文/魏榮華 鄧?yán)^明

一、概況

葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的部件。目前，我國(guó)南方風(fēng)電場(chǎng)分布非常廣泛，風(fēng)場(chǎng)位置多在山區(qū)，相對(duì)海拔較高，進(jìn)場(chǎng)道路都是臨時(shí)修建且等級(jí)較低，常規(guī)公路運(yùn)輸大都無法一車直達(dá)機(jī)位。目前葉片通常的運(yùn)輸方式是：在風(fēng)電場(chǎng)附近設(shè)置堆場(chǎng)，葉片在生產(chǎn)基地用伸縮半掛車裝車，通過高速公路運(yùn)至風(fēng)電場(chǎng)附近的堆場(chǎng)，葉片卸車后，再換裝至葉片舉升工裝車上，途徑風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)公路運(yùn)至各機(jī)位。由于風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)道路是臨時(shí)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(zhuǎn)、舉升，改變?nèi)~片的空間位置以躲避沿途各類障礙，滿足葉片運(yùn)輸車輛通過路況復(fù)雜的進(jìn)場(chǎng)道路。但在葉片通過舉升工裝改變空間位置的時(shí)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(yùn)輸車輛的運(yùn)行安全。山地風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)輸發(fā)生翻車事故時(shí)有發(fā)生，為減少該類翻車事故發(fā)生，下面我們從葉片運(yùn)輸舉升工裝原理、操作使用方面結(jié)合其配置的車輛對(duì)運(yùn)輸安全的影響進(jìn)行分析。

二、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)原理

葉片舉升工裝車由牽引車、動(dòng)力鵝頸、連接平臺(tái)、4軸液壓軸線車、液壓動(dòng)力系統(tǒng)及舉升工裝組成，舉升工裝車可隨牽引車轉(zhuǎn)向或手動(dòng)轉(zhuǎn)向，減少車輛轉(zhuǎn)彎半徑，且能調(diào)整（升降）車板高度，補(bǔ)償?shù)缆房v坡、橫坡對(duì)整車的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)車板面基本處于水平狀態(tài)。舉升工裝車結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

圖1 舉升工裝和液壓軸線車結(jié)構(gòu)

圖2 舉升工裝車實(shí)景圖

2.舉升工裝水平時(shí)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(jìn)行配置計(jì)算。葉片水平時(shí)（即舉升0°時(shí)）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(shí)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(nèi)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(gè)角度后，舉升工裝、葉片及配重系統(tǒng)的合成重心（質(zhì)心）位于水平回轉(zhuǎn)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(nèi)旋轉(zhuǎn)，其合成質(zhì)心始終位于回轉(zhuǎn)中心上，即車輛的中心線上，車輛載質(zhì)量居中不偏載，車貨處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)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(duì)道路兩側(cè)的障礙物如山體、山體上樹木的高度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，確定項(xiàng)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(jìn)行仰俯角度的調(diào)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(yùn)行的安全。葉片舉升角度過大，整車重心較高，運(yùn)行至較大橫坡時(shí)穩(wěn)定性不好，容易發(fā)生車輛側(cè)傾，所以需要控制在一個(gè)合適的舉升角度范圍內(nèi)。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(gè)平衡角為基準(zhǔn)角對(duì)工裝進(jìn)行配重及操作工裝上下舉升或回轉(zhuǎn)。葉片外形尺寸、重量、重心及舉升工裝不變時(shí)，平衡角是隨工裝的配重質(zhì)量大小而變化的。為了葉片運(yùn)輸安全，對(duì)舉升平衡角和在工裝上配重質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行論述，以及非平衡狀態(tài)時(shí)如何操作，避免車輛側(cè)傾。

表1：各部件、配重對(duì)應(yīng)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(nèi)配重關(guān)系

四、葉片平衡角的測(cè)定方法

以121型葉片進(jìn)行配置計(jì)算，121型葉片參數(shù)見表2。根據(jù)障礙物和舉升工裝情況確定平衡角25°。葉片舉升25°時(shí)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(nèi)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(dòng)力機(jī)組重量）。

圖4 平衡角25°時(shí)舉升工裝各部件、葉片及配重重心位置

假設(shè)葉片縱重心線始終垂直葉根端面。

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

1.配重計(jì)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(nèi)的配重，下面計(jì)算平衡角25°時(shí)舉升工裝上部配重和兩油缸之間鋼架內(nèi)的配重。計(jì)算用圖見圖4。

根據(jù)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(nèi)配重關(guān)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(shí)，葉片、舉升工裝及配重系統(tǒng)達(dá)到平衡，計(jì)算平衡狀態(tài)時(shí)的重心高。按圖5計(jì)算。

圖5 葉片舉升25°時(shí)系統(tǒng)平衡狀態(tài)的重心高

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

葉片舉升25°時(shí)，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(jù)以上計(jì)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?jī)捎透组g鋼架內(nèi)配重9.97t，此時(shí)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(dòng)力鵝頸+動(dòng)力鵝頸上面配重+車板用動(dòng)力機(jī)組+連接平臺(tái)+平臺(tái)內(nèi)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(jì)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?jī)捎透组g鋼架內(nèi)配重9.97t時(shí)，車貨重心高H車貨=2510.56mm。

