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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(shí)間:2023-06-07 14:58:00來(lái)源: 人民網(wǎng)-人民日?qǐng)?bào)

 

  今年3月,習(xí)近平總書記在參加十四屆全國(guó)人大一次會(huì)議江蘇代表團(tuán)審議時(shí)強(qiáng)調(diào),“要堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上,深入推進(jìn)新型工業(yè)化,強(qiáng)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(jī)、大型盾構(gòu)機(jī)、“深海一號(hào)”生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)……近年來(lái),我國(guó)裝備制造業(yè)捷報(bào)頻傳、成果豐碩。這些“國(guó)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(bào)道,展示“國(guó)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(tuán)重型機(jī)械有限公司時(shí),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(jī)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(qiáng)研發(fā)、加快發(fā)展,努力占領(lǐng)世界制高點(diǎn)、掌控技術(shù)話語(yǔ)權(quán),使我國(guó)成為現(xiàn)代裝備制造業(yè)大國(guó)。

  2023年3月,習(xí)近平總書記參加江蘇代表團(tuán)審議時(shí)的一個(gè)場(chǎng)景,讓人印象深刻:

  來(lái)自徐工集團(tuán)的單增海代表給總書記帶來(lái)一個(gè)好消息:“2017年您考察徐工時(shí)乘坐的220噸全地面起重機(jī),關(guān)鍵指標(biāo)已達(dá)到全球第一,國(guó)產(chǎn)化率由原來(lái)的71%提升到100%?!?/p>

  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(tuán)將全地面起重機(jī)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(jī)憑什么領(lǐng)先全球?研發(fā)過(guò)程中突破了哪些技術(shù)難點(diǎn)?記者進(jìn)行了采訪。

  勇闖“無(wú)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(zhǎng)風(fēng)獵獵。萬(wàn)里晴空下,臂展長(zhǎng)173.5米的“超級(jí)大力士”——徐工2600噸全地面起重機(jī)(以下簡(jiǎn)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(dòng)!”7點(diǎn)整,現(xiàn)場(chǎng)總指揮一聲令下,起重機(jī)開(kāi)始運(yùn)行,隨即將總重達(dá)128噸、葉片長(zhǎng)97米的風(fēng)機(jī)葉輪緩緩吊起。葉輪升至110米高后,起重機(jī)帶著它整體旋轉(zhuǎn),56顆螺栓精準(zhǔn)插入機(jī)艙輪轂預(yù)留的小孔。

  百米高空,上演精準(zhǔn)對(duì)接,力拔山河的XCA2600亮出“繡花”功夫。這樣一個(gè)全能“大力士”,代表中國(guó)起重機(jī)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?!痹O(shè)備總設(shè)計(jì)師李長(zhǎng)青感慨。

  近年來(lái),我國(guó)風(fēng)電行業(yè)蓬勃發(fā)展,風(fēng)機(jī)功率持續(xù)升級(jí),葉輪直徑、風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)場(chǎng)的起重機(jī)。

  市場(chǎng)有需求,企業(yè)有反饋。研發(fā)一款起重能力更強(qiáng)的新產(chǎn)品被提上日程?!霸袊?guó)外企業(yè)認(rèn)為,2000多噸全地面起重機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的?!崩铋L(zhǎng)青說(shuō),此前,徐工已將全地面起重機(jī)的起重能力極限推到了2000噸,“我們決定再闖一回。”

  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(jí)幅度不大。但在極限噸位情況下,每增加一點(diǎn)吊裝高度,都對(duì)產(chǎn)品綜合技術(shù)實(shí)力提出了巨大挑戰(zhàn)。

  第一個(gè)難關(guān),臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。臂架是起重機(jī)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(qiáng)的承重能力?答案是從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手。李長(zhǎng)青團(tuán)隊(duì)將XCA2600的臂架設(shè)計(jì)成一個(gè)擁有復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)的“超級(jí)魚竿”。

  “超級(jí)魚竿”,顧名思義,起重機(jī)臂架可一節(jié)節(jié)伸縮,最上端的節(jié)段最細(xì)?!斑@種結(jié)構(gòu)有個(gè)弱點(diǎn),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(zhǎng)青說(shuō),這個(gè)問(wèn)題解決不了,就無(wú)法造出更大噸位的產(chǎn)品。

