新型履带式运输车在滩涂地形条件下的推广应用

黄小浪 李鹏 李伟

湖北省送变电工程公司 湖北 武汉 430000

1 沿海滩涂区域成为风能开发的新宝地

风能是一种优质可再生清洁能源，具有取之不尽、用之不竭，对环境无污染，转化能效比高等特点，已经具备规模化商业化开发的市场前景，在缓解能源短缺、推广使用清洁能源、促进能源可持续供给等方面具有显著的经济和社会价值。

近年来，我国加大了风能开发力度，风力发电技术和风电装机规模均发展迅猛。由于陆上风电场开发便利，优质陆上风电场逐年快速减少；而我国沿海滩涂地带风能资源丰富，成为新一轮风电场建设的主战场。但是，沿海风电场滩涂地带地质疏松、自然承载力低，以及特有的潮汐现象对风机基础施工物料、风机零部件的运输提出挑战，无法利用常规车辆和船舶进行运输，需要研发新型滩涂地形的专用运输装备。

2 滩涂区域风电场建设运输方案比选

滩涂地形对运输装备要求的特殊性体现在[1]：①地质疏松，自然承载力只有0.15Mpa；②独有潮汐现象，涨潮时地面可处于水下数米，落潮时基本露出地面；③滩涂区域宽度极广，在部分区域潮汐带宽度可数公里至数十公里。同时，风电场建设物料数量多、重量重，单台风机光零部件就有近200吨，包括基础施工物料在内总共需运输近千吨物料。

地形独特、物料量大的特点，导致运输成为制约沿海滩涂地带风电场建设的一个施工难题。目前，无论是常规的水上运输方式如搭建栈桥、围堰，使用运输船运输，还是国际上开发的滩涂运输设备，均不太适宜承担相关运输工作。具体方案优缺点对比如下表所示：

方案优缺点可行性搭建栈桥、围堰投资成本过高、建设周期过长不可行常规运输船吃水较浅入滩作业不便、遇退潮时无法作业不可行传统轮式陆上运输车滩涂地面承载力无法满足行驶要求不可行气垫船费用高、油耗大，成本高，操控性、稳定性不佳不优越野型沙漠轮胎速度快、效率高，地面承载力不能完全满足行驶要求不可行履带式运输车效率高、能效比高、可选型、接地比压满足承载力要求可行

目前，国内外海上风电场建设所采用的滩涂地带风电施工运输装备主要由气垫船、履带式运输车两大类。其中气垫船是利用高压空气气垫在船底与支撑表面之间，通过高压空气的抬升作用，实现船体部分或全部悬浮于支撑表面之上而高速行驶。气垫船以脱离支撑表面的形式，从而对地面承载力要求极低，但费用高、油耗大，成本高，操控性、稳定性不佳。总体而言，履带式运输车的综合效能要优于其他方式，是滩涂地带风电施工运输装备的首选。

3 新型履带式运输车行驶原理

新型履带式运输车的核心部件是履带行走装置和车架。其中，履带行走装置主要由“四轮一带”组成，即驱动轮、支重轮、导向轮、拖带轮、履带组成。车架的设计主要需考虑到大型零部件运输、装卸的便利，并科学设定全车载重、承载平台、载荷分配，和动力单元并车布置。

下图是履带式车辆行驶基本原理图。它的动力原理主要是依靠履带作卷绕运动时，地面对履带接地段产生反作用力，从而推动车辆前进。下图中，1～3段为履带驱动段，4～5段是履带行走装置上部区段，6～8段是装置前部区段，8～1段是接地支承段。当车辆启动行驶后，在驱动力矩MK的作用下，1～3段履带产生拉力Ft，把1～8段履带从支重轮下拉出，导致所接触的环境表面对履带接地段产生反作用力FK，这一反作用力作用方向与车辆行驶方向一致，推动车辆前进，进而完成车辆的行驶。

在开发设计的过程中，履带运输车生产厂家往往还会对车辆进行改良，以增强其在滩涂地面的可通过性。如履带板采用方形履刺，以大大减少车辆行驶过程中对软土地面的扰动破坏，提升重载车辆在软土地面的可通过性。采用平板式承载平台，载荷分配位于车体结构几何中心，以增强大型部件运载能力和行驶稳定性。此外，车体采用浮箱结构，邮箱采用可升降支腿结构，以提升不同潮汐环境下车辆的通过性。车辆采用GPS精准定位系统和智能控制系统，以提升车辆的定位性能、控制性能。

4 适用滩涂区域风电场建设的履带式运输车参数确定及选型

履带式运输车在电力施工物料运输中具有广泛的适用性，除可用于滩涂区域风电场建设外，还可用于沼泽、离岸沙洲、软土地带施工。其基本要求是：能够在滩涂区域和浅水海域行驶，兼顾陆上和水下行驶；自重较轻、承载力大、具有一定的爬坡能力，转向、驱动性能良好；有较大的接地面积，地面比压小。

国内有相关文献列出了整车总体设计技术参数表[2]，如下表所示：

履带运输车主要技术参数表

在具体的工程建设过程中，可根据工况条件要求，对上述参数进行一定的修正，选择更加适用于本项目实际的履带式运输车。具体选型时参数确定可参考以下原则。

结构参数的确定。履带式运输车的结构参数应能满足可通过性要求。可通过性是由车辆行驶时的接地比外值所决定的。接地比压值即车辆自重和车辆载荷之和除以接地面积。当接地比压值低于环境表面承载力时，车辆即可通行。否则，车辆则无法通过。同时，结构参数的确定还需要保证车辆行驶阻力较小、满足车辆的转向要求、稳定性要求。转向的稳定性取决于履带行走装置的长宽比。这一长宽比须在1.01～1.6之间，如果长宽比高于1.7.则不能转向，且功率要求高；如果长宽比低于1.0，则转向系统极不稳定。

工作参数的确定。为了保证履带式运输车在工作时能够适应施工需要，除可通过性、转向性、稳定性外，还有兼顾车辆的行驶速度、爬坡能力、转向半径、驱动功率等。其中，对转向半径的要求尤为重要，其转向半径不宜过大，否则会带来施工不便。此外，运输车应支持模块化并车运输方案。每辆运输车能够成为一个独立的运输动力模块，可多台运输车安装专用的承载平台并车运输，从而完成大型风电机组零部件的物料运输任务。

5 结束语

与滩涂地形类似，沼泽、软土、沙洲同样属于表面自然承载力低的地形条件。履带式运输车不仅适用于滩涂地形，同样适用于这类特殊地形。随着在特殊地形条件下开展风电场建设和特高压输电线路建设项目的日益增多，研发、选用新型履带式运输车将体现出越来越重要的技术经济价值。电力施工企业应加快相关知识储备，积极开展技术实验，并对不同工况下履带式运输车行驶性能开展动力学仿真分析，推动履带式运输车结构优化设计。

[1] 刘剑.潮间带风电场建设专用履带式运输车关键技术研究[D].河南:郑州大学硕士学位论文,2016.

[2] 王雷.履带式滩涂运输车行驶性能分析研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学硕士学位论文,2010.