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圖①：在新疆烏魯木齊，徐工2600噸起重機結束吊裝作業(yè)后進行轉場。 |
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工作人員調試起重機風電臂。 |
今年3月，習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，“要堅持把發(fā)展經濟的著力點放在實體經濟上，深入推進新型工業(yè)化，強化產業(yè)基礎再造和重大技術裝備攻關”。
全地面起重機、大型盾構機、“深海一號”生產儲油平臺……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？達到了怎樣的水平？研發(fā)生產人員付出了哪些努力？下一步怎么走？今天起，本版推出“重大技術裝備這樣攻關”系列報道，展示“國之重器”的風采，講述關于研發(fā)生產的奮斗故事。
——編 者
2017年12月，習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，努力占領世界制高點、掌控技術話語權，使我國成為現(xiàn)代裝備制造業(yè)大國。
2023年3月，習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，關鍵指標已達到全球第一，國產化率由原來的71%提升到100%?！?/span>
習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，主要性能指標排名全球第一。
徐工起重機憑什么領先全球？研發(fā)過程中突破了哪些技術難點？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，所有的技術都是第一次摸索”
清晨，內蒙古烏拉特后旗，茫茫戈壁，長風獵獵。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128噸、葉片長97米的風機葉輪緩緩吊起。葉輪升至110米高后，起重機帶著它整體旋轉，56顆螺栓精準插入機艙輪轂預留的小孔。
百米高空，上演精準對接，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，所有的技術都是第一次摸索?！痹O備總設計師李長青感慨。
近年來，我國風電行業(yè)蓬勃發(fā)展，風機功率持續(xù)升級，葉輪直徑、風機重量隨之上升。不少吊裝公司向徐工提出，希望能夠生產一款吊裝更穩(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品被提上日程?！霸袊馄髽I(yè)認為，2000多噸全地面起重機是不可能實現(xiàn)的?！崩铋L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?！?/span>
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，都對產品綜合技術實力提出了巨大挑戰(zhàn)。
第一個難關，臂架結構設計。臂架是起重機最重要的受力結構，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？答案是從結構設計入手。李長青團隊將XCA2600的臂架設計成一個擁有復雜立體結構的“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?！斑@種結構有個弱點，最后一節(jié)臂的截面非常小，與風電臂的連接處十分薄弱。”李長青說，這個問題解決不了，就無法造出更大噸位的產品。
為此，研發(fā)團隊專門設計了一個拉撐結構——通過上面拉、下面撐，提高臂架的強度。看似簡單的“一拉一撐”，背后卻是上萬次試驗。僅設計方案，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，精確調整兩側鋼絲繩的拉力，隨時調整臂架的側向變形，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，底盤設計。相同結構設計下，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)內有一句話，底盤每減重1千克，相當于上部結構減重5千克。徐工零部件技術專家胡小冬介紹，為了兼顧起重性能和產品的機動性、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，能夠實現(xiàn)載重300噸轉場。
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?！罢w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15萬元。2013年起，徐工下定決心研發(fā)斷開車橋。經過近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，目前已逐步應用到超大噸位起重機上。
升級產業(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”
性能全球領先的XCA2600，代表了中國工程機械行業(yè)全產業(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，負責把液壓能轉換成機械能，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、內徑0.5米，尺寸精度達到0.01毫米。”徐工液壓技術專家張青山說，為此，徐工液壓準備了近20年。
以原材料為例，2010年，當徐工決定開發(fā)400噸以上超大噸位起重機時，找遍國內原材料牌號，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)合國內鋼管企業(yè)自主研發(fā)?！澳莻€階段，國內鋼材產品供不應求，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。鋼管公司提供的無縫管坯料壁厚偏差達正負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，使鋼管滿足設備需求。
當時，國內基礎工藝技術缺乏，甚至都沒有缸筒“冷拔”概念。張青山說：“同樣強度的產品，我們采用傳統(tǒng)機加工出來的缸體又重又笨，而國外先進產品壁厚只有一半?！?/span>
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的系列參數(shù)，并聯(lián)合國內企業(yè)生產出首臺擁有自主知識產權的冷拔機?！安煌?guī)格的產品，需要匹配不同的冷拔速度。光研究這個技術參數(shù)，我們就花了兩年，用廢了近百噸鋼管?！睆埱嗌秸f。
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。設備最大冷拔長度可達18米，拉拔力可達600噸，相當于22輛50噸的重卡同時拉著鋼管前行。通過內外環(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，我們已擁有材料開發(fā)、機加工、試驗設計等國際專利?！睆埱嗌秸f，這種積累讓徐工液壓生產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)基礎水平的提升?！翱梢哉f，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”功夫的關鍵所在。
XCA2600干活有多精細？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)技術專家柴君飛介紹，這背后源于算法的精準控制，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/秒的速度精準移動。
突破新工藝
“再復雜的‘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)設計圖紙生產的第一批產品，在極限試驗中屢次發(fā)生斷裂。經過數(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?！?/span>
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，后來經過持續(xù)優(yōu)化，成功率一點點提升，逐步適應了批量化生產要求。
記者在采訪中得知，XCA2600的生產過程，凝結了眾多工匠的技藝。
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)的全球首臺激光復合焊接專機正在緊張作業(yè)。它的獨特之處在于，當設備在鋼板外部焊接時，鋼板內部也在火光四濺，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，即使有了激光復合焊接專機的助力，在XCA2600的生產過程中，面對復雜的超級起重機結構件，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準來焊接。”張懷紅說，一個小小的焊接裂紋，都有可能造成嚴重的事故。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；每條焊縫的設計，都需要設計師與工匠多次溝通、修改。李長青感慨：“再復雜的‘大國重器’，也要從造好一顆‘螺絲釘’開始?！?/span>
對XCA2600的探訪接近尾聲，好消息仍在不斷傳來：
在內蒙古烏拉特后旗吊裝現(xiàn)場，3天一臺風機的高效安裝讓XCA2600贏得了客戶點贊：“吊裝完成得相當漂亮，將超大型陸上風機安裝效率提高了30%?！?/span>
在徐工超大設備調試場，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品下線；產品系列橫跨8噸至2600噸，施工領域覆蓋市政、化工、風電等多個場景；300噸以下產品全部實現(xiàn)國產化，所有產品零部件國產化率達到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）
