中联重科风电系列全地面起重机的研发探究

一、我国风电行业的发展状况

风电行业作为重要的新兴能源产业，近年来得到国家层面的重点支持，产业规模发展迅速，并逐步成长为一个较为成熟的行业，2005年到2012年期间，我国风电装机容量涨了近50倍，装机总容量超过7000万千瓦，风电设备制造和风电装机容量成为世界第一。

根据相关信息，国家在“十二五”期间大力发展可再生能源的决心和目标没有改变，2012年4月24日，科技部印发的《风力发电科技发展“十二五”专项规划》中提到，到2015年时风电并网装机达到1亿千瓦，当年发电量达到1900亿千瓦时，规划风电新增装机7000万千瓦，建设6个陆上和2个海上及沿海风电基地，我国将从风电大国向风电强国转变。

为充分利用风资源，我国风电发展呈现出两个明显的趋势：风场分散化，机组大型化。随着风电行业的快速发展，风电安装对施工效率的要求越来越高；由于不同风场路面状况复杂，风场间转场成本对利润的影响变得更大，修建运输道路的难度及成本越来越高，轮式起重机由于具有移动灵活、作业快捷方便、路面适应性强的先天优势，已成为风电安装施工的主力军。

为满足风电建设快速发展对安装施工的需求，中联重科一直把风电建设作为大吨位轮式起重机研发最重要的方向之一，通过对风场地理分布、安装施工工法以及行业发展趋势的深入研究，开发出一系列独具特征的风电系列大吨位轮式起重机，为国家清洁能源工程做出了贡献。

二、施工工法的研究

相比通用型起重机的施工工况，风电吊装更具有自身的特殊性，因而对风电吊装施工工法的研究是开发风电系列起重机的基础。紧跟国家风电建设的发展步伐，中联重科从一开始便组建了工法研究应用队伍，专门从事吊装施工领域的典型工法研究，本着一切以市场需求为中心的理念，搭建与风电吊装下游产业链合作平台，整合产业链资源，力图产品在风电吊装施工的工况适应性更好、效率更高、成本更低。

中联重科走遍国内20多个大型风电场，针对丹麦VESTAS、德国ENERCON、金风科技、华锐风电等国内外20余家制造商设备进行调研，通过对主要在建和筹建风场环境的研究，分析国内外主流风机制造商风机产品技术参数，深入了解各环境条件下风机吊装施工工艺方法及施工标准，形成了一个由190余份调研分析报告组成的风电吊装资源库，涵盖国内外0.85 MW ~3.0MW主流机型的风电安装、维修的吊装施工工法分析和相应起重机开发需求，得益于此，中联重科风电系列轮式起重机产品以最恰当的性能实现了3.0MW及以下所有风电吊装施工工况的全覆盖。

为了更好的与风电吊装市场实际需求对接，中联重科工程起重机成立了产品顾问委员会，邀请国内在吊装行业具有重大影响力施工企业的总工程师、技术副总担任公司产品顾问，定期召开会议或不定期提供技术咨询，这种方式能够及时了解最前沿的市场信息，确保了风电吊装系列起重机研发紧贴市场需求，同时，受邀企业也是最大的潜在客户，这样能保证客户得到自己最想要的产品，除此之外，与客户全过程的合作也是中联重科风电系列轮式起重机研发的重要方式之一，客户提出需求并全程参与产品的设计、评审、制造、试验，提供真实的工业测试环境，这样开发出来的起重机最能贴近客户实际使用环境，例如，QAY500全地面起重机是中联重科与风电安装领域具有很强的影响力的广东力特公司合作开发出的一款专门针对1.5MW风机吊装的起重机，因此，中联重科QAY500全地面起重机比行业其它同级别的起重机更适合我国的风电吊装，颇受市场欢迎。

三、风电专用施工设备的技术开发

相比传统的通用型起重机作业要求，风电吊装有几个明显的需求特点：一是工况相对单一，长臂起重能力要求高；二是场地适应能力要求强；三是作业效率要求高；四是操作微动对位精准。要满足风电吊装需求，降低运营的费用，除了轮式起重机固有的先天优势之外，还需要对起重机进行有针对性开发。

