風機葉片運輸舉升工裝平衡角的選擇及對運輸安全的影響

文/魏榮華 鄧繼明

一、概況

葉片是風力發(fā)電機中最基礎也是最關鍵的部件。目前，我國南方風電場分布非常廣泛，風場位置多在山區(qū)，相對海拔較高，進場道路都是臨時修建且等級較低，常規(guī)公路運輸大都無法一車直達機位。目前葉片通常的運輸方式是：在風電場附近設置堆場，葉片在生產基地用伸縮半掛車裝車，通過高速公路運至風電場附近的堆場，葉片卸車后，再換裝至葉片舉升工裝車上，途徑風電場進場公路運至各機位。由于風電場進場道路是臨時修建，道路的縱坡、橫坡較大，空障也多，要求通過舉升工裝的回轉、舉升，改變葉片的空間位置以躲避沿途各類障礙，滿足葉片運輸車輛通過路況復雜的進場道路。但在葉片通過舉升工裝改變空間位置的時候其重心的位置隨之發(fā)生變化，控制重心位置變化的空間軌跡能有效地滿足葉片運輸車輛的運行安全。山地風機葉片運輸發(fā)生翻車事故時有發(fā)生，為減少該類翻車事故發(fā)生，下面我們從葉片運輸舉升工裝原理、操作使用方面結合其配置的車輛對運輸安全的影響進行分析。

二、結構原理及舉升工裝仰角和平衡角的定義

1.葉片舉升工裝車結構原理

葉片舉升工裝車由牽引車、動力鵝頸、連接平臺、4軸液壓軸線車、液壓動力系統(tǒng)及舉升工裝組成，舉升工裝車可隨牽引車轉向或手動轉向，減少車輛轉彎半徑，且能調整（升降）車板高度，補償?shù)缆房v坡、橫坡對整車的穩(wěn)定性，實現(xiàn)車板面基本處于水平狀態(tài)。舉升工裝車結構見圖1、圖2。

圖1 舉升工裝和液壓軸線車結構

圖2 舉升工裝車實景圖

2.舉升工裝水平時各部件重心、葉片重心、施加配重后的位置

以某公司121型葉片進行配置計算。葉片水平時（即舉升0°時）舉升工裝各部件重心、葉片重心及施加配重后的重心位置見圖3。

圖3 葉片水平時舉升工裝各部件、葉片及配重重心位置

3.葉片仰角

舉升工裝仰角是指葉片裝上舉升工裝后通過液壓油缸作用，葉片可在0°～50°范圍內舉升變化的角度，隨著道路空障高度及位置的不同，通過舉升工裝仰角的變化來避開空障。

4.葉片平衡角

葉片、配重裝上舉升工裝且葉片舉升到某個角度后，舉升工裝、葉片及配重系統(tǒng)的合成重心（質心）位于水平回轉的軸心上。車輛在水平狀態(tài)下，以此角度工裝連同葉片在360度范圍內旋轉，其合成質心始終位于回轉中心上，即車輛的中心線上，車輛載質量居中不偏載，車貨處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。此時葉片的舉升角度稱之為平衡角。

三、葉片平衡角的選擇原則，偏離平衡角利弊分析

對道路兩側的障礙物如山體、山體上樹木的高度進行現(xiàn)場勘測，根據項目的實際情況，確定項目常用舉升角度（比如25°），但不能太大、也不能太小，一般取中值，便于圍繞平衡角進行仰俯角度的調整，最大限度地避開沿途處于不同空間位置的障礙物。

葉片舉升角度的大小直接影響葉片舉升車運行的安全。葉片舉升角度過大，整車重心較高，運行至較大橫坡時穩(wěn)定性不好，容易發(fā)生車輛側傾，所以需要控制在一個合適的舉升角度范圍內。以舉升工裝舉升角度范圍的一半作為平衡角，也就是以這個平衡角為基準角對工裝進行配重及操作工裝上下舉升或回轉。葉片外形尺寸、重量、重心及舉升工裝不變時，平衡角是隨工裝的配重質量大小而變化的。為了葉片運輸安全，對舉升平衡角和在工裝上配重質量的關系進行論述，以及非平衡狀態(tài)時如何操作，避免車輛側傾。

表1：各部件、配重對應的距離和重量

表2：121型葉片參數(shù)

