标题：陕西省高速公路施工机械重点实验室
基本情况
1.名 称： 高速公路施工机械陕西省重点实验室[1]
2.依托单位名称： 长 安 大 学
3.办公地址： 西安市南二环路中段长安大学校本部
4.批准时间: 1998.10
5.验收时间: 1999.10
6.批准机关: 陕 西 省
7.批准文号: 陕教科发[1998]29号
实验室体制
重点实验室实行主任负责制，同时设立技术委员会，技术委员会是重点实验室的技术咨询机构。重点实验室主任主持重点实验室全面工作，并向依托单位提名推荐重点实验室副主任和技术委员会成员人选。
技术委员会由17 名工程机械与施工技术领域科技界、工程界和相关企业与经济界专家组成，负责审议重点实验室的发展战略、研究开发计划，评价工程设计与试验方案，提供技术经济咨询和市场信息，审议重点实验室年度工作等。
技术委员会的组成人员中既有在筑养路施工装备与技术及相关领域工作几十年的经验丰富的老专家，又有在该领域作出突出成绩的优秀中、青年科技工作者；既有国内知名的院士，又有长期从事理论和科学研究的专家教授；既有国内著名学者，又有长期工作在生产第一线，具有丰富理论和实践经验的专家，充分体现了筑养路施工机械与公路施工各相关领域的相互融合与渗透。其中重点实验室以外人员超过总人数的三分之二，中、青年达总人数的三分之一以上。
重点实验室建立健全了内部管理规章制度，注重工程化开发设施和网络环境建设，提高使用效率，重视知识产权保护，学术道德建设，加强数据、资料、成果的真实性审核及存档工作，进一步加强和扩大与企业的联系和合作，发挥校企研究中心的作用，组织联合攻关，为企业提供适用的高新技术成果和技术服务，为国家公路交通建设和地区经济建设服务。
重点实验室由个5实验分室组成，分别是机械动力学实验分室（一）、机械动力学实验分室（二）、机电液一体化实验分室、机械运用实验分室、机械材料实验分室。在四十余年的建设发展过程中，重点实验室已凝聚了一支结构合理、团结协作、勇于创新、素质精良的教学科研队伍。有一个高效、精干、管理经验丰富，具有开拓精神的领导班子。重点实验室目前有专兼职实验人员20余人，专业涵盖道路施工机械、机电液一体化、材料工程、交通运输、车辆工程、内燃机、计算机等。
研究方向与成果
重点实验室的研究不是以通用工程机械，而是以道路施工和养路工程机械为特色。在我国20世纪80年代末开始的公路大建设中，提出了许多重大而急需解决的施工与养护机械的理论与技术问题。实验室抓住了这一千载难逢的机遇，积极投身公路建设的主战场，并迅速发展成为国内本行业最大的科学研究、技术开发、高层次人才培养和技术服务基地之一。形成了设备先进、设施基本配套、研究方向明确、特色鲜明、研究队伍年富力强的良好发展势头，在本行业具有着鲜明的特色和优势，具有跟踪国际前沿研究领域的实力，在筑路与养护机械最活跃、最重要的几个研究方向上，取得了一大批具有国内先进，部分接近国际先进水平的科技成果和学术成就，为我国公路建设事业作出了应有的贡献。
1.道路施工机械牵引动力学与优化设计
道路施工机械牵引动力学与优化设计是本实验室最有特色的研究方向之一。该方向拥有全国一流的牵引动力学实验室，拥有能进行各种工程机械模型或原型实验，能进行各种工程机械工作装置与工作介质相互作用过程实验的亚洲最大的室内试验土槽（110m×7.8m×2.5m），本研究方向所开展的道路施工机械动态牵引性能研究、地面力学与行驶理论研究、工作装置与介质相互作用理论研究、作业质量控制研究等在国内处于领先水平。该研究方向在孙祖望教授带领下，利用行业优势，先后承担了二十余项相关内容的省部级以上研究项目，其中多项研究成果处于国内领先行列。如“履带推土机牵引动力学”、“稳定土路拌机转子动力学”、“振荡压实技术”等一批科研成果获得了国家级和省部级奖励。近年来，道路施工机械作业质量控制的研究为我国的公路建设解决了不少关键技术问题，在国内处于领先水平。