风电吊装具有典型的固定工况点，一般吊装就位高度要求高（一般在60米以上），幅度要求较小（20米以内），不同兆瓦级风机设备的重量、体积基本相当，不同风电场的安装高度也相对固定，形成了较为清晰的吊装工况梯队，这就要求起重机的开发更要注重中长臂的起重能力，并且对风电起重机的型谱更好的规划，好钢要用在刀刃上，基于此，中联重科风电轮式起重机形成了QAY400、QAY500、QAY800、ZAL3000W、QAY2000系列，其中QAY400适合1.0MW左右风机吊装，QAY500适合1.5MW风机吊装，QAY800适合2.0MW风机吊装，ZAL3000W适合2.5MW风机吊装，QAY2000适合3.0MW风机安装；且系列轮式起重机在中长臂工况起重能力优势明显，同时，由于大臂长小幅度的工况需求，设计起重机吊臂时更多的考虑了吊臂质量特性的均匀性，即提高臂架的整体稳定特性和强度匹配。

风电场的选址一般较为偏僻，丘陵、山地、草原、滩涂等是风电场最常见的地形，这些地方一般没有公路通行，需临时为施工开辟道路，受成本控制和生态环境保护影响，临时道路的路况大多非常恶劣，施工场地也非常狭小，起重机做为风电建设施工中最大的设备，如何到达工地并在有限的施工场地施展是最重要的问题，风电系列起重机的全地面底盘通过有针对性的优化设计，在最小离地间隙、最小转弯直径等通过性和灵活性指标上更适合风电场的地形条件和场地空间的要求，比如中联重科9桥全地面起重机的最小转弯直径≤26米，小于普通同类8桥全地面起重机的转弯直径。

随着我国风电产业的快速发展，风电施工效率显得越来越重要，行业普通认同的一句话：效率就是效益，伸缩臂式轮式起重机最大的优势之一就是施工效率高，当然，要能更好的贴合风电安装需求，风电系列的轮式起重机还需要有针对性的设计，中联重科风电系列轮式起重机针对作业效率的需要进行了有针对性的开发。施工作业提高效率的关键点是要减少进入施工场地后的作业准备时间，据测算，大型风机安装70%以上的时间花在吊装设备的就位准备阶段，与履带式起重机的桁架臂不同，轮式起重机大多设计成伸缩式的箱型结构，每次作业不需拆装，操作设备自动伸缩效率就会大大提高，所以，充分发挥伸缩臂的工况覆盖能力是提高效率的重要途径，比如：中联重科QAY400全地面起重机设计有6节伸缩臂全长可达70米，通过增加超起装置，大幅提高中长臂起重能力，只需通过伸缩臂即可实现风电安装，另外，通过在臂架上设计铰接式门型架，只需增加副臂即可适用更大型号的风机吊装和维修，而行业普通400吨级全地面起重机只设计有5节臂全长60米左右，更适合短臂的大件吊装，要进行风机吊装，需要增加较长的塔式副臂才能实现，而塔式副臂的安装则费时费力的多；中联重科QAY2000全地面起重机仅通过伸缩主臂即可实现3.0MW风机的吊装，这也是对风电吊装效率需求的特定开发。对于超大型的轮式起重机往往在公路行驶与作业现场不是同一状态，需要临时拆装部件，中联重科专门为超大型的风电轮式起重机开发出一款龙门式的自装拆机构，能实现超大吨位轮式起重机吊臂、转台等大型部件在施工现场的快速装拆，使超大型轮式起重机实现模块化组装，并能像在工厂一样方便快速。

风机吊装属于高空对位安装，要求起重机具有良好的微动精准性，一般精度要求在10mm以下，普通起重机通过变幅油缸或长塔臂变幅调整，由于油缸运动速度，在几十米臂长的臂头具有放大作用，毫米级的微动精准程度很难达到，中联重科通过对风电施工现场的研究，首创性的开发出一款风电专用动臂，它在臂头通过卷扬钢丝绳放大倍率的方式实现变幅，通过倍率减速能更好的实现微动减速，使臂头的微动性能达到毫米级，同时，风电专用动臂能替代传统的塔式副臂，而其结构形式比传统的塔式副臂要简单的多，因此在安装效率、运输成本等方面也具有优势。