表3：舉升工裝上部配重和鋼架內配重關系

四、葉片平衡角的測定方法

以121型葉片進行配置計算，121型葉片參數(shù)見表2。根據障礙物和舉升工裝情況確定平衡角25°。葉片舉升25°時舉升工裝各部件重心、葉片重心及施加配重后的位置見圖4。配重箱內配重Wpz噸，自重0.4噸，共Wpz+0.4噸，框架工具箱配重Wgj噸（包括動力機組重量）。

圖4 平衡角25°時舉升工裝各部件、葉片及配重重心位置

假設葉片縱重心線始終垂直葉根端面。

下面的計算都是假設舉升工裝縱重心線、葉片縱重心線與倒運軸線車縱重心線重合，且車輛在水平路面上。

1.配重計算

舉升工裝配重包括舉升工裝上部配重和兩油缸之間鋼架內的配重，下面計算平衡角25°時舉升工裝上部配重和兩油缸之間鋼架內的配重。計算用圖見圖4。

根據力矩平衡，有下面等式成立。

舉升工裝上部配重和兩油缸之間鋼架內配重關系見表3。

2.葉片、舉升工裝及配重系統(tǒng)重心高

葉片舉升25°時，葉片、舉升工裝及配重系統(tǒng)達到平衡，計算平衡狀態(tài)時的重心高。按圖5計算。

圖5 葉片舉升25°時系統(tǒng)平衡狀態(tài)的重心高

根據舉升工裝上部配重和兩油缸之間鋼架內配重關系表，取Wpz=3.5t（加自重共3.9t），Wgj=9.97t。

葉片舉升25°時，舉升工裝配重取Wpz=3.5t（加自重共3.9t），Wgj=9.97t，葉片、舉升工裝及配重系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)重心至車板面高3975.48mm。

根據以上計算得知，如果葉片舉升25°作為平衡角，則需要在舉升工裝上部配重3.5t（加自重共3.9t）、在舉升工裝下部兩油缸間鋼架內配重9.97t，此時葉片、舉升工裝及配重系統(tǒng)才處于平衡狀態(tài)，車板面上部合成重心至車板面高H=3975.48mm。

3.車貨重心高

車輛總重（不包括牽引車重）=動力鵝頸+動力鵝頸上面配重+車板用動力機組+連接平臺+平臺內配重+4軸液壓軸線車， W車=64t。

車輛重心離地高H車=700mm。

下面計算車貨合成重心高。

葉片、舉升工裝及配重W工裝=47.01t，它們至車板面重心高H=3975.48mm，車板行走高度h=1000mm，則葉片、舉升工裝及配重合成重心至地面高H工裝=4975.48mm。

葉片舉升25°，舉升工裝上部配重3.5t（加自重共3.9t）、舉升工裝下部兩油缸間鋼架內配重9.97t時，車貨重心高H車貨=2510.56mm。

根據以上計算可知，如果葉片舉升25°作為平衡角，則需要在舉升工裝上部配重3.5t（加自重共3.9t）、在舉升工裝下部兩油缸間鋼架內配重9.97t，此時葉片、舉升工裝及配重系統(tǒng)才處于平衡狀態(tài)，車貨重心高為2510.56mm。車輛總重約64t（不包括牽引車重），車板自身重量較重且重心低，所以車貨重心高2510.56mm，整車重心較低，運輸時穩(wěn)定性較好。

五、平衡角在實際運行中的運用

1.葉片、舉升工裝及配重在平衡角時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)

在葉片堆場按平衡角時計算出需要的配重重量，在舉升工裝上放置配重，裝好葉片，葉片、舉升工裝及配重在平衡角時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。此時，工裝作360°（車輛前行方向為0°）回轉，特別是回轉到90°和270°時分別觀察、測量車板兩側高度是否發(fā)生變化，再根據變化值大小調整工裝配重，見圖6、圖7。

圖6 舉升工裝回轉至90°狀態(tài)

圖7 舉升工裝回轉至270°狀態(tài)

系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，舉升工裝360°回轉，車貨都處于平衡狀態(tài)，車輛行駛時也處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，葉片舉升車在平衡角運行時整車穩(wěn)定性非常好。

2.非平衡角狀態(tài)下舉升工裝回轉對穩(wěn)定性的影響

在運輸過程中，平衡角只是個理論的角度，在實際舉升運輸過程中不可能長期保持平衡角運輸，因此，舉升轉運的全過程車輛都是處于偏離系統(tǒng)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此要求操作者需隨時掌握舉升工裝重心轉移的大致位置。

