吊装重器 领先全球（深度观察·重大技术装备这样攻关①）

来源：华体会登入页面    发布时间：2024-03-02 12:10:29

  今年3月，习在参加十四届全国人大一次会议江苏代表团审议时强调，“要坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，深入推动新型工业化，强化产业基础再造和重大技术装备攻关”。

  全地面起重机、大型盾构机、“深海一号”生产储油平台……近年来，我国装备制造业捷报频传、成果丰硕。这些“国之重器”是如何诞生的？达到了怎样的水平？研发生产人员付出了哪些努力？下一步怎么走？今天起，本版推出“重大技术装备这样攻关”系列报道，展示“国之重器”的风采，讲述关于研发生产的奋斗故事。

  2017年12月，习考察徐工集团重型机械有限公司时，饶有兴致地登上公司完全自主研发的XCA220型全地面轮式起重机驾驶室。

  指出，装备制造业是制造业的脊梁，要加大投入、加强研发、加快发展，努力占领世界制高点、掌控技术话语权，使我国成为现代装备制造业大国。

  2023年3月，习参加江苏代表团审议时的一个场景，让人印象深刻：

  来自徐工集团的单增海代表给带来一个好消息：“2017年您考察徐工时乘坐的220吨全地面起重机，关键指标已达到全球第一，国产化率由原来的71%提升到100%。”

  习予以肯定，指出“我们还需要再提升，向中高端走，我们高质量发展要体现在这里”。

  从2017年到2023年，徐工集团将全地面起重机的最大起重能力从1200吨提高到全球最大的2600吨，吊装高度从100米提高到160米，主要性能指标排名全球第一。

  徐工起重机凭什么领先全球？研发过程中突破了哪些技术难点？记者做了采访。

  “从提出想法，到变为图纸，每一步都是全球的第一步，所有的技术都是第一次摸索”

  清晨，内蒙古乌拉特后旗，茫茫戈壁，长风猎猎。万里晴空下，臂展长173.5米的“超级大力士”——徐工2600吨全地面起重机（以下简称“XCA2600”）格外亮眼。

  高度到位、角度到位、配重到位、风速8米/秒……“启动！”7点整，现场总指挥一声令下，起重机开始运行，随即将总重达128吨、叶片长97米的风机叶轮缓缓吊起。叶轮升至110米高后，起重机带着它整体旋转，56颗螺栓精准插入机舱轮毂预留的小孔。

  百米高空，上演精准对接，力拔山河的XCA2600亮出“绣花”功夫。这样一个全能“大力士”，代表中国起重机再次刷新世界纪录，被人们称为“全球第一吊”。

  “从提出想法，到变为图纸，每一步都是全球的第一步，所有的技术都是第一次摸索。”设备总设计师李长青感慨。

  近年来，我国风电行业蒸蒸日上，风机功率持续升级，叶轮直径、风机重量随之上升。不少吊装公司向徐工提出，希望可以生产一款吊装更稳、高度更高、吊装重量更大又兼具灵活性、能实现快速转场的起重机。

  市场有需求，企业有反馈。研发一款起重能力更强的新产品被提上日程。“曾有国外企业认为，2000多吨全地面起重机是不可能实现的。”李长青说，此前，徐工已将全地面起重机的起重能力极限推到了2000吨，“我们决定再闯一回。”

  最大起重吨位从2000吨增至2600吨，最大起吊能力从140米吊165吨升至160米吊173吨，表面看，XCA2600升级幅度不大。但在极限吨位情况下，每增加一点吊装高度，都对产品综合技术实力提出了巨大挑战。

  第一个难关，臂架结构设计。臂架是起重机最重要的受力结构，决定着最终的起吊能力。在臂架所用原材料不变的情况下，怎么样才可以让臂架有更强的能够承担重量的能力？答案是从结构设计入手。李长青团队将XCA2600的臂架设计成一个拥有复杂立体结构的“超级鱼竿”。

  “超级鱼竿”，顾名思义，起重机臂架可一节节伸缩，最上端的节段最细。“这种结构有个弱点，最后一节臂的截面非常小，与风电臂的连接处十分薄弱。”李长青说，这样的一个问题解决不了，就无法造出更大吨位的产品。

  为此，研发团队专门设计了一个拉撑结构——通过上面拉、下面撑，提高臂架的强度。看似简单的“一拉一撑”，背后却是上万次试验。仅设计的具体方案，前后就变更了几十次，每变更一次就要重新进行一次仿真实验。仅攻克这一项难题，团队就花费了4个月。