20世纪80年代以来，该研究方向从动态分析的角度研究道路施工机械与介质相互作用的工作过程；道路施工机械的动力学与动态性能；机器——介质系统的模型与计算机仿真与模拟；动态性能与作业质量的预测、优化和控制；以及试验方法、评价指标与标准等，逐步形成了这一稳定的研究方向。该研究方向主要研究道路施工机械的工作装置与介质相互作用过程的物理、力学本质，这是设计和使用道路施工机械的理论基础。因此，长期以来一直是国内外道路施工机械科学技术进步的一个重要研究领域。经过十多年的开拓，我们在这一研究方向内的工作，无论在研究目的、内容、思路还是在研究方案和方法方面都有着自己的特点。例如，将铲土运输机械的动态性能作为跨学科、范围广泛的综合性研究项目来统一考虑，同时分成若干子课题有步骤地加以解决。研究中充分分析了各子课题之间的联系和相互影响，对理论研究和试验研究的关系、整机性能研究和各总成性能研究的关系、合理设计和合理使用的关系、现场试验和模拟试验的关系、以及研究机器现有的工作过程和探索新的工作过程的关系等方面都作了较为详细的考虑和协调，因而研究目的、所期望达到的目标都比较明确。
近年来，实验室在这一研究方向的工作主要集中在各种铲土运输机械、稳定土拌合机械、压实机械和路面机械与工作介质相互作用的物理过程、力学基础及其相关技术的研究方面。
本研究方向在优化设计理论方面也进行了大量的研究工作。例如，在模型试验和道路施工机械系列化的仿真设计理论和应用上取得了较大的进展，利用相似理论建立了评价工程机械工作过程技术经济效益的数学模型，对原型与模型之间的畸变问题和规律性进行了深入的研究，提高了模拟仿真的精度。目前，已经完成了对工业履带推土机、平地机和装载机等铲土运输机械的仿真设计研究工作，为铲土运输机械的系列化设计提供了新的方法和手段。
作为工程机械CAD、CAE技术，对机器本身的动力学性能和控制系统特性的数值仿真，研究机器的最优设计方案，也是本方向的重要研究内容。多年来本研究方向在工程机械模型试验与仿真设计、工程机械优化理论与设计方法、工程机械CAD和CAE技术等领域内做了大量研究工作。其中模型试验与仿真设计研究水平达到国内先进水平。
2.道路施工机械机电液一体化技术
机电液一体化技术的发展集中体现了现代科学技术对传统机械产品的渗透和改造。本研究方向的特色是将机电液一体化的发展和道路施工机械的技术进步紧密相联，在道路施工机械中广泛采用液压传动及电液控制技术，尤其是对那些有作业质量要求的道路施工机械。例如摊铺机械、平整机械、压实机械、搅拌设备等，采用诸如自动找平、计算机控制等现代科学技术。致力于提高道路施工机械的自动化水平、作业精度和生产效益，同时也减轻工作人员的劳动强度。道路施工机械自动控制技术的最终目的是作业的智能化、机器人化。道路施工机械的自动化技术将在水下作业、危险地段作业、恶劣环境作业中首先获得应用。本方向的研究可望在两个方面取得突破：一是以简化驾驶人员操作、提高车辆动力性、经济性及作业效率、节约能源为目的的机电液融合技术；二是以提高工程机械作业质量为目的的机电液一体化控制技术，如摊捕机、压路机及平地机的恒速控制系统研究。
早在1978年，本研究方向的“全液压清岩机研究”项目就获得全国科学大会的“优秀科技成果奖”。多年来，这一研究方向的学术特色有了新发展，承担了一批国家和省部级科研项目，获得了多项科研成果，其中“TB3000型标志车研制”获交通部科技进步三等奖；“水泥路面多功能养护机械”获陕西省科技进步一等奖；“沥青拌和设备关键控制技术研究”被交通部鉴定为“达到国际先进水平”；国家“八五”科技攻关项目“滑模式水泥混凝土摊铺设备研究”通过国家机械局鉴定，并获陕西省产学研联合开发成果一等奖。本方向的研究以工程机械为载体，以工程机械作业质量控制为目标，行业特色明显，所取得的成果在国内同行业中处于领先水平。目前这一研究方向正承担国家863项目“机群智能化工程机械”的子项目，交通部重大科技项目“高等级公路综合养护车”，陕西省交通厅攻关项目“沥青混凝土摊铺机行驶控制研究”，“全液压推土机功率匹配与控制技术”，“智能化振动压路机控制技术”等一批重要项目。本方向的研究将为我国公路建设，尤其是西部大开发作出重要贡献。