  為此,研發(fā)團(tuán)隊(duì)專門設(shè)計(jì)了一個(gè)拉撐結(jié)構(gòu)——通過(guò)上面拉、下面撐,提高臂架的強(qiáng)度??此坪?jiǎn)單的“一拉一撐”,背后卻是上萬(wàn)次試驗(yàn)。僅設(shè)計(jì)方案,前后就變更了幾十次,每變更一次就要重新進(jìn)行一次仿真實(shí)驗(yàn)。僅攻克這一項(xiàng)難題,團(tuán)隊(duì)就花費(fèi)了4個(gè)月。

  不僅如此,徐工重型的全地面起重機(jī)研究所還專門為XCA2600研發(fā)了“超起一鍵定長(zhǎng)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(shí)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(gè)難關(guān),底盤設(shè)計(jì)。相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下,起重機(jī)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(jī)動(dòng)性、靈活性,XCA2600用上了徐工自主研制的獨(dú)立懸架系統(tǒng),并且采用了斷開(kāi)車橋,能夠?qū)崿F(xiàn)載重300噸轉(zhuǎn)場(chǎng)。

  車橋,又稱車軸,通過(guò)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(jī),配備的是整體車橋?!罢w車橋自重更重,過(guò)坑能力、抗顛簸能力也不強(qiáng)?!焙《f(shuō),采用斷開(kāi)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(kāi)車橋只能依靠進(jìn)口,一根售價(jià)高達(dá)15萬(wàn)元。2013年起,徐工下定決心研發(fā)斷開(kāi)車橋。經(jīng)過(guò)近10年持續(xù)努力,徐工研制出斷開(kāi)車橋,不僅成本更低,且比進(jìn)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(jī)上。

  升級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈

  “XCA2600的成功是從發(fā)動(dòng)機(jī)到液壓油缸,從硬件到軟件全面升級(jí)的成果”

  性能全球領(lǐng)先的XCA2600,代表了中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的集體躍升。它全身上下1萬(wàn)多種、超10萬(wàn)個(gè)零部件,國(guó)產(chǎn)化率接近90%。

  液壓系統(tǒng),被視作起重機(jī)的“心臟”,決定著“超級(jí)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(jī)械能,是液壓系統(tǒng)的重要部件。而超大噸位起重機(jī)的液壓油缸,缸壁必須做到又薄又硬,既實(shí)現(xiàn)輕量化,又具備高強(qiáng)度,對(duì)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(zhǎng)超過(guò)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(shuō),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(kāi)發(fā)400噸以上超大噸位起重機(jī)時(shí),找遍國(guó)內(nèi)原材料牌號(hào),沒(méi)有一種能夠滿足大噸位起重機(jī)液壓油缸的性能要求。唯一找到的國(guó)外材料,又面臨交貨周期長(zhǎng)、后期加工難度大等問(wèn)題。

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

  解決了原材料問(wèn)題,還要克服加工工藝難關(guān)。鋼管公司提供的無(wú)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(wú)縫管坯料拉長(zhǎng)、變薄、變致密,使鋼管滿足設(shè)備需求。

  當(dāng)時(shí),國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工藝技術(shù)缺乏,甚至都沒(méi)有缸筒“冷拔”概念。張青山說(shuō):“同樣強(qiáng)度的產(chǎn)品,我們采用傳統(tǒng)機(jī)加工出來(lái)的缸體又重又笨,而國(guó)外先進(jìn)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(gè)硬骨頭。這一步一踏出,又是一次漫長(zhǎng)的攻堅(jiān)。

  整整花了8年時(shí)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(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)出首臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的冷拔機(jī)?!安煌?guī)格的產(chǎn)品,需要匹配不同的冷拔速度。光研究這個(gè)技術(shù)參數(shù),我們就花了兩年,用廢了近百噸鋼管?!睆埱嗌秸f(shuō)。

  2018年,亞洲自動(dòng)化程度最高、行程最長(zhǎng)的冷拔機(jī)在徐工液壓建成投產(chǎn)。設(shè)備最大冷拔長(zhǎng)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(shí)拉著鋼管前行。通過(guò)內(nèi)外環(huán)模具的同時(shí)擠壓,冷拔機(jī)可以像“拉面條”一樣拉鋼管,使其強(qiáng)度提升30%。

  為了研制出滿足大噸位起重機(jī)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(zhǎng)的國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)移動(dòng)退火爐,全國(guó)首創(chuàng)開(kāi)發(fā)的大噸位兩輥校直機(jī),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(kāi)發(fā)、機(jī)加工、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等國(guó)際專利?!睆埱嗌秸f(shuō),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(wèn)世。