（1）判斷失穩(wěn)時重心轉移大致位置

當葉片舉升角大于平衡角時，車輛上部舉升工裝重心將后移，轉移至配重端，舉得越高，重心越往工裝配重側轉移。

當葉片舉升角小于平衡角時，車輛上部舉升工裝重心將前移，轉移至葉尖端，舉得越低，重心越往葉片葉尖端轉移。

（2）補償失穩(wěn)的操作方法

舉升工裝車輛處于失穩(wěn)狀態(tài)時，容易發(fā)生車輛安全事故或側傾，可以通過改變操作方法克服或補償產生的失穩(wěn)因素，避免出現(xiàn)安全事故或車輛側傾。

（3）橫坡補償

橫坡是在倒運過程中最重要的風險源之一，葉片運輸舉升工裝車的側傾，大多是在有橫坡或者急劇顛簸路面時候發(fā)生的，遇到橫坡時按下面方法操作。

液壓軸線板：在橫坡路面情況下，調整液壓板左右的支撐油缸，盡量使車輛板面基本水平，保持舉升車輛在橫坡路面始終處于水平狀態(tài)。

普通車板：普通車板因不能調整板面的高度，在遇到橫坡時，需調整舉升工裝合成重心位置來補償因橫坡導致的重心轉移。

補償原則：使舉升工裝合成重心向橫坡高處一側轉移。見表4。

車輛側傾案列：在實際運輸過程中橫坡是發(fā)生側傾事故的重要原因。

車輛整體重心判斷失誤，葉片前置、低舉（小于平衡角）且向右回轉了一定角度，車輛重心和橫坡方向一致，失穩(wěn)疊加，導致車輛側傾，見圖8。

圖8 葉片運輸舉升車輛整體重心偏移導致側傾

（4）長上、下坡補償

葉片前置舉升運輸過程中，如果遇到上坡路段，車輛會產生平行斜坡的分力（下滑力），坡度越大分力就越大，分力是阻止車輛上坡行駛的，同時牽引車的附著力也要減少，爬坡能力降低，所以上坡需降低舉升角度，使葉片、配重及工裝合成重心向葉尖方向轉移，可以增大牽引車的附著力，提高車輛的爬坡能力，見圖9。反之，葉片前置舉升運輸過程中，遇到下坡路段，需升高舉升角度。

圖9 葉片前置遇上坡路段降低舉升角

表4：舉升工裝操作補償原則

（5）前、后置轉換

葉片舉升角度在平衡角附近時，上部工裝的重心位于車板上回轉支撐的中心，在整個車身自重的影響下，車輛是能夠保持一定程度穩(wěn)定的，此時適合葉片作前、后置轉換和大角度回轉等操作。見圖10。

圖10 葉片前后置轉換及大角度回轉操作

（6）工裝回轉

工裝舉升太高或者太低（也就是偏離平衡角太大）時，車輛都將進入失穩(wěn)的危險區(qū)域，此時應該控制上部工裝的回轉角度。操作中應以車輛縱軸線為基準，盡量減小上部工裝重心和車輛縱軸線及延長線之間的角度。

大角度回轉時需停車操作，運行時回轉角度不能太大，根據躲避空障情況盡量要小。

六、結論

通過上述風力發(fā)電機葉片舉升運輸平衡角與舉升工裝配重關系的論述，使作業(yè)人員可以根據平衡角的大小來確定舉升工裝施加配重量的多少。在平衡角工況下工裝可以在平坦場地或路面360°內任意回轉，回轉過程中車輛的穩(wěn)定性較好且處于安全狀態(tài)，車輛不會出現(xiàn)安全事故或側傾。

在橫坡路段，工裝舉升角度可以通過調節(jié)偏離平衡角或回轉，對因橫坡產生的車輛不平衡狀態(tài)進行補償，始終使車輛處于較好的平衡狀態(tài)，避免側翻事故的發(fā)生。

確立舉升工裝平衡角后，在車輛運行過程中葉片舉升工裝仰俯角的變化、工裝回轉時，回轉機構上部質量（舉升工裝、配重及葉片）合成重心位置的變化有了參照對象，操作者可以根據重心變化對車輛穩(wěn)定性的作用影響，隨時改變自己的操作行為，始終保持操作結果向有利于車輛安全穩(wěn)定方向進行。