3.工程材料性能与应用技术
随着工业现代化的发展，对材料性能要求越来越高，为提高零件可靠性、延长使用寿命，世界各国都在努力研究开发各种提高零件表面性能的新技术，新工艺。工程机械大多为土石方机械和混凝土机械，工作条件恶劣，其工作装置经常和泥土、沙石摩擦，磨损问题尤为突出。本方向以工程机械磨损问题为研究对象，逐步形成了自己的特色，为提高我国工程机械产品的可靠性与寿命作出了重要贡献。
从20世纪80年代开始，本研究方向就将工程机械磨粒磨损抗磨材料和固体粒子冲蚀磨损的研究作为其主要研究方向。在抗磨材料上，先后对工程机械中的沥青混凝土和水泥混凝土搅拌设备衬板、挖掘机、装载机和平地机等的铲斗及刀片、石料破碎机锤头、输煤机齿轨和端头等典型磨粒磨损件进行了失效研究，并相继开展了铬系抗磨铸铁、铸造贝氏体钢、耐磨低合金钢的研究工作，使抗磨件寿命成倍提高。研究成果被大面积推广应用和转让，学术地位处于国内先进水平。
对于材料表面化学热处理的研究，本实验室研究人员发现在渗硼时，硼化物晶核在晶界或位错处形成，而预先冷变形可加速渗硼动力学，改善渗硼钢的抗磨性能。另外，对于钢铁材料进行辉光放电膏剂渗硼试验，发现与常规渗硼相比，具有渗速快、脆性小、耐蚀性和耐磨性好等优点，93年11月在《金属热处理》杂志上发表论文后，美、日、英有关杂志先后进行了摘要报道，引起国际同行的关注。在氮化方面，引入稀土元素，开发了稀土催渗离子硫氮碳共渗渗剂及工艺，94年6月获国家发明专利，它具有渗速快、性能好、无污染等优点，达到国内先进水平。
微弧氧化表面技术是利用在电解质溶液中高温、高压条件下的微区弧光放电的高温烧结作用，使金属表面直接转化为氧化物陶瓷的新型表面处理技术，具有效率高、工艺简单、无污染以及陶瓷层与基体为完全冶金结合的特点。通过研究和试验分析，微弧氧化技术已经开始走向工业应用。
高铬铸铁磨球、中铬铸铁磨球、贝氏体锤头、GLD1型耐磨合金粉末、以及广州市海珠大桥长效防腐等项目先后通过省部级鉴定。创造了明显的社会效益。而近期完成的“广州市鹤洞大桥主桥钢梁电弧喷涂锌铝复合长效防腐”项目，为国内首创，并完成“延安王家坪大桥电弧喷涂铝层长效防腐”等项目。研制的“DPT-30型高速电弧喷涂机”在国内处于领先水平，“稀土催渗离子SCN共渗工艺”获国家发明专利。
目前本研究方向已拥有西北地区最完整的“腐蚀试验”、“磨损试验”、“表面涂层制备”等检测试验设备和手段，建成的TJ4000超音速喷涂系统、SK16机器人操作系统、电化学腐蚀工作站、GP-80型高能等离子喷涂系统、快速真空熔炼设备和离子溅射表面改性设备等具有国内国际先进水平的实验设备和设施，使本研究方向的科研能力和水平得到极大提高。
4.高速公路机械化施工与养护技术
目前正在进行的研究内容有作业质量控制、设备选型与配套、设备故障诊断技术。其中，作业质量控制技术把机械、土木材料和结构与施工工艺综合起来进行研究，解决了沥青混凝土路面、水泥混凝土路面、碾压混凝土路面、稳定土基层的作业机理、平整度、密实度、均匀度等若干关键技术问题，研究水平位于国内前列。本研究方向围绕提高工程机械作业质量和作业效率，借助信息技术、系统工程技术、土木材料技术、能源环保技术的成果，在工程机械的选型配套、机群作业、设备资源优化配置、设备技术状态测试和评估、设备作业参数优化、作业质量控制、设备故障诊断与排除、设备维修与保养、设备施工组织与管理、机械化施工系统分析等领域进行的研究有着重要的理论意义和良好的发展前景。
