探訪「全球第一弔」——徐工兩千六百噸全地面起重機

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的XCA220型全地面輪式起重機駕駛室。

　　總書記指出，裝備製造業是製造業的脊梁，要加大投入、加強研發、加快發展，努力占領世界制高點、掌控技術話語權，使我國成為現代裝備製造業大國。
　　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%提昇到100%。」
　　習近平總書記予以肯定，指出「我們還要再提昇，向中高端走，我們高質量發展要體現在這裡」。
　　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。
　　徐工起重機憑什麼領先全球？研發過程中突破了哪些技術難點？記者進行了採訪。
　　勇闖「無人區」
　　「從提出想法，到變為圖紙，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，內蒙古烏拉特後旗，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米高後，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「全球第一弔」。
　　「從提出想法，到變為圖紙，每一步都是全球的第一步，所有的技術都是第一次摸索。」設備總設計師李長青感慨。
　　近年來，我國風電行業蓬勃發展，風機功率持續升級，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、高度更高、吊裝重量更大又兼具靈活性、能實現快速轉場的起重機。
　　市場有需求，企業有反饋。研發一款起重能力更強的新產品被提上日程。「曾有國外企業認為，2000多噸全地面起重機是不可能實現的。」李長青說，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。」
　　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。
　　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複雜立體結構的「超級魚竿」。
　　「超級魚竿」，顧名思義，起重機臂架可一節節伸縮，最上端的節段最細。「這種結構有個弱點，最後一節臂的截面非常小，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」，背後卻是上萬次試驗。僅設計方案，前後就變更了幾十次，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研發了「超起一鍵定長張緊」功能。XCA2600搭載的系統，可根據環境和工況變化，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，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用上了徐工自主研製的獨立懸架系統，並且採用了斷開車橋，能夠實現載重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。「整體車橋自重更重，過坑能力、抗顛簸能力也不強。」胡小冬說，採用斷開車橋，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，徐工下定決心研發斷開車橋。經過近10年持續努力，徐工研製出斷開車橋，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。
　　升級產業鏈
　　「XCA2600的成功是從發動機到液壓油缸，從硬體到軟體全面升級的成果」
　　性能全球領先的XCA2600，代表了中國工程機械行業全產業鏈的集體躍升。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，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，又面臨交貨週期長、後期加工難度大等問題。
　　面對困境，徐工決定聯合國內鋼管企業自主研發。「那個階段，國內鋼材產品供不應求，很少有廠商願意開展小眾、新型特種材料的研發。」張青山說，徐工足足花了兩年時間才找到合作夥伴，2014年，合作開發出徐工專用的XG系列新材料，材料強度提昇一倍以上。
　　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、變緻密，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，我們採用傳統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。」
　　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，徐工液壓終於成功掌握冷拔技術的系列參數，並聯合國內企業生產出首臺擁有自主知識產權的冷拔機。「不同規格的產品，需要匹配不同的冷拔速度。光研究這個技術參數，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，相當於22輛50噸的重卡同時拉著鋼管前行。通過內外環模具的同時擠壓，冷拔機可以像「拉麵條」一樣拉鋼管，使其強度提昇30%。
　　為了研製出滿足大噸位起重機要求的液壓油缸，徐工液壓還聯合上下游企業研發了20米長的國內最長移動退火爐，全國首創開發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、機加工、試驗設計等國際專利。」張青山說，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。
　　發動機，來自濰柴；高強度板材、管材，來自寶鋼；液壓系統，來自徐工……在XCA2600身上，可以清晰看到我國工業基礎水準的提昇。「可以說，XCA2600的成功是從發動機到液壓油缸，從硬體到軟體全面升級的成果。」李長青說。
　　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，是XCA2600具備「繡花」功夫的關鍵所在。
　　XCA2600幹活有多精細？在徐工試驗場，它曾用軟繩成功吊起紅酒瓶，並將紅酒一滴不漏地倒入玻璃杯中。徐工控制系統技術專家柴君飛介紹，這背後源於算法的精準控制，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
　　「再複雜的『大國重器』，也要從造好一顆『螺絲釘』開始」
　　能想象嗎？XCA2600這樣的「大家夥」，曾一度因為一根小小的螺紋軸而中斷研發。
　　2015年，根據設計圖紙生產的第一批產品，在極限試驗中屢次發生斷裂。經過數十次失敗，用上所有方法分析斷裂截面，研發團隊發現，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。」
　　刀具，打磨精密零部件的工具。孟維提出，想提昇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，市面上並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。怎麼辦？孟維團隊反複試驗，先後推翻了20多種方案，最終研製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，後來經過持續優化，成功率一點點提昇，逐步適應了批量化生產要求。
　　記者在採訪中得知，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，由我國自主研發的全球首臺雷射複合焊接專機正在緊張作業。它的獨特之處在於，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，極大提昇了焊接效率。
　　然而，即使有了雷射複合焊接專機的助力，在XCA2600的生產過程中，面對複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同作業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。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，都要進行層間打磨清理，才能焊接下一層。」張懷紅說。
　　「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的優異性能。
　　龐然大物的研發製造，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：「再複雜的『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：
　　在內蒙古烏拉特後旗吊裝現場，3天一颱風機的高效安裝讓XCA2600贏得了客戶点讚：「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%。」
　　在徐工超大設備調試場，兩臺全新的XCA2600已整裝待發。自去年底上市以來，XCA2600已銷售10餘臺，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製造商，徐工仍在奮力前行，不斷創造新佳績。