油田管道施工多功能車的研制與應(yīng)用

喬昌軍

中石化江蘇油建工程有限公司 江蘇揚(yáng)州 225001

江蘇油田地面工程集輸管道建設(shè)中常用133mm 囗徑以下管材，主要作業(yè)場(chǎng)所在野外，其地形地貌大多為溝、渠、堤壩、水稻田、機(jī)耕道等水網(wǎng)地帶。油區(qū)管道施工時(shí)，管材常用吊車、卡車、拖拉機(jī)協(xié)同作業(yè)運(yùn)至作業(yè)帶，經(jīng)狹窄的田埂或機(jī)耕道運(yùn)至施工線路附近后，人工抬運(yùn)到作業(yè)帶。如遇陰雨天氣施工更加艱難。施工中依靠‘人拉肩扛’的鐵人精神解決了不少困難，但存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工效率低，施工費(fèi)用高等難題。隨著勞動(dòng)力緊缺，人工工資大幅度上漲，企業(yè)的利潤(rùn)空間逐步收縮，勢(shì)必給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。

2011 年中石化定額調(diào)整中主要體現(xiàn)三點(diǎn)：一是人工單日工資上調(diào)；二是單位工程人工定額含量下調(diào)；三是單位工程量施工中機(jī)械臺(tái)班定額含量上調(diào)。上述三項(xiàng)調(diào)整體現(xiàn)了鮮明的政策導(dǎo)向，施工企業(yè)必須加大創(chuàng)新投入，提升施工過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化程度，減少純勞力投入，達(dá)到保持企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

基于上述因素，我公司決定開(kāi)發(fā)研制一種多功能車，來(lái)完成油區(qū)管材的吊裝、運(yùn)輸、散布管施工作業(yè)，降低人工投入。

1 多功能車設(shè)計(jì)思路

為了解決上述施工中存在的困難和風(fēng)險(xiǎn)，需要開(kāi)發(fā)研究一種多功能車，來(lái)完成管材的吊裝、運(yùn)輸、散管布管作業(yè)任務(wù)。設(shè)計(jì)研制多功能車基本思路是：需要有適宜的裝載量、行使速度、路況適應(yīng)性和安全可靠性，同時(shí)多功能車附屬裝置具備管材的吊裝、卸管、散布管等功能。

多功能車的主要構(gòu)成包括行走系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、裝管、卸管及散布管裝置等。主要工作系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的要求和目標(biāo)：

1.1 行車系統(tǒng)

要有足夠的驅(qū)動(dòng)力和承載能力適應(yīng)水鄉(xiāng)油田的各種復(fù)雜路況，同時(shí)具備可靠的制動(dòng)性能。

1.2 裝管支架

具備穩(wěn)定堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)能承載鋼質(zhì)管道的重量，行駛安全，免繩索捆綁固定，避免管道碰撞和滾動(dòng)。

1.3 吊管系統(tǒng)

多功能車液壓吊管裝置能實(shí)現(xiàn)多根管材同時(shí)吊裝，無(wú)需另配備起重設(shè)備，適于野外施工需求。

1.4 散布管系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)沿作業(yè)線一邊行走一邊單根卸管，有防止其余管材連續(xù)滾落的阻擋裝置，避免人工卸管管材碰撞而損壞防腐層和扎傷人員的風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 路況適應(yīng)性

保證對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)各種路況的適應(yīng)性，包括泥濘、濕滑、狹窄、顛簸、坡道、急彎路段等。

2 技術(shù)路線及理論計(jì)算

2.1 動(dòng)力行走部分設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)行車最大速度50km/ h,動(dòng)力扭矩余量要大于一般貨車以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)路況。

選定28HP 單缸柴油機(jī)作動(dòng)力源，額定功率20.58kW。后置驅(qū)動(dòng)輪保證重載時(shí)附著力和抓地力有效輸出，同時(shí)也規(guī)避了驅(qū)動(dòng)輪前置和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)一布置的技術(shù)復(fù)雜性與高額的制造成本。

圖1 液壓系統(tǒng)示意圖

后置驅(qū)動(dòng)輪由高壓子午線胎和低壓防滑胎組合而成。低壓防滑胎側(cè)重克服鄉(xiāng)村機(jī)耕道路松軟土質(zhì)，提供強(qiáng)勁的附著力和驅(qū)動(dòng)力；高壓子午線胎側(cè)重于在重載時(shí)增加承載面積提升承載能力，從而提高車身穩(wěn)定性。

駕駛席及液壓缸要設(shè)置防撞護(hù)欄，避免管道起吊過(guò)程碰撞駕駛操作人員和設(shè)備本身。

制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)轂剎裝置實(shí)現(xiàn)可靠的制動(dòng)性能。

2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工作油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱取力器分配的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力勢(shì)能，作為裝管液壓缸和卸管液壓缸的動(dòng)力源，中間由多路閥控制工作狀態(tài)，各元件間由高壓油管順序連接(見(jiàn)圖1)。

取力器在液壓系統(tǒng)工作時(shí)聯(lián)動(dòng)，在多功能車行進(jìn)中脫離。當(dāng)液壓系統(tǒng)超壓時(shí)管路中設(shè)置旁路閥自行卸壓，以保護(hù)系統(tǒng)不受過(guò)載損壞。