四、超大吨位轮式起重机的研发

轮式起重机在风电吊装领域有着不可替代的作用，随着风电向大型化方向发展，对起重机的起重能力要求越来越高，例如，3.0MW风机的安装要求起重机在110米臂长具有140吨以上的起重能力，这对于轮式起重机来说是一个大的挑战，轮式起重机由于受道路法规、结构承载、动力极限等因素的影响，在现有条件下很难继续大型化，而国家风电发展的重要趋势就是大型化，明确表示将鼓励2.0MW~3.0MW的大型风电建设，为满足国家风电发展需要，中联重科通过技术创新，突破一系列限制轮式起重机继续大型化的技术瓶颈，研发出QAY800、ZAL3000W、QAY2000超大吨位系列风电轮式起重机，至此，中联重科轮式起重机完全覆盖3.0MW及以下的所有风机吊装。

超大吨位轮式起重机研发需要解决的问题是：起重能力要求高与起重机自身重量和体积受限的矛盾，中联重科采取了一系列结构创新和模块化的设计思路，突破极限寻求超大吨位的发展空间。QAY800具有明显的风电吊装特点，底盘经过特殊的设计，具有更大的最小离地间隙和更大的爬坡能力，装有风电专用的微变幅动臂，使风电吊装更加方便快捷，其风电吊装起重能力更是超越行业1000吨级的轮式起重机产品，而对2.0MW风机吊装等典型工况其运输成本比普通机型节约20%.ZAL3000W起重机是一款针对2.5MW风机吊装的风电专用起重机，以8桥全地面底盘为平台，利用桁架臂起重能力强的优点，吊臂设计成桁架结构，同时为利用伸缩臂高效的优点，独创性的研发出桁架臂伸缩技术，起重机既具有较强的起重能力又具有较好的方便性，通过设计辅助支撑，起重机能带臂转场，适合风电施工转场快捷的要求，同时降低了起重机制造和使用成本。QAY2000全地面起重机是目前全球最大的轮式起重机，针对3.0MW风机吊装而开发，传统的轮式起重机结构形式已无法满足这一需求，工程师们进行了艰苦的技术创新，通过技术进步寻求瓶颈突破，形成一系列在全球范围内首创并成功应用的先进技术，如：带拉索装置的椭圆截面支腿技术，蜂窝状结构车架技术，基于精确控制绳长、有序排绳、主动补偿的超起技术，基于结构安全的回转恒功率控制技术，风电专用动臂技术等，该产品仅专利申请量就达到近80件，其中50%以上为发明专利。QAY2000是全球唯一仅通过伸缩臂就能吊装3.0MW风机的全地面起重机，它9桥+3桥式的12桥底盘，双发动机复合驱动，创下了轮式起重机负载行驶重量之最，模块化的设计既能满足国家公路行驶法规要求，又能超大负荷行驶，满足风电吊装的快速转场需求。

五、风电系列轮式起重机发展的意义及展望

伴随着中国风电建设的大潮，中联重科大吨位轮式起重机实现了吨位和技术的双跨越，开创了轮式起重机服务风电建设的新局面，由于大吨位轮式起重机在风电吊装行业的进步，实现了大型风电吊装的高效、低成本安装，同时促进了风电行业的技术进步，使风电场建设从集中化向分散化发展成为可能，提高了我国风资源的利用效率；同时，风电发展给了轮式起重机发展的发展机会，得益于风电建设市场拉动，中国大吨位轮式起重机在不到8年时间里实现从无到有，从弱到强的转变，支撑中国轮式起重机打破国外垄断，走向世界。

国家风电建设仍将继续，中联重科风电系列轮式起重机也将继续进步，风电起重机在风电吊装的方便快捷，智能化，作业安全，营运成本降低等方面仍存在很大发展空间，随着风电累计装机容量的逐步增加，用于风电维护吊装的便捷专用机型也将在风电吊装市场再有可为。