本研究方向承担的交通部重大科研项目“水泥混凝土水平滑模施工质量控制理论与技术研究”和“沥青混凝土路面施工技术与质量控制的研究”，已取得重大成果，解决了一些目前高速公路施工中的关键技术问题，为提高我国高速公路的施工质量作出了重大贡献，在国内外独树一帜。
本科实验教学工作
1. 实验室承担的本科实验教学任务
实验室以本科实验教学、硕士研究生、博士生研究生实验为主，致力于培养具有综合素质、开拓创新精神，掌握机械设计与制造技术的基础知识、基本理论和基本实验技能的高级工程技术人才；使他们具有一定的综合运用知识、进行分析问题和解决问题、应用开发研究的基本能力。
实验室主要依托于机械工程一级学科，面向全校的机械类专业和机电类专业。机械类专业主要有“机械设计制造及其自动化”、“车辆工程”、“材料成型与控制” “机械电子工程”专业；近机类专业主要有、“汽车运用工程”、“工业设计”、“交通事故防治”、“工业工程”等专业。
2. 实验室的实验教学改革
实验室进一步深化教育改革，不断完善提高实验教学模式。依据国家“基础课实验教学示范中心建设标准”和“普通高等学校本科教学工作水平评估方案”，结合长安大学“十一五”发展规划，进行了一系列的实验教学改革工作。
（1）采用“分层次实验教学方法”为中心的教学模式，进一步完善机械类基础教学平台和实验教学体系；
（2）精选实验教学内容，突出实验内容的更新，加大实验教学课时，提高设计性、综合性和创新性实验教学课时比例；
（3）进一步加大实验室开发力度，提供参考自选实验项目，涵盖基础训练专业应用开发各层次。以满足学校不同人员的需要；对近机类学生，在选题上侧重兴趣性和本专业工程应用型项目。对机械专业学生，侧重于机械产品的设计、制造工艺、新材料和工艺的研究开发。
（4）计划在3～5年内正式出版高水平的实验教材2～3套，一般2年更新、修订一次实验内容；
（5）充分发挥现代教育技术手段，改革实验教学方法，进一步完善网上实验课程平台。
3. 实验室对本科生的开放工作
实验室面向全校所有机械类专业和近机类专业采用开放式实验教学，即允许学生自主选择实验时间和实验内容。学生在实验时间选择方面具有较大的灵活性，其单项实验时间可得到充分保证，而实验内容的可选性在一定程度上满足了学生的兴趣与专业差异，还为愿意进一步学习的学生提供条件。充分调动学生的积极性，教学效果明显。实验室采用网上实验预约，进入实验室登记的方式进行实验操作。教师协助解决实验中的具体问题。实验室开设三类实验项目：
（1）综合性和设计性实验项目，学生自行设计实验方案、实验方法、步骤、调试，实验的主要目的是培养学生应用机械基础基本知识和理论的能力。
（2）研究创新性实验项目，学生利用实验室的设备和创新实验台，自行设计和完成新的实验。实验的主要目的是培养学生的创新能力、工程实践能力以及科研、开发能力等。
（2）结合学生的专业方向开展有特色实验项目
通过上述方法，训练学生基本动手技能，创新能力，以达到培养高质量技术人才。目前实验室的部分开放性实验、自选参考实验项目：
（1）现代制造综合实验项目
（2）机电产品功能认识与设计实验
（3）砂性土壤振动密实机理实验
（4）柴油机燃料供给系主要部件的检验与调试
（5）常用传感器性能试验
（6）超音速喷涂耐磨合金涂层制备
（7）等离子硫碳氮共渗处理
（8）磁控溅射离子镀超硬薄膜
4.实验室的教学成果
（1）《基于创新设计能力培养的机械基础课程教学平台的建设》2005年获得陕西省教学成果二等奖 陕西省人民政府
（2）《行业性高等学校主体专业宽口径人才培养模式的研究与实践》2003年获得陕西省教学成果一等奖 陕西省人民政府
（3）《建立在国际互联网上的计算机辅助教学平台及教学系统》2001年获得长安大学教学成果二等奖
（4）《土木工程机械课程建设与教学改革》2003年获得长安大学教学成果二等奖
（5）《机械CAD课程教学内容和方法改革的研究与实践》2004年获得长安大学教学成果一等奖
