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圖①：在新疆烏魯木齊，徐工2600噸起重機(jī)結(jié)束吊裝作業(yè)后進(jìn)行轉(zhuǎn)場。 |
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工作人員調(diào)試起重機(jī)風(fēng)電臂。 |
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(tuán)審議時強(qiáng)調(diào)，“要堅持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點放在實體經(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”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(tuán)重型機(jī)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(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、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(tuán)審議時的一個場景，讓人印象深刻：
來自徐工集團(tuán)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(jī)，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(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)過程中突破了哪些技術(shù)難點？記者進(jìn)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(jī)（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(jī)開始運(yùn)行，隨即將總重達(dá)128噸、葉片長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(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。”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(jī)功率持續(xù)升級，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、能實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)場的起重機(jī)。
市場有需求，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。“曾有國外企業(yè)認(rèn)為，2000多噸全地面起重機(jī)是不可能實現(xiàn)的。”李長青說，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(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)計入手。李長青團(tuán)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(jī)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。”李長青說，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(tuán)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(qiáng)度。看似簡單的“一拉一撐”，背后卻是上萬次試驗。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(jìn)行一次仿真實驗。僅攻克這一項難題，團(tuán)隊就花費(fèi)了4個月。
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(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(jī)，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(qiáng)。”胡小冬說，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(jìn)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(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。
升級產(chǎn)業(yè)鏈
“XCA2600的成功是從發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)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(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，既實現(xiàn)輕量化，又具備高強(qiáng)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。”徐工液壓技術(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(jī)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(jī)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)。“那個階段，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)。”張青山說，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(qiáng)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(qiáng)度的產(chǎn)品，我們采用傳統(tǒng)機(jī)加工出來的缸體又重又笨，而國外先進(jìn)產(chǎn)品壁厚只有一半。”
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(jī)。“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(jī)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(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(jī)，近100種粗鏜、浮鏜、珩磨加工磨具……“圍繞液壓油缸生產(chǎn)，我們已擁有材料開發(fā)、機(jī)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(jī)，來自濰柴；高強(qiáng)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(jī)到液壓油缸，從硬件到軟件全面升級的成果。”李長青說。
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(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(jī)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(tuán)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(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，市面上并沒有適配的刀具來加工。
此前，孟維團(tuán)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(tuán)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。”孟維說，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(jìn)徐州重型機(jī)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(jī)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(jī)的助力，在XCA2600的生產(chǎn)過程中，面對復(fù)雜的超級起重機(jī)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。“多層多道焊接時，每焊接一層，都要進(jìn)行層間打磨清理，才能焊接下一層。”張懷紅說。
“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。”張懷紅說，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(jī)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(jī)安裝效率提高了30%。”
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(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(jī)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）