根據(jù)以上計(jì)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?jī)捎透组g鋼架內(nèi)配重9.97t，此時(shí)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(yùn)輸時(shí)穩(wěn)定性較好。

五、平衡角在實(shí)際運(yùn)行中的運(yùn)用

1.葉片、舉升工裝及配重在平衡角時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)

在葉片堆場(chǎng)按平衡角時(shí)計(jì)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(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。此時(shí)，工裝作360°（車輛前行方向?yàn)?°）回轉(zhuǎn)，特別是回轉(zhuǎn)到90°和270°時(shí)分別觀察、測(cè)量車板兩側(cè)高度是否發(fā)生變化，再根據(jù)變化值大小調(diào)整工裝配重，見圖6、圖7。

圖6 舉升工裝回轉(zhuǎn)至90°狀態(tài)

圖7 舉升工裝回轉(zhuǎn)至270°狀態(tài)

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

2.非平衡角狀態(tài)下舉升工裝回轉(zhuǎn)對(duì)穩(wěn)定性的影響

在運(yùn)輸過程中，平衡角只是個(gè)理論的角度，在實(shí)際舉升運(yùn)輸過程中不可能長(zhǎng)期保持平衡角運(yùn)輸，因此，舉升轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)掌握舉升工裝重心轉(zhuǎn)移的大致位置。

（1）判斷失穩(wěn)時(shí)重心轉(zhuǎn)移大致位置

當(dāng)葉片舉升角大于平衡角時(shí)，車輛上部舉升工裝重心將后移，轉(zhuǎn)移至配重端，舉得越高，重心越往工裝配重側(cè)轉(zhuǎn)移。

當(dāng)葉片舉升角小于平衡角時(shí)，車輛上部舉升工裝重心將前移，轉(zhuǎn)移至葉尖端，舉得越低，重心越往葉片葉尖端轉(zhuǎn)移。

（2）補(bǔ)償失穩(wěn)的操作方法

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

（3）橫坡補(bǔ)償

橫坡是在倒運(yùn)過程中最重要的風(fēng)險(xiǎn)源之一，葉片運(yùn)輸舉升工裝車的側(cè)傾，大多是在有橫坡或者急劇顛簸路面時(shí)候發(fā)生的，遇到橫坡時(shí)按下面方法操作。

液壓軸線板：在橫坡路面情況下，調(diào)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(diào)整板面的高度，在遇到橫坡時(shí)，需調(diào)整舉升工裝合成重心位置來補(bǔ)償因橫坡導(dǎo)致的重心轉(zhuǎn)移。

補(bǔ)償原則：使舉升工裝合成重心向橫坡高處一側(cè)轉(zhuǎn)移。見表4。

車輛側(cè)傾案列：在實(shí)際運(yùn)輸過程中橫坡是發(fā)生側(cè)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(zhuǎn)了一定角度，車輛重心和橫坡方向一致，失穩(wěn)疊加，導(dǎo)致車輛側(cè)傾，見圖8。

圖8 葉片運(yùn)輸舉升車輛整體重心偏移導(dǎo)致側(cè)傾

（4）長(zhǎng)上、下坡補(bǔ)償

葉片前置舉升運(yùn)輸過程中，如果遇到上坡路段，車輛會(huì)產(chǎn)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(shí)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(zhuǎn)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(yùn)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(bǔ)償原則

（5）前、后置轉(zhuǎn)換

葉片舉升角度在平衡角附近時(shí)，上部工裝的重心位于車板上回轉(zhuǎn)支撐的中心，在整個(gè)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(shí)適合葉片作前、后置轉(zhuǎn)換和大角度回轉(zhuǎn)等操作。見圖10。

圖10 葉片前后置轉(zhuǎn)換及大角度回轉(zhuǎn)操作

（6）工裝回轉(zhuǎn)

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

大角度回轉(zhuǎn)時(shí)需停車操作，運(yùn)行時(shí)回轉(zhuǎn)角度不能太大，根據(jù)躲避空障情況盡量要小。

六、結(jié)論

通過上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片舉升運(yùn)輸平衡角與舉升工裝配重關(guān)系的論述，使作業(yè)人員可以根據(jù)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(chǎng)地或路面360°內(nèi)任意回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)過程中車輛的穩(wěn)定性較好且處于安全狀態(tài)，車輛不會(huì)出現(xiàn)安全事故或側(cè)傾。

在橫坡路段，工裝舉升角度可以通過調(diào)節(jié)偏離平衡角或回轉(zhuǎn)，對(duì)因橫坡產(chǎn)生的車輛不平衡狀態(tài)進(jìn)行補(bǔ)償，始終使車輛處于較好的平衡狀態(tài)，避免側(cè)翻事故的發(fā)生。

確立舉升工裝平衡角后，在車輛運(yùn)行過程中葉片舉升工裝仰俯角的變化、工裝回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部質(zhì)量（舉升工裝、配重及葉片）合成重心位置的變化有了參照對(duì)象，操作者可以根據(jù)重心變化對(duì)車輛穩(wěn)定性的作用影響，隨時(shí)改變自己的操作行為，始終保持操作結(jié)果向有利于車輛安全穩(wěn)定方向進(jìn)行。