2.3 管道吊裝系統(tǒng)力學(xué)計(jì)算

擬定選用 2TGI- E86*250 型液壓缸，總行程500mm,最大頂升載荷18t，工作油壓16MPa（見(jiàn)圖2）。

依據(jù)杠桿原理計(jì)算得裝管吊臂末端最大可用載荷為3.6t ，能滿足多根管道同時(shí)起吊的要求。吊臂旋轉(zhuǎn)鉸鏈部位加設(shè)重載型止推軸承，旋轉(zhuǎn)由人力牽拉實(shí)現(xiàn)。

圖2 裝管機(jī)構(gòu)示意圖

2.4 卸管部分受力計(jì)算

卸管部分能實(shí)現(xiàn)單根卸管，后排管材滾動(dòng)跟進(jìn)，由限位裝置擋住，機(jī)構(gòu)升降一次卸一根管。液壓缸回位后準(zhǔn)備卸第二根管，因此需要使用雙作用液壓缸。《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選型（見(jiàn)表1）。

表1 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選型表

配置的雙作用液壓缸，最大單根鋼管卸管重量為1.89t,滿足油區(qū)各類鋼管單根卸管要求。

3 實(shí)施情況

多功能車由車架1、發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱3、轉(zhuǎn)向輪2、驅(qū)動(dòng)輪9、剎車裝置等部件構(gòu)成行車系統(tǒng)；裝管機(jī)構(gòu)7 位于車架中部左側(cè)（從車尾俯視運(yùn)布管車時(shí)），由液壓缸6 驅(qū)動(dòng)一根吊臂將成批堆放在現(xiàn)場(chǎng)的管材吊裝到管道支架4、8 上擱置；管道支架為車架前后兩點(diǎn)支撐、支架橫梁向卸管機(jī)構(gòu)（12.13.14）一側(cè)傾斜；運(yùn)輸?shù)讲脊芪恢煤髥?dòng)卸管機(jī)構(gòu)，卸一根管后繼續(xù)前進(jìn)到下一根管的位置卸管(見(jiàn)圖3)。

卸管機(jī)構(gòu)位于車架右側(cè)前后兩端，前后兩個(gè)同步動(dòng)作；卸管時(shí)液壓缸14 收縮帶動(dòng)杠桿12 翻轉(zhuǎn)，將一根管道從管道支架上推下，同時(shí)杠桿末端弧形限位裝置13 將支架上其余管道擋在支架上。卸管后液壓缸14 外伸將杠桿12 復(fù)位，管道滾入杠桿卸管位置，為下一根卸管做好準(zhǔn)備。

圖3 系統(tǒng)總裝示意圖

驅(qū)動(dòng)輪9 后置，由內(nèi)側(cè)高壓胎和外側(cè)防滑胎組合而成。駕駛操作席5 位于車架前端左側(cè)，駕駛席左右及上方設(shè)有防撞支架10，保證吊裝時(shí)不發(fā)生因管材旋轉(zhuǎn)、側(cè)移等現(xiàn)象而碰傷駕駛操作人員。

4 場(chǎng)地測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)試用

多功能車組裝完畢后進(jìn)行場(chǎng)地測(cè)試（見(jiàn)圖4），行走速度、承載能力、制動(dòng)性能、起吊能力、卸管動(dòng)作等符合設(shè)計(jì)思路。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試用（見(jiàn)圖5），使用情況符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 場(chǎng)地測(cè)試照片

圖5 現(xiàn)場(chǎng)試用照片

多功能車由液壓裝管、卸管機(jī)構(gòu)相結(jié)合 提高油田地面管道施工機(jī)械化程度，節(jié)省人工成本，提高吊、運(yùn)、布管施工效率，提高現(xiàn)場(chǎng)施工安全性。該多功能車現(xiàn)場(chǎng)使用兩年多來(lái)受到施工班組青睞，極大的降低了一線施工工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率，改變了‘人拉肩扛’的落后面貌。

多功能車現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，過(guò)去至少需要4 人吊、運(yùn)、布管施工任務(wù)，壓縮為2 人操作即可完成。提高了工作效率，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅下降，安全性也顯著提升。

以已經(jīng)完工長(zhǎng)約2000m 的三管流程為例：需要吊、運(yùn)、散布鋼管為750 根，重約150t，最大運(yùn)距5000m。用傳統(tǒng)方法施工：4人組合在吊車、卡車、拖拉機(jī)配合下，每天能吊、運(yùn)、布50 根管，總共需要15d 完成；用多功能車作業(yè)：2 人組合每天吊、運(yùn)、布150 根管，總共需要5d 完成。很顯然工效提高5 倍，而且所用工人數(shù)降低了一半。

目前多功能車只限于油區(qū)工地使用，沒(méi)有“戶囗”還不能上公路行駛。

但多功能車研制技術(shù)，已獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利授權(quán)。

1 聞邦椿《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M] 機(jī)械工業(yè)出版社2005

2 劉明威《工程力學(xué)》[M] 武漢大學(xué)出版社2000