  不仅如此，徐工重型的全地面起重机研究所还专门为XCA2600研发了“超起一键定长张紧”功能。XCA2600搭载的系统，可依据环境和工况变化，精确调整两侧钢丝绳的拉力，随时调整臂架的侧向变形，使大臂始终处在笔直状态，拥有最好的起吊能力。

  第二个难关，底盘设计。相同结构设计下，起重机自重越轻，则起重量越大。减自重这一“重任”，落在了底盘身上。

  行业内有一句线千克，相当于上部结构减重5千克。徐工零部件技术专家胡小冬介绍，为了兼顾起重性能和产品的机动性、灵活性，XCA2600用上了徐工自主研制的独立悬架系统，并且采用了断开车桥，可以在一定程度上完成载重300吨转场。

  车桥，又称车轴，通过悬架与车架相连，两端安装车轮，以维持车辆正常行驶。以往的起重机，配备的是整体车桥。“整体车桥自重更重，过坑能力、抗颠簸能力也不强。”胡小冬说，采用断开车桥，即使XCA2600的左、右侧车轮高度相差30厘米，依旧能保持车身平衡。

  此前，断开车桥只能依靠进口，一根售价高达15万元。2013年起，徐工下定决心研发断开车桥。经过近10年持续努力，徐工研制出断开车桥，不仅成本更低，且比进口车桥轻8%；不仅完成减重重任，还保障了良好的爬坡能力，目前已逐步应用到超大吨位起重机上。

  “XCA2600的成功是从发动机到液压油缸，从硬件到软件全面升级的成果”

  性能全球领先的XCA2600，代表了中国工程机械行业全产业链的集体跃升。它全身上下1万多种、超10万个零部件，国产化率接近90%。

  液压系统，被视作起重机的“心脏”，决定着“超级大力士”力量有多大。液压油缸，负责把液压能转换成机械能，是液压系统的重要部件。而超大吨位起重机的液压油缸，缸壁必须做到又薄又硬，既实现轻量化，又具备高强度，对基础原材料、加工工艺等提出了很高要求。

  “此次为XCA2600配套的圆柱形液压油缸，总长超过10米、圆筒外径0.54米、内径0.5米，尺寸精度达到0.01毫米。”徐工液压技术专家张青山说，为此，徐工液压准备了近20年。

  以原材料为例，2010年，当徐工决定开发400吨以上超大吨位起重机时，找遍国内原材料牌号，没有一种能够很好的满足大吨位起重机液压油缸的性能要求。唯一找到的国外材料，又面临交货周期长、后期加工难度大等问题。

  面对困境，徐工决定联合国内钢管企业自主研发。“那个阶段，国内钢材产品供不应求，很少有厂商愿意开展小众、新型特种材料的研发。”张青山说，徐工足足花了两年时间才找到合作伙伴，2014年，合作开发出徐工专用的XG系列新材料，材料强度提升一倍以上。

  解决了原材料问题，还要克服加工工艺难关。钢管企业来提供的无缝管坯料壁厚偏差达正负8%，徐工得找到符合的加工手段，将无缝管坯料拉长、变薄、变致密，使钢管满足设备需求。

  当时，国内基础工艺技术缺乏，甚至都没有缸筒“冷拔”概念。张青山说：“同样强度的产品，我们采用传统机加工出来的缸体又重又笨，而国外先进产品壁厚只有一半。”

  困难面前，徐工再次下定决心，一定要啃下“冷拔法”这个硬骨头。这一步一踏出，又是一次漫长的攻坚。

  整整花了8年时间，徐工液压终于成功掌握冷拔技术的系列参数，并联合国内企业生产出首台拥有自主知识产权的冷拔机。“不一样的规格的产品，需要匹配不同的冷拔速度。光研究这个技术参数，我们就花了两年，用废了近百吨钢管。”张青山说。

  2018年，亚洲自动化程度最高、行程最长的冷拔机在徐工液压建成投产。设备最大冷拔长度可达18米，拉拔力可达600吨，相当于22辆50吨的重卡同时拉着钢管前行。通过内外环模具的同时挤压，冷拔机可以像“拉面条”一样拉钢管，使其强度提升30%。

  为了研制出满足大吨位起重机要求的液压油缸，徐工液压还联合上下游企业研发了20米长的国内最长移动退火炉，全国首创开发的大吨位两辊校直机，近100种粗镗、浮镗、珩磨加工磨具……“围绕液压油缸生产，我们已拥有材料开发、机加工、试验设计等国际专利。”张青山说，这种积累让徐工液压生产出高性能的液压油缸，助力XCA2600顺利问世。

