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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(jìn)行轉場(chǎng)。 |
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工作人員調試起重機風(fēng)電臂。 |
今年3月，習近平總書(shū)記在參加十四屆全國人大一次會(huì )議江蘇代表團審議時(shí)強調，“要堅持把發(fā)展經(jīng)濟的著(zhù)力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟上，深入推進(jìn)新型工業(yè)化，強化產(chǎn)業(yè)基礎再造和重大技術(shù)裝備攻關(guān)”。
全地面起重機、大型盾構機、“深海一號”生產(chǎn)儲油平臺……近年來(lái)，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(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，習近平總書(shū)記考察徐工集團重型機械有限公司時(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駕駛室。
總書(shū)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(diǎn)、掌控技術(shù)話(huà)語(yǔ)權，使我國成為現代裝備制造業(yè)大國。
2023年3月，習近平總書(shū)記參加江蘇代表團審議時(shí)的一個(gè)場(chǎng)景，讓人印象深刻：
來(lái)自徐工集團的單增海代表給總書(shū)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，關(guān)鍵指標已達到全球第一，國產(chǎn)化率由原來(lái)的71%提升到100%?！?/span>
習近平總書(shū)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(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(fǎng)。
勇闖“無(wú)人區”
“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，內蒙古烏拉特后旗，茫茫戈壁，長(cháng)風(fēng)獵獵。萬(wàn)里晴空下，臂展長(cháng)173.5米的“超級大力士”——徐工2600噸全地面起重機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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，現場(chǎng)總指揮一聲令下，起重機開(kāi)始運行，隨即將總重達128噸、葉片長(cháng)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(zhù)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(gè)全能“大力士”，代表中國起重機再次刷新世界紀錄，被人們稱(chēng)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備總設計師李長(cháng)青感慨。
近年來(lái)，我國風(fēng)電行業(yè)蓬勃發(fā)展，風(fēng)機功率持續升級，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、高度更高、吊裝重量更大又兼具靈活性、能實(shí)現快速轉場(chǎng)的起重機。
市場(chǎng)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)認為，2000多噸全地面起重機是不可能實(shí)現的?！崩铋L(cháng)青說(shuō)，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(diǎn)吊裝高度，都對產(chǎn)品綜合技術(shù)實(shí)力提出了巨大挑戰。
第一個(gè)難關(guān)，臂架結構設計。臂架是起重機最重要的受力結構，決定著(zhù)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(cháng)青團隊將XCA2600的臂架設計成一個(gè)擁有復雜立體結構的“超級?mèng)~(yú)竿”。
“超級?mèng)~(yú)竿”，顧名思義，起重機臂架可一節節伸縮，最上端的節段最細?！斑@種結構有個(gè)弱點(diǎn)，最后一節臂的截面非常小，與風(fēng)電臂的連接處十分薄弱?！崩铋L(cháng)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)團隊專(zhuān)門(mén)設計了一個(gè)拉撐結構——通過(guò)上面拉、下面撐，提高臂架的強度?？此坪?jiǎn)單的“一拉一撐”，背后卻是上萬(wàn)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(jìn)行一次仿真實(shí)驗。僅攻克這一項難題，團隊就花費了4個(gè)月。
不僅如此，徐工重型的全地面起重機研究所還專(zhuān)門(mén)為XCA2600研發(fā)了“超起一鍵定長(cháng)張緊”功能。XCA2600搭載的系統，可根據環(huán)境和工況變化，精確調整兩側鋼絲繩的拉力，隨時(shí)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(gè)難關(guān)，底盤(pán)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(pán)身上。
行業(yè)內有一句話(huà)，底盤(pán)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(shù)專(zhuān)家胡小冬介紹，為了兼顧起重性能和產(chǎn)品的機動(dòng)性、靈活性，XCA2600用上了徐工自主研制的獨立懸架系統，并且采用了斷開(kāi)車(chē)橋，能夠實(shí)現載重300噸轉場(chǎng)。
車(chē)橋，又稱(chēng)車(chē)軸，通過(guò)懸架與車(chē)架相連，兩端安裝車(chē)輪，以維持車(chē)輛正常行駛。以往的起重機，配備的是整體車(chē)橋?！罢w車(chē)橋自重更重，過(guò)坑能力、抗顛簸能力也不強?！焙《f(shuō)，采用斷開(kāi)車(chē)橋，即使XCA2600的左、右側車(chē)輪高度相差30厘米，依舊可以保持車(chē)身平衡。
此前，斷開(kāi)車(chē)橋只能依靠進(jìn)口，一根售價(jià)高達15萬(wàn)元。2013年起，徐工下定決心研發(fā)斷開(kāi)車(chē)橋。經(jīng)過(guò)近10年持續努力，徐工研制出斷開(kāi)車(chē)橋，不僅成本更低，且比進(jìn)口車(chē)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(chǎn)業(yè)鏈
“XCA2600的成功是從發(fā)動(dòng)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(wàn)多種、超10萬(wàn)個(gè)零部件，國產(chǎn)化率接近90%。