（6）《工程机械构造》课机械改革与实践2004年获得长安大学教学成果二等奖
（7）《机械设计课程计算机多媒体教学的研究与实践》2001年获得长安大学教学成果二等奖
（8）《工程机械机电一体化专业方向课程体系建设》2001年获得长安大学教学成果一等奖
实验室硬件建设
重点实验室已有四十年的建设和发展历史。1985年被确定为世界银行第二个大学贷款项目重点支持的实验室，投资近百万美元，是长安大学利用世界银行贷款和“211工程”建设资金重点建设的实验室之一。我校“211工程” 一期投入专项建设资金1680万元，二期专项建设资金为500万元。实验室拥有一个占地420余亩的机械综合实验基地，在教学、科研方面均有深厚的基础。
重点实验室设备总价值2946万元，价值10万元以上的仪器设备40多台套，总值达1507万元。重点实验室拥有一批先进的仪器设备和试验设施，实验设备优良，性能先进。重点实验室建筑面积8480m，其中多媒体有3个，均配备多媒体投影仪、大屏幕实物投影仪、扩音设备及各种计算机，具备快速上网条件，另配有专用的计算机机房和文献资料室。主要仪器设备有：
立式加工中心从英国进口，约189万元；筒式数控卧式车床，约19万元超音速火焰喷涂系统从美国进口，约66万元；工业机器人从日本进口，约32万元；真空感应炉，约32万元；等离子喷涂设备，约22万元；电化学工作站，约32万元；多用途离子镀膜机，约35万元；卧式镗床，约20万元机械原理和机械设计展示柜，约7万元。工程机械液压底盘性能模拟试验台，450万元；工程机械多功能综合试验台，308万元；工程机械智能化电液控制试验系统，104万元；机械运动创新实验台， 3.12万元；凸轮结构动态测试实验台，3.0万元。近年自制设备有：齿轮传动试验台，高温冲蚀磨损试验机，导链吊车，轴承试验台，减速器等。
总体目标与对外开放
实验室预期达到的总目标与水平：把实验室建成国内领先的科研、开发与试验基地，高层次人才的培养基地和学术交流中心。实验室人才结构与素质、装备水平达到国内一流，整体研究与开发水平达到国内领先，某些方面接近或达到国际先进水平，实验室管理与运行机制与国际接轨，具有研究、开发和跟踪国际先进技术的能力，具有为我国公路建设机械解决重大科学技术和工程应用问题的能力。在人才培养方面，有能力持续、自主地培养与国际水平相当的博士生和硕士生，并不断充实学术队伍，使学科后继有人，保持不断发展的良好势头。在实验室建设方面，达到国家开放实验室水平，具有向社会开放、接纳合作研究、客座研究、委托研究的能力，能为本行业的发展提供有力的支持和服务，并成为公路交通行业培养博士和开展博士后研究的重要基地。争取通过3～5年的努力，使本实验室达到国家重点实验室和国家重点实验室的水平，成为在国内外享有声誉的重要实验研究基地。
多年来，重点实验室和徐州工程机械科技股份有限公司、广西柳工机械股份有限公司、三一集团有限公司、广东美的日电集团威特公司等四家国内知名的筑养路机械开发、制造和出口企业有着长期稳定的的合作关系，针对企业、工程单位存在的技术问题联合攻关，取得了可喜成果，成功地将稳定土拌和机、沥青混凝土摊铺机、全液压推土机、沥青混凝土路面养护车等产品推向了市场，取得了显著的经济效益，也积累了校企合作的成功经验，有了坚实的合作基础。
重点实验室在相应技术领域中有坚实的工程技术开发与成果转化工作基础和业绩，成功地完成了多项合作。如重点实验室在完成“八五”攻关项目“拌合机转子动力学研究”基础上开发的稳定土拌合机产品在徐工集团产业化后，已实现产值13亿元，利润3亿元，并将国外同类产品拒之于国门外。重点实验室已制定方案并进了实施，和南方路面机械有限公司成立“搅拌技术研究中心”、与无锡雪桃集团成立“路面机械研究中心”、与山东方圆集团成立“筑养路机械研究中心”、与陕西中大机械集团成立“筑养路机械维护中心”，进行了多项技术新成果的产业化工作。