實驗室的設備和創新實驗台，自行設計和完成新的實驗。實驗的主要目的是培養學生的創新能力、工程實踐能力以及科研、開發能力等。
（2）結合學生的專業方向開展有特色實驗項目
通過上述方法，訓練學生基本動手技能，創新能力，以達到培養高質量技術人才。目前實驗室的部分開放性實驗、自選參考實驗項目：
（1）現代製造綜合實驗項目 |
（2）機電產品功能認識與設計實驗 |
（3）砂性土壤振動密實機理實驗 |
（4）柴油機燃料供給系主要部件的檢驗與調試 |
（5）常用感測器性能試驗 |
（6）超音速噴塗耐磨合金塗層製備 |
（7）等離子硫碳氮共滲處理 |
（8）磁控濺射離子鍍超硬薄膜 |
4.實驗室的教學成果
（1）《基於創新設計能力培養的機械基礎課程教學平台的建設》2005年獲得陝西省教學成果二等獎 陝西省人民政府
（2）《行業性高等學校主體專業寬口徑人才培養模式的研究與實踐》2003年獲得陝西省教學成果一等獎 陝西省人民政府
（3）《建立在國際網際網路上的計算機輔助教學平台及教學系統》2001年獲得長安大學教學成果二等獎
（4）《土木工程機械課程建設與教學改革》2003年獲得長安大學教學成果二等獎
（5）《機械CAD課程教學內容和方法改革的研究與實踐》2004年獲得長安大學教學成果一等獎
（6）《工程機械構造》課機械改革與實踐2004年獲得長安大學教學成果二等獎
（7）《機械設計課程計算機多媒體教學的研究與實踐》2001年獲得長安大學教學成果二等獎
（8）《工程機械機電一體化專業方向課程體系建設》2001年獲得長安大學教學成果一等獎
實驗室硬體建設
重點實驗室已有四十年的建設和發展歷史。1985年被確定為世界銀行第二個大學貸款項目重點支持的實驗室，投資近百萬美元，是長安大學利用世界銀行貸款和“211工程”建設資金重點建設的實驗室之一。我校“211工程” 一期投入專項建設資金1680萬元，二期專項建設資金為500萬元。實驗室擁有一個占地420餘畝的機械綜合實驗基地，在教學、科研方面均有深厚的基礎。
重點實驗室設備總價值2946萬元，價值10萬元以上的儀器設備40多台套，總值達1507萬元。重點實驗室擁有一批先進的儀器設備和試驗設施，實驗設備優良，性能先進。重點實驗室建築面積8480m，其中多媒體有3個，均配備多媒體投影儀、大螢幕實物投影儀、擴音設備及各種計算機，具備快速上網條件，另配有專用的計算機機房和文獻資料室。主要儀器設備有：
立式加工中心從英國進口，約189萬元；筒式數控臥式車床，約19萬元超音速火焰噴塗系統從美國進口，約66萬元；工業機器人從日本進口，約32萬元；真空感應爐，約32萬元；等離子噴塗設備，約22萬元；電化學工作站，約32萬元；多用途離子鍍膜機，約35萬元；臥式鏜床，約20萬元機械原理和機械設計展示櫃，約7萬元。工程機械液壓底盤性能模擬試驗台，450萬元；工程機械多功能綜合試驗台，308萬元；工程機械智慧型化電液控制試驗系統，104萬元；機械運動創新實驗台， 3.12萬元；凸輪結構動態測試實驗台，3.0萬元。近年自製設備有：齒輪傳動試驗台，高溫沖蝕磨損試驗機，導鏈吊車，軸承試驗台，減速器等。
總體目標與對外開放
實驗室預期達到的總目標與水平：把實驗室建成國內領先的科研、開發與試驗基地，高層次人才的培養基地和學術交流中心。實驗室人才結構與素質、裝備水平達到國內一流，整體研究與開發水平達到國內領先，某些方面接近或達到國際先進水平，實驗室管理與運行機制與國際接軌，具有研究、開發和跟蹤國際先進技術的能力，具有為我國公路建設機械解決重大科學技術和工程套用問題的能力。在人才培養方面，有能力持續、自主地培養與國際水平相當的博士生和碩士生，並不斷充實學術隊伍，使學科後繼有人，保持不斷發展的良好勢頭。在實驗室建設方面，達到國家開放實驗室水平，具有向社會開放、接納合作研究、客座研究、委託研究的能力，能為本行業的發展提供有力的支持和服務，並成為公路交通行業培養博士和開展博士後研究的重要基地。爭取通過3～5年的努力，使本實驗室達到國家重點實驗室和國家重點實驗室的水平，成為在國內外享有聲譽的重要實驗研究基地。
多年來，重點實驗室和徐州工程機械科技股份有限公司、廣西柳工機械股份有限公司、三一集團有限公司、廣東美的日電集團威特公司等四家國內知名的築養路機械開發、製造和出口企業有著長期穩定的的合作關係，針對企業、工程單位存在的技術問題聯合攻關，取得了可喜成果，成功地將穩定土拌和機、瀝青混凝土攤鋪機、全液壓推土機、瀝青混凝土路面養護車等產品推向了市場，取得了顯著的經濟效益，也積累了校企合作的成功經驗，有了堅實的合作基礎。
重點實驗室在相應技術領域中有堅實的工程技術開發與成果轉化工作基礎和業績，成功地完成了多項合作。如重點實驗室在完成“八五”攻關項目“拌合機轉子動力學研究”基礎上開發的穩定土拌合機產品在徐工集團產業化後，已實現產值13億元，利潤3億元，並將國外同類產品拒之於國門外。重點實驗室已制定方案並進了實施，和南方路面機械有限公司成立“攪拌技術研究中心”、與無錫雪桃集團成立“路面機械研究中心”、與山東方圓集團成立“築養路機械研究中心”、與陝西中大機械集團成立“築養路機械維護中心”，進行了多項技術新成果的產業化工作。
