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吊裝重器 領(lǐng)先全球(深度觀察·重大技術(shù)裝備這樣攻關(guān)①)

發(fā)布時間:2023-06-07 14:58:00來源: 人民網(wǎng)-人民日報

 

  今年3月,習(xí)近平總書記在參加十四屆全國人大一次會議江蘇代表團審議時強調(diào),“要堅持把發(fā)展經(jīng)濟的著力點放在實體經(jīng)濟上,深入推進新型工業(yè)化,強化產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造和重大技術(shù)裝備攻關(guān)”。

  全地面起重機、大型盾構(gòu)機、“深海一號”生產(chǎn)儲油平臺……近年來,我國裝備制造業(yè)捷報頻傳、成果豐碩。這些“國之重器”是如何誕生的?達(dá)到了怎樣的水平?研發(fā)生產(chǎn)人員付出了哪些努力?下一步怎么走?今天起,本版推出“重大技術(shù)裝備這樣攻關(guān)”系列報道,展示“國之重器”的風(fēng)采,講述關(guān)于研發(fā)生產(chǎn)的奮斗故事。

  ——編 者

  

  2017年12月,習(xí)近平總書記考察徐工集團重型機械有限公司時,饒有興致地登上公司完全自主研發(fā)的XCA220型全地面輪式起重機駕駛室。

  總書記指出,裝備制造業(yè)是制造業(yè)的脊梁,要加大投入、加強研發(fā)、加快發(fā)展,努力占領(lǐng)世界制高點、掌控技術(shù)話語權(quán),使我國成為現(xiàn)代裝備制造業(yè)大國。

  2023年3月,習(xí)近平總書記參加江蘇代表團審議時的一個場景,讓人印象深刻:

  來自徐工集團的單增海代表給總書記帶來一個好消息:“2017年您考察徐工時乘坐的220噸全地面起重機,關(guān)鍵指標(biāo)已達(dá)到全球第一,國產(chǎn)化率由原來的71%提升到100%。”

  習(xí)近平總書記予以肯定,指出“我們還要再提升,向中高端走,我們高質(zhì)量發(fā)展要體現(xiàn)在這里”。

  從2017年到2023年,徐工集團將全地面起重機的最大起重能力從1200噸提高到全球最大的2600噸,吊裝高度從100米提高到160米,主要性能指標(biāo)排名全球第一。

  徐工起重機憑什么領(lǐng)先全球?研發(fā)過程中突破了哪些技術(shù)難點?記者進行了采訪。

  勇闖“無人區(qū)”

  “從提出想法,到變?yōu)閳D紙,每一步都是全球的第一步,所有的技術(shù)都是第一次摸索”

  清晨,內(nèi)蒙古烏拉特后旗,茫茫戈壁,長風(fēng)獵獵。萬里晴空下,臂展長173.5米的“超級大力士”——徐工2600噸全地面起重機(以下簡稱“XCA2600”)格外亮眼。

  高度到位、角度到位、配重到位、風(fēng)速8米/秒……“啟動!”7點整,現(xiàn)場總指揮一聲令下,起重機開始運行,隨即將總重達(dá)128噸、葉片長97米的風(fēng)機葉輪緩緩吊起。葉輪升至110米高后,起重機帶著它整體旋轉(zhuǎn),56顆螺栓精準(zhǔn)插入機艙輪轂預(yù)留的小孔。

  百米高空,上演精準(zhǔn)對接,力拔山河的XCA2600亮出“繡花”功夫。這樣一個全能“大力士”,代表中國起重機再次刷新世界紀(jì)錄,被人們稱為“全球第一吊”。

  “從提出想法,到變?yōu)閳D紙,每一步都是全球的第一步,所有的技術(shù)都是第一次摸索。”設(shè)備總設(shè)計師李長青感慨。

  近年來,我國風(fēng)電行業(yè)蓬勃發(fā)展,風(fēng)機功率持續(xù)升級,葉輪直徑、風(fēng)機重量隨之上升。不少吊裝公司向徐工提出,希望能夠生產(chǎn)一款吊裝更穩(wěn)、高度更高、吊裝重量更大又兼具靈活性、能實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)場的起重機。

  市場有需求,企業(yè)有反饋。研發(fā)一款起重能力更強的新產(chǎn)品被提上日程?!霸袊馄髽I(yè)認(rèn)為,2000多噸全地面起重機是不可能實現(xiàn)的。”李長青說,此前,徐工已將全地面起重機的起重能力極限推到了2000噸,“我們決定再闖一回?!?/p>

