16×12運載車設計初步分析

王東　魯其青

摘 要：隨著油田對車裝鉆機要求的提高，車裝鉆機越來越重。現在的4 000m車裝鉆機重量已達到90t，并有繼續增加的趨勢，超出了14×12運載車的承載能力。本文討論現實中多橋車的現狀，提出設計思路，并就一種車裝鉆機對運載車的要求進行具體計算，得出切實可行的方案。

關鍵詞：車裝鉆機；運載車；懸掛型式；隨動轉向

中圖分類號：TE92；TE93 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0087-03

Designing and Analysis of the The 16×12 Carrier

Wang Dong1 Lu Qiqing2

（1.Downhole Operating Branch Company of SINOPEC North China Petroleum Engineer Company Limited，Nanyang Henan 474780；2.RG Petro-machinery Group Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473006）

Abstract： For exploiting the oilfield，stronger Mobile Drilling rigs are needed， so that the rigs become heavier. The 4 000m Mobile Drilling rig is 90 t in weight， and will be more heavier in the near future， the 14×12 carrier couldnt be used to mount and carry the drilling parts. This paper used carriers with more axles （seven axles） will be discussed and one designing method will be provided. At the end of the paper ， one kind of 8-axle carrier is calculated for being used as a carrier of the mobile drilling rig.

Keywords： mobile drilling rig；carrier；suspension type；servo steering

油田車裝鉆機在車輛分類中屬于專用作業車[1]。這類車輛不以貨物或人員為運輸對象，其功能主要是為了轉移工作地點。油田車裝鉆機的作業地點完全固定，主要是在油區，而非在道路上。

據統計，車裝鉆機每月（每年按10個月、每月按30d計算）鉆或修一口井，每天用時20h（車裝鉆機工作時是連續的，但固井、候凝、測井等，車裝鉆機不參與工作），井場轉移平均距離是50km，約需要2h。整個壽命期按12年計算，轉移井場行駛6 000km，生產廠家制造后出廠實驗行駛2 000km，轉移油區行駛2 000km（可能沒有）。因此，一臺車裝鉆機，整個服役期行駛8 000～10 000km，折算后行駛時間約260～300h。鉆修井所用時間為72 000h。行駛時間約為工作時間的3‰～4‰。由于行駛時間少，速度低，車裝鉆機所遵守的運載車標準比《GB 1589 道路車輛外廊尺寸、軸荷及質量限值》在單橋允許承載的重量上有所放寬。

隨著車裝鉆機重量的增加，對運載車的承載能力要求也越來越高。提高承載能力，只有三種方法：一是增加車橋數量；二是增加單橋的承載能力；三是降低自重。第三種方法，效果非常有限，本文不再討論。

多橋運載車在國內的運用主要是軍用特種車、大噸位公路起重機、油田車裝鉆機。軍用特種車要求具有極強的越野性能，特別是越壕能力，因此，采用獨立懸掛、獨立車橋，同時，單橋承載能力可以按16t計算。這種型式的運載車，性能好、價格高、運載車臺面高，不適應油田車裝鉆機。大噸位的公路起重機，在起重作業時為一體，公路行駛時為兩車，因此單車的重量并不大。油田車裝鉆機，如果井架單獨運輸，可以選用較小型號的運載車，但在油田現場安裝時，費工費時，且需要60t級別的吊車和較大的場地，這在油田不現實。

1 車橋懸掛布置型式

車橋的承載能力受制于車橋、輪胎、懸掛和各種標準中規定的最小值[2]。車裝鉆機用運載車，因為數量較少（和重型卡車相比），只能選用通用的部件。前橋輪胎選用18-22.5或是445/65R22.5。前者，20層級，單胎承載能力為5 450kg；后者，單胎承載能力為5 800kg。考慮到低速條件下承載能力的增加[3]，前者承載能力為5 722kg，后者承載能力為6 525kg。后橋輪胎（雙胎）選用12-20或是12.00R20。前者，20層級，承載能力為3 450kg；后者，20層級，承載能力為3 650kg。低速下，承載能力增加，前者承載能力是3 795kg，后者承載能力是4 088kg。

