新型履帶式運輸車在灘涂地形條件下的推廣應用

黃小浪 李鵬 李偉

湖北省送變電工程公司 湖北 武漢 430000

1 沿海灘涂區域成為風能開發的新寶地

風能是一種優質可再生清潔能源，具有取之不盡、用之不竭，對環境無污染，轉化能效比高等特點，已經具備規模化商業化開發的市場前景，在緩解能源短缺、推廣使用清潔能源、促進能源可持續供給等方面具有顯著的經濟和社會價值。

近年來，我國加大了風能開發力度，風力發電技術和風電裝機規模均發展迅猛。由于陸上風電場開發便利，優質陸上風電場逐年快速減少；而我國沿海灘涂地帶風能資源豐富，成為新一輪風電場建設的主戰場。但是，沿海風電場灘涂地帶地質疏松、自然承載力低，以及特有的潮汐現象對風機基礎施工物料、風機零部件的運輸提出挑戰，無法利用常規車輛和船舶進行運輸，需要研發新型灘涂地形的專用運輸裝備。

2 灘涂區域風電場建設運輸方案比選

灘涂地形對運輸裝備要求的特殊性體現在[1]：①地質疏松，自然承載力只有0.15Mpa；②獨有潮汐現象，漲潮時地面可處于水下數米，落潮時基本露出地面；③灘涂區域寬度極廣，在部分區域潮汐帶寬度可數公里至數十公里。同時，風電場建設物料數量多、重量重，單臺風機光零部件就有近200噸，包括基礎施工物料在內總共需運輸近千噸物料。

地形獨特、物料量大的特點，導致運輸成為制約沿海灘涂地帶風電場建設的一個施工難題。目前，無論是常規的水上運輸方式如搭建棧橋、圍堰，使用運輸船運輸，還是國際上開發的灘涂運輸設備，均不太適宜承擔相關運輸工作。具體方案優缺點對比如下表所示：

方案優缺點可行性搭建棧橋、圍堰投資成本過高、建設周期過長不可行常規運輸船吃水較淺入灘作業不便、遇退潮時無法作業不可行傳統輪式陸上運輸車灘涂地面承載力無法滿足行駛要求不可行氣墊船費用高、油耗大，成本高，操控性、穩定性不佳不優越野型沙漠輪胎速度快、效率高，地面承載力不能完全滿足行駛要求不可行履帶式運輸車效率高、能效比高、可選型、接地比壓滿足承載力要求可行

目前，國內外海上風電場建設所采用的灘涂地帶風電施工運輸裝備主要由氣墊船、履帶式運輸車兩大類。其中氣墊船是利用高壓空氣氣墊在船底與支撐表面之間，通過高壓空氣的抬升作用，實現船體部分或全部懸浮于支撐表面之上而高速行駛。氣墊船以脫離支撐表面的形式，從而對地面承載力要求極低，但費用高、油耗大，成本高，操控性、穩定性不佳。總體而言，履帶式運輸車的綜合效能要優于其他方式，是灘涂地帶風電施工運輸裝備的首選。

3 新型履帶式運輸車行駛原理

新型履帶式運輸車的核心部件是履帶行走裝置和車架。其中，履帶行走裝置主要由“四輪一帶”組成，即驅動輪、支重輪、導向輪、拖帶輪、履帶組成。車架的設計主要需考慮到大型零部件運輸、裝卸的便利，并科學設定全車載重、承載平臺、載荷分配，和動力單元并車布置。

下圖是履帶式車輛行駛基本原理圖。它的動力原理主要是依靠履帶作卷繞運動時，地面對履帶接地段產生反作用力，從而推動車輛前進。下圖中，1～3段為履帶驅動段，4～5段是履帶行走裝置上部區段，6～8段是裝置前部區段，8～1段是接地支承段。當車輛啟動行駛后，在驅動力矩MK的作用下，1～3段履帶產生拉力Ft，把1～8段履帶從支重輪下拉出，導致所接觸的環境表面對履帶接地段產生反作用力FK，這一反作用力作用方向與車輛行駛方向一致，推動車輛前進，進而完成車輛的行駛。

在開發設計的過程中，履帶運輸車生產廠家往往還會對車輛進行改良，以增強其在灘涂地面的可通過性。如履帶板采用方形履刺，以大大減少車輛行駛過程中對軟土地面的擾動破壞，提升重載車輛在軟土地面的可通過性。采用平板式承載平臺，載荷分配位于車體結構幾何中心，以增強大型部件運載能力和行駛穩定性。此外，車體采用浮箱結構，郵箱采用可升降支腿結構，以提升不同潮汐環境下車輛的通過性。車輛采用GPS精準定位系統和智能控制系統，以提升車輛的定位性能、控制性能。

4 適用灘涂區域風電場建設的履帶式運輸車參數確定及選型

履帶式運輸車在電力施工物料運輸中具有廣泛的適用性，除可用于灘涂區域風電場建設外，還可用于沼澤、離岸沙洲、軟土地帶施工。其基本要求是：能夠在灘涂區域和淺水海域行駛，兼顧陸上和水下行駛；自重較輕、承載力大、具有一定的爬坡能力，轉向、驅動性能良好；有較大的接地面積，地面比壓小。

國內有相關文獻列出了整車總體設計技術參數表[2]，如下表所示：

履帶運輸車主要技術參數表

在具體的工程建設過程中，可根據工況條件要求，對上述參數進行一定的修正，選擇更加適用于本項目實際的履帶式運輸車。具體選型時參數確定可參考以下原則。

結構參數的確定。履帶式運輸車的結構參數應能滿足可通過性要求。可通過性是由車輛行駛時的接地比外值所決定的。接地比壓值即車輛自重和車輛載荷之和除以接地面積。當接地比壓值低于環境表面承載力時，車輛即可通行。否則，車輛則無法通過。同時，結構參數的確定還需要保證車輛行駛阻力較小、滿足車輛的轉向要求、穩定性要求。轉向的穩定性取決于履帶行走裝置的長寬比。這一長寬比須在1.01～1.6之間，如果長寬比高于1.7.則不能轉向，且功率要求高；如果長寬比低于1.0，則轉向系統極不穩定。

工作參數的確定。為了保證履帶式運輸車在工作時能夠適應施工需要，除可通過性、轉向性、穩定性外，還有兼顧車輛的行駛速度、爬坡能力、轉向半徑、驅動功率等。其中，對轉向半徑的要求尤為重要，其轉向半徑不宜過大，否則會帶來施工不便。此外，運輸車應支持模塊化并車運輸方案。每輛運輸車能夠成為一個獨立的運輸動力模塊，可多臺運輸車安裝專用的承載平臺并車運輸，從而完成大型風電機組零部件的物料運輸任務。

5 結束語

與灘涂地形類似，沼澤、軟土、沙洲同樣屬于表面自然承載力低的地形條件。履帶式運輸車不僅適用于灘涂地形，同樣適用于這類特殊地形。隨著在特殊地形條件下開展風電場建設和特高壓輸電線路建設項目的日益增多，研發、選用新型履帶式運輸車將體現出越來越重要的技術經濟價值。電力施工企業應加快相關知識儲備，積極開展技術實驗，并對不同工況下履帶式運輸車行駛性能開展動力學仿真分析，推動履帶式運輸車結構優化設計。

[1] 劉劍.潮間帶風電場建設專用履帶式運輸車關鍵技術研究[D].河南:鄭州大學碩士學位論文,2016.

[2] 王雷.履帶式灘涂運輸車行駛性能分析研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學碩士學位論文,2010.