液壓系統，被視作起重機的“心臟”，決定著(zhù)“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(shí)現輕量化，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(cháng)超過(guò)10米、圓筒外徑0.54米、內徑0.5米，尺寸精度達到0.01毫米?！毙旃ひ簤杭夹g(shù)專(zhuān)家張青山說(shuō)，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(kāi)發(fā)400噸以上超大噸位起重機時(shí)，找遍國內原材料牌號，沒(méi)有一種能夠滿(mǎn)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(cháng)、后期加工難度大等問(wèn)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€(gè)階段，國內鋼材產(chǎn)品供不應求，很少有廠(chǎng)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(zhuān)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(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正負8%，徐工得找到適合的加工手段，將無(wú)縫管坯料拉長(cháng)、變薄、變致密，使鋼管滿(mǎn)足設備需求。
當時(shí)，國內基礎工藝技術(shù)缺乏，甚至都沒(méi)有缸筒“冷拔”概念。張青山說(shuō)：“同樣強度的產(chǎn)品，我們采用傳統機加工出來(lái)的缸體又重又笨，而國外先進(jìn)產(chǎn)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(gè)硬骨頭。這一步一踏出，又是一次漫長(cháng)的攻堅。
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，并聯(lián)合國內企業(yè)生產(chǎn)出首臺擁有自主知識產(chǎn)權的冷拔機?！安煌幐竦漠a(chǎn)品，需要匹配不同的冷拔速度。光研究這個(gè)技術(shù)參數，我們就花了兩年，用廢了近百?lài)嶄摴??！睆埱嗌秸f(shuō)。
2018年，亞洲自動(dòng)化程度最高、行程最長(cháng)的冷拔機在徐工液壓建成投產(chǎn)。設備最大冷拔長(cháng)度可達18米，拉拔力可達600噸，相當于22輛50噸的重卡同時(shí)拉著(zhù)鋼管前行。通過(guò)內外環(huán)模具的同時(shí)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(mǎn)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(cháng)的國內最長(cháng)移動(dòng)退火爐，全國首創(chuàng )開(kāi)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(kāi)發(fā)、機加工、試驗設計等國際專(zhuān)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，來(lái)自濰柴；高強度板材、管材，來(lái)自寶鋼；液壓系統，來(lái)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(shuō)，XCA2600的成功是從發(fā)動(dòng)機到液壓油缸，從硬件到軟件全面升級的成果?！崩铋L(cháng)青說(shuō)。
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，是XCA2600具備“繡花”功夫的關(guān)鍵所在。
XCA2600干活有多精細？在徐工試驗場(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。徐工控制系統技術(shù)專(zhuān)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(dòng)性，以2毫米/秒的速度精準移動(dòng)。
突破新工藝
“再復雜的‘大國重器’，也要從造好一顆‘螺絲釘’開(kāi)始”
能想象嗎？XCA2600這樣的“大家伙”，曾一度因為一根小小的螺紋軸而中斷研發(fā)。
2015年，根據設計圖紙生產(chǎn)的第一批產(chǎn)品，在極限試驗中屢次發(fā)生斷裂。經(jīng)過(guò)數十次失敗，用上所有方法分析斷裂截面，研發(fā)團隊發(fā)現，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(jìn)?！?/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(méi)有適配的刀具來(lái)加工。
此前，孟維團隊用18把非標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(zhuān)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)持續優(yōu)化，成功率一點(diǎn)點(diǎn)提升，逐步適應了批量化生產(chǎn)要求。
記者在采訪(fǎng)中得知，XCA2600的生產(chǎn)過(guò)程，凝結了眾多工匠的技藝。
走進(jìn)徐州重型機械有限公司的焊接車(chē)間，由我國自主研發(fā)的全球首臺激光復合焊接專(zhuān)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(shí)，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(zhuān)機的助力，在XCA2600的生產(chǎn)過(guò)程中，面對復雜的超級起重機結構件，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?！?/span>
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。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準來(lái)焊接?！睆垜鸭t說(shuō)，一個(gè)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(huì )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(cháng)青感慨：“再復雜的‘大國重器’，也要從造好一顆‘螺絲釘’開(kāi)始?！?/span>
對XCA2600的探訪(fǎng)接近尾聲，好消息仍在不斷傳來(lái)：
在內蒙古烏拉特后旗吊裝現場(chǎng)，3天一臺風(fēng)機的高效安裝讓XCA2600贏(yíng)得了客戶(hù)點(diǎn)贊：“吊裝完成得相當漂亮，將超大型陸上風(fēng)機安裝效率提高了30%?！?/span>
在徐工超大設備調試場(chǎng)，兩臺全新的XCA2600已整裝待發(fā)。自去年底上市以來(lái)，XCA2600已銷(xiāo)售10余臺，訂單仍在不斷增加。
平均每?jì)赡?，就有一款刷新全球吊載能力的起重機產(chǎn)品下線(xiàn)；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)現國產(chǎn)化，所有產(chǎn)品零部件國產(chǎn)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(jì)。
《 人民日報 》（ 2023年06月07日 18 版）