  最大起重噸位從2000噸增至2600噸,最大起吊能力從140米吊165噸升至160米吊173噸,表面看,XCA2600升級幅度不大。但在極限噸位情況下,每增加一點吊裝高度,都對產(chǎn)品綜合技術(shù)實力提出了巨大挑戰(zhàn)。

  第一個難關(guān),臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計。臂架是起重機最重要的受力結(jié)構(gòu),決定著最終的起吊能力。在臂架所用原材料不變的情況下,怎樣才能讓臂架有更強的承重能力?答案是從結(jié)構(gòu)設(shè)計入手。李長青團隊將XCA2600的臂架設(shè)計成一個擁有復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)的“超級魚竿”。

  “超級魚竿”,顧名思義,起重機臂架可一節(jié)節(jié)伸縮,最上端的節(jié)段最細(xì)。“這種結(jié)構(gòu)有個弱點,最后一節(jié)臂的截面非常小,與風(fēng)電臂的連接處十分薄弱?!崩铋L青說,這個問題解決不了,就無法造出更大噸位的產(chǎn)品。

  為此,研發(fā)團隊專門設(shè)計了一個拉撐結(jié)構(gòu)——通過上面拉、下面撐,提高臂架的強度??此坪唵蔚摹耙焕粨巍保澈髤s是上萬次試驗。僅設(shè)計方案,前后就變更了幾十次,每變更一次就要重新進行一次仿真實驗。僅攻克這一項難題,團隊就花費了4個月。

  不僅如此,徐工重型的全地面起重機研究所還專門為XCA2600研發(fā)了“超起一鍵定長張緊”功能。XCA2600搭載的系統(tǒng),可根據(jù)環(huán)境和工況變化,精確調(diào)整兩側(cè)鋼絲繩的拉力,隨時調(diào)整臂架的側(cè)向變形,使大臂始終處在筆直狀態(tài),擁有最好的起吊能力。

  第二個難關(guān),底盤設(shè)計。相同結(jié)構(gòu)設(shè)計下,起重機自重越輕,則起重量越大。減自重這一“重任”,落在了底盤身上。

  行業(yè)內(nèi)有一句話,底盤每減重1千克,相當(dāng)于上部結(jié)構(gòu)減重5千克。徐工零部件技術(shù)專家胡小冬介紹,為了兼顧起重性能和產(chǎn)品的機動性、靈活性,XCA2600用上了徐工自主研制的獨立懸架系統(tǒng),并且采用了斷開車橋,能夠?qū)崿F(xiàn)載重300噸轉(zhuǎn)場。

  車橋,又稱車軸,通過懸架與車架相連,兩端安裝車輪,以維持車輛正常行駛。以往的起重機,配備的是整體車橋。“整體車橋自重更重,過坑能力、抗顛簸能力也不強?!焙《f,采用斷開車橋,即使XCA2600的左、右側(cè)車輪高度相差30厘米,依舊可以保持車身平衡。

  此前,斷開車橋只能依靠進口,一根售價高達(dá)15萬元。2013年起,徐工下定決心研發(fā)斷開車橋。經(jīng)過近10年持續(xù)努力,徐工研制出斷開車橋,不僅成本更低,且比進口車橋輕8%;不僅完成減重重任,還保障了良好的爬坡能力,目前已逐步應(yīng)用到超大噸位起重機上。

  升級產(chǎn)業(yè)鏈

  “XCA2600的成功是從發(fā)動機到液壓油缸,從硬件到軟件全面升級的成果”

  性能全球領(lǐng)先的XCA2600,代表了中國工程機械行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的集體躍升。它全身上下1萬多種、超10萬個零部件,國產(chǎn)化率接近90%。

  液壓系統(tǒng),被視作起重機的“心臟”,決定著“超級大力士”力量有多大。液壓油缸,負(fù)責(zé)把液壓能轉(zhuǎn)換成機械能,是液壓系統(tǒng)的重要部件。而超大噸位起重機的液壓油缸,缸壁必須做到又薄又硬,既實現(xiàn)輕量化,又具備高強度,對基礎(chǔ)原材料、加工工藝等提出了很高要求。

  “此次為XCA2600配套的圓柱形液壓油缸,總長超過10米、圓筒外徑0.54米、內(nèi)徑0.5米,尺寸精度達(dá)到0.01毫米?!毙旃ひ簤杭夹g(shù)專家張青山說,為此,徐工液壓準(zhǔn)備了近20年。