  發(fā)動(dòng)機(jī),來(lái)自濰柴;高強(qiáng)度板材、管材,來(lái)自寶鋼;液壓系統(tǒng),來(lái)自徐工……在XCA2600身上,可以清晰看到我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)水平的提升?!翱梢哉f(shuō),XCA2600的成功是從發(fā)動(dòng)機(jī)到液壓油缸,從硬件到軟件全面升級(jí)的成果?!崩铋L(zhǎng)青說(shuō)。

  值得一提的是,XCA2600還擁有國(guó)產(chǎn)化的“大腦”。徐工自研的起重機(jī)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(yàn)場(chǎng),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(jī)即使在百米高空,也能擁有極致的微動(dòng)性,以2毫米/秒的速度精準(zhǔn)移動(dòng)。

  突破新工藝

  “再?gòu)?fù)雜的‘大國(guó)重器’,也要從造好一顆‘螺絲釘’開(kāi)始”

  能想象嗎?XCA2600這樣的“大家伙”,曾一度因?yàn)橐桓⌒〉穆菁y軸而中斷研發(fā)。

  2015年,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙生產(chǎn)的第一批產(chǎn)品,在極限試驗(yàn)中屢次發(fā)生斷裂。經(jīng)過(guò)數(shù)十次失敗,用上所有方法分析斷裂截面,研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),問(wèn)題出在承重部件的一根螺紋軸上。

  關(guān)鍵時(shí)刻,公司“000001”號(hào)特級(jí)技師孟維挺身而出,“螺紋軸之所以容易斷裂,是因?yàn)檩S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(jìn)。”

  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(méi)有適配的刀具來(lái)加工。

  此前,孟維團(tuán)隊(duì)用18把非標(biāo)刀具拼接成新刀具來(lái)加工螺紋軸,可惜沒(méi)有成功。怎么辦?孟維團(tuán)隊(duì)反復(fù)試驗(yàn),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(shuō),后來(lái)經(jīng)過(guò)持續(xù)優(yōu)化,成功率一點(diǎn)點(diǎn)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(guò)程,凝結(jié)了眾多工匠的技藝。

  走進(jìn)徐州重型機(jī)械有限公司的焊接車間,由我國(guó)自主研發(fā)的全球首臺(tái)激光復(fù)合焊接專機(jī)正在緊張作業(yè)。它的獨(dú)特之處在于,當(dāng)設(shè)備在鋼板外部焊接時(shí),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(jī)的助力,在XCA2600的生產(chǎn)過(guò)程中,面對(duì)復(fù)雜的超級(jí)起重機(jī)結(jié)構(gòu)件,依舊有超過(guò)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?!?/p>

  焊接工作十分辛苦。為了保證焊縫平滑、不開(kāi)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(gè)小時(shí),還要保證手一點(diǎn)都不抖,焊接工人每次下工都會(huì)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(shí),每焊接一層,都要進(jìn)行層間打磨清理,才能焊接下一層?!睆垜鸭t說(shuō)。

  “焊接是個(gè)技術(shù)活,也是個(gè)良心活,容不得半點(diǎn)馬虎,必須把每一層、每一道焊縫按照精品的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)焊接。”張懷紅說(shuō),一個(gè)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(huì)卡在一條螺紋上;每條焊縫的設(shè)計(jì),都需要設(shè)計(jì)師與工匠多次溝通、修改。李長(zhǎng)青感慨:“再?gòu)?fù)雜的‘大國(guó)重器’,也要從造好一顆‘螺絲釘’開(kāi)始。”

  對(duì)XCA2600的探訪接近尾聲,好消息仍在不斷傳來(lái):

  在內(nèi)蒙古烏拉特后旗吊裝現(xiàn)場(chǎng),3天一臺(tái)風(fēng)機(jī)的高效安裝讓XCA2600贏得了客戶點(diǎn)贊:“吊裝完成得相當(dāng)漂亮,將超大型陸上風(fēng)機(jī)安裝效率提高了30%。”

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

  平均每?jī)赡?,就有一款刷新全球吊載能力的起重機(jī)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(gè)場(chǎng)景;300噸以下產(chǎn)品全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,所有產(chǎn)品零部件國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到91%……作為全球最大起重機(jī)制造商,徐工仍在奮力前行,不斷創(chuàng)造新佳績(jī)。

  《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2023年06月07日 18 版)

(責(zé)編:李文治)

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