  发动机，来自潍柴；高强度板材、管材，来自宝钢；液压系统，来自徐工……在XCA2600身上，可以清晰看到中国工业基础水平的提升。“可以说，XCA2600的成功是从发动机到液压油缸，从硬件到软件全面升级的成果。”李长青说。

  值得一提的是，XCA2600还拥有国产化的“大脑”。徐工自研的起重机智能控制管理系统，是XCA2600具备“绣花”功夫的关键所在。

  XCA2600干活有多精细？在徐工试验场，它曾用软绳成功吊起红酒瓶，并将红酒一滴不漏地倒入玻璃杯中。徐工控制管理系统技术专家柴君飞介绍，这背后源于算法的精准控制，让起重机即使在百米高空，也能拥有极致的微动性，以2毫米/秒的速度精准移动。

  能想象吗？XCA2600这样的“大家伙”，曾一度因为一根小小的螺纹轴而中断研发。

  2015年，根据设计图纸生产的第一批产品，在极限试验中屡次发生断裂。经过数十次失败，用上所有方法分析断裂截面，研发团队发现，问题出在承重部件的一根螺纹轴上。

  关键时刻，公司“000001”号特级技师孟维挺身而出，“螺纹轴之所以容易断裂，是因为轴上的异形螺纹加工精度不够，所以连接处不够顺滑、受力不均，加工工艺需要改进。”

  刀具，打磨精密零部件的工具。孟维提出，想提升异形螺纹的加工精度，还得从刀具入手。然而，螺纹轴零件自重就达139千克，市面上并没有适配的刀具来加工。

  此前，孟维团队用18把非标刀具拼接成新刀具来加工螺纹轴，可惜没有成功。怎么办？孟维团队反复试验，先后推翻了20多种方案，最终研制出了一套精确到微米的专用刀具。

  “第一批，我们只成型了20根螺纹轴，成功率还比较低。”孟维说，后来经过持续优化，成功率一点点提升，逐步适应了批量化生产要求。

  走进徐州重型机械有限公司的焊接车间，由我国自主研发的全球首台激光复合焊接专机正在紧张作业。它的独特之处在于，当设备在钢板外部焊接时，钢板内部也在火光四溅，一次作业两面焊接。这克服了普通电弧焊只能焊接钢板外部、内部需要人工焊接的短板，极大提升了焊接效率。

  然而，即使有了激光复合焊接专机的助力，在XCA2600的生产的全部过程中，面对复杂的超级起重机结构件，依旧有超过50%的焊缝需要人工焊接。电焊工张怀红和记者说，留给人工焊接的往往是一些异形、隐蔽的焊缝，“以XCA2600最大截面的起重臂为例，需要9名高技能焊接工人协同作业15天，才能完成焊接。”

  焊接工作十分辛苦。为了能够更好的保证焊缝平滑、不开裂，每次焊接前，都要将钢材预热至100摄氏度。身穿10多斤重的隔热焊服，趴在100摄氏度的钢板上，一干就是4个小时，还要保证手一点都不抖，焊接工人每次下工都会浑身湿透。

  XCA2600起重臂的焊接，是工匠精神的极致体现。张怀红介绍，2600吨的起重臂焊接量较大，80%的位置都需要多层多道焊接。“多层多道焊接时，每焊接一层，都要进行层间打磨清理，才能焊接下一层。”张怀红说。

  “焊接是个技术活，也是个良心活，容不得半点马虎，必须把每一层、每一道焊缝按照精品的标准来焊接。”张怀红说，一个小小的焊接裂纹，都可能会导致非常严重的事故。正是所有焊接工匠的努力，才造就XCA2600的优异性能。

  庞然大物的研发制造，会卡在一条螺纹上；每条焊缝的设计，都需要设计师与工匠多次沟通、修改。李长青感慨：“再复杂的‘大国重器’，也要从造好一颗‘螺丝钉’开始。”

  在内蒙古乌拉特后旗吊装现场，3天一台风机的高效安装让XCA2600赢得了客户点赞：“吊装完成得相当漂亮，将超大型陆上风机安装效率提高了30%。”

  在徐工超大设备调试场，两台全新的XCA2600已整装待发。自去年底上市以来，XCA2600已销售10余台，订单仍在不断增加。

  平均每两年，就有一款刷新全球吊载能力的起重机产品下线吨，施工领域覆盖市政、化工、风电等多个场景；300吨以下产品全部实现国产化，全部的产品零部件国产化率达到91%……作为全球最大起重机制造商，徐工仍在奋力前行，不断创造新佳绩。