  以原材料為例,2010年,當(dāng)徐工決定開發(fā)400噸以上超大噸位起重機時,找遍國內(nèi)原材料牌號,沒有一種能夠滿足大噸位起重機液壓油缸的性能要求。唯一找到的國外材料,又面臨交貨周期長、后期加工難度大等問題。

  面對困境,徐工決定聯(lián)合國內(nèi)鋼管企業(yè)自主研發(fā)?!澳莻€階段,國內(nèi)鋼材產(chǎn)品供不應(yīng)求,很少有廠商愿意開展小眾、新型特種材料的研發(fā)?!睆埱嗌秸f,徐工足足花了兩年時間才找到合作伙伴,2014年,合作開發(fā)出徐工專用的XG系列新材料,材料強度提升一倍以上。

  解決了原材料問題,還要克服加工工藝難關(guān)。鋼管公司提供的無縫管坯料壁厚偏差達(dá)正負(fù)8%,徐工得找到適合的加工手段,將無縫管坯料拉長、變薄、變致密,使鋼管滿足設(shè)備需求。

  當(dāng)時,國內(nèi)基礎(chǔ)工藝技術(shù)缺乏,甚至都沒有缸筒“冷拔”概念。張青山說:“同樣強度的產(chǎn)品,我們采用傳統(tǒng)機加工出來的缸體又重又笨,而國外先進產(chǎn)品壁厚只有一半?!?/p>

  困難面前,徐工再次下定決心,一定要啃下“冷拔法”這個硬骨頭。這一步一踏出,又是一次漫長的攻堅。

  整整花了8年時間,徐工液壓終于成功掌握冷拔技術(shù)的系列參數(shù),并聯(lián)合國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)出首臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的冷拔機。“不同規(guī)格的產(chǎn)品,需要匹配不同的冷拔速度。光研究這個技術(shù)參數(shù),我們就花了兩年,用廢了近百噸鋼管。”張青山說。

  2018年,亞洲自動化程度最高、行程最長的冷拔機在徐工液壓建成投產(chǎn)。設(shè)備最大冷拔長度可達(dá)18米,拉拔力可達(dá)600噸,相當(dāng)于22輛50噸的重卡同時拉著鋼管前行。通過內(nèi)外環(huán)模具的同時擠壓,冷拔機可以像“拉面條”一樣拉鋼管,使其強度提升30%。

  為了研制出滿足大噸位起重機要求的液壓油缸,徐工液壓還聯(lián)合上下游企業(yè)研發(fā)了20米長的國內(nèi)最長移動退火爐,全國首創(chuàng)開發(fā)的大噸位兩輥校直機,近100種粗鏜、浮鏜、珩磨加工磨具……“圍繞液壓油缸生產(chǎn),我們已擁有材料開發(fā)、機加工、試驗設(shè)計等國際專利。”張青山說,這種積累讓徐工液壓生產(chǎn)出高性能的液壓油缸,助力XCA2600順利問世。

  發(fā)動機,來自濰柴;高強度板材、管材,來自寶鋼;液壓系統(tǒng),來自徐工……在XCA2600身上,可以清晰看到我國工業(yè)基礎(chǔ)水平的提升。“可以說,XCA2600的成功是從發(fā)動機到液壓油缸,從硬件到軟件全面升級的成果?!崩铋L青說。

  值得一提的是,XCA2600還擁有國產(chǎn)化的“大腦”。徐工自研的起重機智能控制系統(tǒng),是XCA2600具備“繡花”功夫的關(guān)鍵所在。

  XCA2600干活有多精細(xì)?在徐工試驗場,它曾用軟繩成功吊起紅酒瓶,并將紅酒一滴不漏地倒入玻璃杯中。徐工控制系統(tǒng)技術(shù)專家柴君飛介紹,這背后源于算法的精準(zhǔn)控制,讓起重機即使在百米高空,也能擁有極致的微動性,以2毫米/秒的速度精準(zhǔn)移動。

  突破新工藝

  “再復(fù)雜的‘大國重器’,也要從造好一顆‘螺絲釘’開始”

  能想象嗎?XCA2600這樣的“大家伙”,曾一度因為一根小小的螺紋軸而中斷研發(fā)。

  2015年,根據(jù)設(shè)計圖紙生產(chǎn)的第一批產(chǎn)品,在極限試驗中屢次發(fā)生斷裂。經(jīng)過數(shù)十次失敗,用上所有方法分析斷裂截面,研發(fā)團隊發(fā)現(xiàn),問題出在承重部件的一根螺紋軸上。