對于車輛前橋來說，承載能力的薄弱環節是輪胎。大噸位的車橋較容易選到，按《SY/T 5534-2007油氣田專用車通用技術條件》的要求，單根前橋的承載能力是12 000kg[2]。

氣懸橋承載能力的薄弱環節是氣囊。氣懸掛見圖1。

氣囊外圓直徑為254mm，作用直徑為244mm，允許最高壓力100psi。據此計算出簧載質量為12 300kg。因此，可以算出氣懸橋的承載能力是13 000kg（含車橋、輪胎、懸掛自重1 000kg）。

剛性懸掛的后雙橋，承載能力是26 000kg。這已是所用輪胎允許的最大限制。

隨動轉向車橋限于車橋結構的原因，目前的承載能力是10 000kg。

國內外，現有的14×8運載車及其變型14×12運載車，其車橋懸掛布置型式是：前三橋鋼板平衡懸掛、第四橋氣懸掛、第五六橋平衡梁懸掛、第七橋氣懸掛。也有部分生產廠家，將第四橋的氣懸掛移至平衡梁懸掛之后。

現在，16×12的運載車，數量會更少（與14×8運載車及其變型車相比），應充分考慮到產品的繼承性及部件的通用性。車橋的布置型式為：前三橋鋼板平衡懸掛車橋、第四橋氣懸掛車橋、第五六橋平衡梁懸掛車橋、第七橋氣懸掛車橋、第八橋隨動轉向氣懸掛車橋。這樣的布置型式，車橋的種類僅增加一種，見圖2。

這種16×12運載車首先用于4 000m車裝電驅動鉆機。按鉆機的要求，其上的動力配置如下：C18（463kW）+M6620AR。另有兩臺功率分別為600kW的電機用于鉆井。

2 計算分析

根據前文的分析，這種懸掛布置型式的16×12運載車的承載能力是98t，計算公式為：12×3+13+13×2+13+10=98。

將4 000m車裝電驅動鉆機分為20幾個總成（部件），分別算出各個總成的重量及重心位置。

各總成的重心座標規定：通過后尾梁中心線的垂直面與車架的縱向對稱平面、地面的交點為原點；縱向為X軸，座標原點向車頭方向為正；垂直方向為Y軸，向上為正；橫向為Z軸，駕駛室所在方向為正。各部件的重心及重量見表1。

以上總計96.48t。重心位置分別為：8 096.5、2 307.9、9.79mm。

按前三橋各橋承載相同、后雙橋各橋承載相同、各氣懸橋定載荷，計算出各車橋承載。前三橋36.82t、單橋12.27t；非轉向氣懸橋各13t、隨動轉向氣懸橋10t；后雙橋23.66t、單橋11.84t。可見，各橋的實際承載重量比較合理，前橋稍稍超重。

發動機額定功率463kW，運載車允許總重98t，比功率4.12kW/t；主動轉向橋承重36.82t，是車裝鉆機總重的38.2%；驅動橋承載73.48t，是車裝鉆機總重的76.2%，（僅有后橋驅動是34.9%），符合要求[1]。

限于篇幅，運載車的詳細計算不再敘述。

3 結論

從以上計算、敘述中可以看出，16×12運載車的車橋懸掛布置型式科學、重心分布合理，產品繼承性、通用性好，可以用于指導詳細設計、生產圖紙的繪制。今后，隨著車裝鉆機重量的增加，可以使用寬基輪胎、選用大噸位車橋，以增加運載車的允許承載能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 7258-2012，機動車運行安全技術條件[S].北京.中國標準出版社，2012.

[2]國家發展和改革委員會.SY/T 5534-2007，油氣田專用車通用技術條件[S].北京.石油工業出版社，2008.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 2977-2016，載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷[S].北京.中國標準出版社，2016.