2018年度陕西省科学技术奖公示信息

一、项目名称

弯曲变截面结构件变形与应力控制关键技术及应用

二、项目简介

 1、项目的立项背景

     工程机械中的焊接结构件占其总重量的60%以上，焊接结构件是装备中的关键支撑部件和主要的受力构件。目前，高效、低变形、低残余应力的焊接技术是其关键成形技术。实现焊接结构低残余应力与低变形的有效控制是该领域的前沿课题和难题。焊接变形量大，达不到技术要求，会影响后续装配，进而影响生产效率和整机使用性能；焊后残余应力大，会降低焊接构件的承载能力，易断裂；焊缝质量差则存在安全隐患。挖掘机动臂结构复杂、轮廓尺寸大，是挖掘机施工装置中的关键支撑部件和主要的受力构件，其焊接质量的优劣和制造精度直接影响到挖掘机可靠性、疲劳寿命以及整机性能的发挥。目前动臂制造过程中普遍存在焊接变形量和焊后残余应力过大问题。因此，如何有效控制挖掘机动臂箱体焊接残余应力和变形问题，已经成为挖掘机行业中亟待解决的关键问题和难题之一。

    课题组结合主持的企业重点合作项目和省科技计划项目等课题的研究攻关，以挖掘机动臂焊接变形和应力控制为切入点，形成了从理论、关键技术到工程应用的系列创新性研究成果，并将所获技术成果推广应用到诸如斗杆、上下车架、回转平台、履带架等其它结构件的制造过程。

  2、主要研究内容及创新点

      （1）提出分段移动温控式组合型热源模型，有效解决大型复杂结构件焊接数值模拟计算精度低、计算量大，计算时间长的问题，大幅度提高焊接数值模拟运算速度，使大型复杂结构件的焊接全尺寸模拟成为可能。基于分段移动温控式组合型热源模型，构建了焊接逐层工艺优化方法，提高了焊接工艺优化精度和效率。

（2）提出并实现了弯曲变截面结构件变形与应力控制成套优化技术方案，使焊接变形和应力得到均衡控制，焊件质量得到大幅提高。   

（3）研发出挖掘机动臂应力与变形控制技术，形成焊接件企业技术规范，使结构件质量得到全面提升。

（4）通过焊接参数实验评定结合多目标优化遗传算法，解决了最优焊接工艺参数难以定义的问题，研发出最优焊接工艺参数，提高了焊缝质量。

    （5）研发出挖掘机动臂矫形消应力方法及装置，有效消除动臂的焊接残余应力。关键技术工装研制：主要包括：①一种热处理工件定位系统，该能够有效提高定位装置在热处理过程中对待处理工件的定位性能，延长定位装置的使用寿命。②一种冷却定位销，能够有效提高定位装置在热处理过程中对待处理结构件的定位性能，延长定位装置的使用寿命。③一种滚压成形件的弧度超差变形的矫正方法和装置，有效控制了异形板件塑性变形程度。

（6）发表论文20篇，授权发明专利19项，软件著作权1项。

3、技术成果推广应用

   （1）成果应用效果显著，成果实施企业取得了显著的经济效益。

所取得的研究成果推广应用于中联重科股份有限公司生产的挖掘机主要结构件生产制造过程；还应用于公司其它产品的生产技术提升，如装载机结构件、推土机结构件的应力与变形控制。本公司制造挖掘机、推土机及履带式装载机三大系列产品，从2013-2017年，累计新增销售额27.485亿元，新增利润1.253316亿元。2015年-2017年，累计新增销售额12.2362亿元，新增利润5579.7072万元。通过该项目的实施，为公司带来较大的利润。

   （2）成果应用效果：用户反映产品结构件（含动臂）焊接质量得到质的飞跃。2012年10月前挖掘机动臂在使用过程中裂纹多有发生，每年因结构件质量问题导致的修复和更换费用可观。2013年项目实施后，有关动臂焊接裂纹质量缺陷用户投诉为零。

   （3）用户评价：总体技术水平国际先进，国内领先；第三方评价（项目鉴定）：国际先进，国内领先。

三、客观评价

    1、验收意见

    中联重科股份有限公司企业重点项目（2040200784）的验收结论为：通过该项目的开展，制定了控制焊接变形的总体方案和工艺措施，形成了标准化工艺文件，使焊接变形量控制在产品规定的技术要求范围内，有效地解决了动臂焊接应力及焊接变形问题。通过项目的应用，将所取得的研究成果已应用于挖掘机主要结构件的生产制造过程中。

通过验收会议及与会专家讨论，该项目完成了合同约定的研究内容并达到了研究目标，其技术在工程机械结构件制造过程及应用方面达到了国际先进及国内领先水平（见项目验收证书）。

2、验收结论

项目验收结论：陕西省自然科学基础研究基金面上项目（No. 2012JM7015）验收结论为：项目完成了预定的研究任务和目标；通过本项目研究，可以得出装载机工作装置进行动力学分析，阐明设计过程中各主要因素对其性能的影响，为可靠性分析提供理论依据；建立以载荷和结构几何尺寸为优化变量、结构质量极小化为目标、具有可靠性约束的结构拓扑优化模型，并且应用BP神经网络技术获得数值解，提出一种新的现代设计方法；提出基于神经网络技术的结构可靠性拓扑优化设计方法，获得动臂的最优拓扑结构，减少了重量，从本质上降低了产品的成本。

按照陕西省自然科学基础研究计划结题项目评价指标和有关规定，以优秀成绩（A）通过项目验收，评价结果为优。

3、工程应用评价

取得的研究成果推广应用于中联重科股份有限公司生产的挖掘机主要结构件生产制造过程；还应用于公司其它产品的生产技术提升，如装载机结构件、推土机结构件的应力与变形控制。本公司制造挖掘机、推土机及履带式装载机三大系列产品，从2013-2017年，累计新增销售额27.485亿元，新增利润1.253316亿元。2015年-2017年，累计新增销售额12.2362亿元，新增利润5579.7072万元。通过该项目的实施，为公司带来较大的利润。

4、教育部科技查新结论

    查新报告的结论为：2018年3月31日，对涉及本项目关键技术创新点：分段移动温控式组合型热源、焊接逐层工艺优化方法、焊接参数多目标优化遗传算法进行了科技查新。经检索并对文献分析对比结果表明：在国内公开发表的中文文献中与本委托项目创新点完全相同的未见报道（见查新报告2018360XAUAT0009）。

四、主要知识产权目录