  關(guān)鍵時刻,公司“000001”號特級技師孟維挺身而出,“螺紋軸之所以容易斷裂,是因為軸上的異形螺紋加工精度不夠,所以連接處不夠順滑、受力不均,加工工藝需要改進?!?/p>

  刀具,打磨精密零部件的工具。孟維提出,想提升異形螺紋的加工精度,還得從刀具入手。然而,螺紋軸零件自重就達(dá)139千克,市面上并沒有適配的刀具來加工。

  此前,孟維團隊用18把非標(biāo)刀具拼接成新刀具來加工螺紋軸,可惜沒有成功。怎么辦?孟維團隊反復(fù)試驗,先后推翻了20多種方案,最終研制出了一套精確到微米的專用刀具。

  “第一批,我們只成型了20根螺紋軸,成功率還比較低?!泵暇S說,后來經(jīng)過持續(xù)優(yōu)化,成功率一點點提升,逐步適應(yīng)了批量化生產(chǎn)要求。

  記者在采訪中得知,XCA2600的生產(chǎn)過程,凝結(jié)了眾多工匠的技藝。

  走進徐州重型機械有限公司的焊接車間,由我國自主研發(fā)的全球首臺激光復(fù)合焊接專機正在緊張作業(yè)。它的獨特之處在于,當(dāng)設(shè)備在鋼板外部焊接時,鋼板內(nèi)部也在火光四濺,一次作業(yè)兩面焊接。這克服了普通電弧焊只能焊接鋼板外部、內(nèi)部需要人工焊接的短板,極大提升了焊接效率。

  然而,即使有了激光復(fù)合焊接專機的助力,在XCA2600的生產(chǎn)過程中,面對復(fù)雜的超級起重機結(jié)構(gòu)件,依舊有超過50%的焊縫需要人工焊接。電焊工張懷紅告訴記者,留給人工焊接的往往是一些異形、隱蔽的焊縫,“以XCA2600最大截面的起重臂為例,需要9名高技能焊接工人協(xié)同作業(yè)15天,才能完成焊接。”

  焊接工作十分辛苦。為了保證焊縫平滑、不開裂,每次焊接前,都要將鋼材預(yù)熱至100攝氏度。身穿10多斤重的隔熱焊服,趴在100攝氏度的鋼板上,一干就是4個小時,還要保證手一點都不抖,焊接工人每次下工都會渾身濕透。

  XCA2600起重臂的焊接,是工匠精神的極致體現(xiàn)。張懷紅介紹,2600噸的起重臂焊接量較大,80%的位置都需要多層多道焊接?!岸鄬佣嗟篮附訒r,每焊接一層,都要進行層間打磨清理,才能焊接下一層?!睆垜鸭t說。

  “焊接是個技術(shù)活,也是個良心活,容不得半點馬虎,必須把每一層、每一道焊縫按照精品的標(biāo)準(zhǔn)來焊接?!睆垜鸭t說,一個小小的焊接裂紋,都有可能造成嚴(yán)重的事故。正是所有焊接工匠的努力,才造就XCA2600的優(yōu)異性能。

  龐然大物的研發(fā)制造,會卡在一條螺紋上;每條焊縫的設(shè)計,都需要設(shè)計師與工匠多次溝通、修改。李長青感慨:“再復(fù)雜的‘大國重器’,也要從造好一顆‘螺絲釘’開始。”

  對XCA2600的探訪接近尾聲,好消息仍在不斷傳來:

  在內(nèi)蒙古烏拉特后旗吊裝現(xiàn)場,3天一臺風(fēng)機的高效安裝讓XCA2600贏得了客戶點贊:“吊裝完成得相當(dāng)漂亮,將超大型陸上風(fēng)機安裝效率提高了30%?!?/p>

  在徐工超大設(shè)備調(diào)試場,兩臺全新的XCA2600已整裝待發(fā)。自去年底上市以來,XCA2600已銷售10余臺,訂單仍在不斷增加。

  平均每兩年,就有一款刷新全球吊載能力的起重機產(chǎn)品下線;產(chǎn)品系列橫跨8噸至2600噸,施工領(lǐng)域覆蓋市政、化工、風(fēng)電等多個場景;300噸以下產(chǎn)品全部實現(xiàn)國產(chǎn)化,所有產(chǎn)品零部件國產(chǎn)化率達(dá)到91%……作為全球最大起重機制造商,徐工仍在奮力前行,不斷創(chuàng)造新佳績。

  《 人民日報 》( 2023年06月07日 18 版)

(責(zé)編:李文治)

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