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山地风电履带运输设备研究及应用

2024-11-11 95 上传者：管理员

摘要：针对风电建设工程中，山地环境路面狭窄，纵横坡度大，路面地质条件差，对风电设备运输和转场要求较高的现状，研发出一种能适应山区地带狭窄路面、大角度爬坡的山地风电专用履带运输车。介绍整机的结构组成和技术创新点，并进行稳定性和安全性计算。样机试验表明，该山地风电专用履带运输车能够满足山地环境下风电设备的运输、转场需求。

关键词：
山地履带运输车
山地风电场
清洁能源
稳定性计算
风电
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1、概述

风电作为清洁能源，近年来并网入电比例不断加大，极大带动了风电建设市场的发展。根据目前风电建设市场现状，环境条件好、项目建设简单的风电场越来越少，风电施工项目逐渐转向风电资源丰富的山区地带，未来山区风电将迎来跨越式的发展。山区地带道路狭窄弯曲，纵横坡度较大，地面土质较为松软，同时，随着风电单机容量越来越大，叶片越来越长，风机运输和安装的难度越来越大，因此，风电设备或起重设备的运输成了至关重要的一环[1]。

风电设备在抵达山地风电场施工区域后，山区运输和安装施工作业安全隐患多，施工风险高，存在大量的不确定性因素，极易引发安全事故。这些因素的存在使得山地风电场设备运输和安装的难度很大，必须采取科学合理的办法来确保施工安全和质量[2]。为提高山地风电建设效率，缩短项目周期，打通风电设备最后“1公里”山地运输难题，我公司持续开展风电山地运输方法研究，并快速开发出一种适应山地环境、安全性高的履带运输设备，助力风电建设。

2、山地风电履带运输车结构组成

山地风电履带运输车以履带式底盘为行走系统，可运输叶片、塔筒、机舱等，其主要结构如图1所示，主要由履带梁、车架、运输平台、动力箱总成（包含发动机系统、液压系统、电气控制系统）、伸缩液压缸、液压油箱及燃油箱等组成。其中，运输平台可作为多功能平台安装不同风电设备固定结构，可在车架上实现滑动，实现在坡道上进行重心调节的功能。山地履带运输车还搭载有叶片举升工装，具备运输风电叶片的功能。

图1山地履带运输车整机组成

3、整机工作原理

整机以履带运输车为载体，如图2所示，运输平台搭载叶片举升工装，车架内设置滑行轨道，运输平台可在车架轨道内滑动，以调整整机重心位置。叶片安装在举升工装上，叶片举升工装具有回转与俯仰功能，通过重心计算控制系统的实时在线反馈，可实时操作举升工装的回转与俯仰，满足在不同风速、不同角度坡道上的重心位置调整需求，让整机重心始终处于安全范围以内。

图2山地履带运输车车架与运输平台滑动结构

4、技术创新点

(1）山地履带运输车采用履带式底盘+叶片举升工装一体式整机设计，充分利用了履带底盘接地比压小，抓地力强，行走动力大等优点，克服了轮胎式板车牵引工装存在的因抓地力差导致倒溜的巨大安全隐患。履带运输车转弯半径小，适用于山地风电叶片运输山路的急弯陡坡路况。

(2）通过动态改变运输平台在车架上的位置，可改变整车重心位置，保障了风电履带运输车在大角度山坡路段运输超大尺寸叶片设备的安全性。

(3）采用导轨式滑动平台结构，并在滑动过程中设置上下限位，保障了滑动平稳性。特别设计的上滚轮结构（见图3）有效避免了滑动过程出现的卡滞现象，确保运输平台在车架上移动可靠。

图3滑动平台结构

5、整机稳定性计算

不同的坡道和叶片尺寸对整机的安全性影响至关重要，本文结合叶片在山地运输的实际情况，提出一套完整的山地履带运输车稳定性计算方法，并将计算公式嵌入遥控控制程序中，通过程序控制，实现超出重心范围时的实时报警及限动，保证整车运输过程中的安全性。

5.1边界条件说明

(1）运输叶片时，工装满足左右旋转0～±90°、叶片举升旋转0～40°；极限状态时，整机重心位于履带前后左右接地70%范围内。

(2）运输叶片状态和空车状态时，满足20%上下坡与行走转弯整机稳定性要求。

以履带底盘前后方向为X轴，左右方向为Y轴，上下方向为Z轴，履带底部正中心为坐标原点，计算模型如图4所示。

5.2水平路面下的整机稳定性计算

水平路面下整机稳定性计算的已知参数如表1所示，需计算的参数如表2所示。

图4山地履带运输车计算模型与尺寸示意图

表1水平路面下整机稳定性计算的已知参数

表2水平路面下整机稳定性需计算的参数

(1）叶片重心。

(2）叶片工装重心。

(3）附加配重重心。

(4）整机重心[3]。

5.3考虑坡道及风载状态的整机稳定性计算

考虑坡道及风载状态的整机稳定性计算的已知参数如表3所示。

(1）纵坡状态下前后重心移动距离。

(2）纵坡状态下左右重心移动距离。

(3）有风状态下的前后重心移动距离。

表3考虑坡道及风载状态的整机稳定性计算的已知参数

(4）有风状态下的左右重心移动距离。

5.4安全性计算

履带运输车运输叶片与流动式起重机工况类似，依据流动式起重机抗倾覆性安全标准GB/T 3811—2008，整机重心位于前后左右倾覆线距离80%范围以内，为进一步增加运输安全性，取70%安全范围，安全系数计算公式为：

(1）运输叶片状态。主要变动参数有：运输叶片重量30 t，叶片举升角度0°，叶片工装旋转角度30°，平台移动距离为0，附加配重20 t，纵坡坡度15°，横坡坡度5°，其他已知参数为结构自身固有属性，可直接获取，代入可得：Kx=36.67%,Ky=22.11%，满足设计要求。

(2）空车行走状态。主要变动参数有：叶片工装旋转角度10°，平台移动距离为-1 500 mm，纵坡坡度15°，横坡坡度5°，其他已知参数为结构自身固有属性，可直接获取，代入可得：Kx=68.94%,Ky=55.33%，满足设计要求。

6、整机验证

试制完成后的山地风电履带运输车样机在重庆山地风电场进行了叶片运输试验，见图5，该场地纵坡坡度15°，横坡坡度2°，叶片质量25 t，无附件配重。试验结果表明，整机各项指标正常，行走稳定，满足设计要求。

图5风电叶片运输试验工况

7、结束语

本文通过理论计算结合样机实地验证，提出了山地风电设备大坡道运输解决方案，并进行了应用和验证。该产品已在国家风电建设中进行推广应用，为山地风电运输提供了理论支撑和宝贵经验，具有较好的应用推广性。

参考文献:

[1]代朋.山地风电场的道路设计及风电机组大部件的运输车辆应用[J].道路工程与技术,2023(14):38-40.

[2]魏永华.山地风电场设备运输及安装问题研究[J].电力系统装备,2020(18):177-178.

[3]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M]. 7版.北京:高等教育出版社,2009:92-95.

文章来源:徐阔,田佳佳,颛孙宗琪.山地风电履带运输设备研究及应用[J].工程机械,2024,55(11):34-37+8.

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期刊名称：工程机械

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