適應長輸管道市場需求的閑置小型吊管機改造

高楊

（大慶油田工程建設有限公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

隨著我國石油、天然氣等能源產業(yè)的迅速發(fā)展，長輸管道項目也逐漸增多[1]，我國油氣長輸管道建設規(guī)劃如表1所示。在長輸管道的施工過程中，吊焊機[2]是不可或缺的重要設備，用于吊裝和焊接管道。然而，目前市場長輸管道項目以管徑1219 mm等大管徑為主，要求吊管機的最低起重能力達到70 t。而小噸位吊管機由于起重能力和吊幅范圍的限制已經無法滿足需求，大部分處于閑置狀態(tài)。

表1 我國油氣長輸管道建設規(guī)劃

因此，該研究旨在對小型吊管機進行改造，加裝1臺120 kW柴油發(fā)電機組和4臺全自動焊機電源，使其具備吊焊機的功能，以適應大口徑長輸管道全自動焊接工藝的配套設備使用能力，提高設備利用率。

1 研究目的和主要內容

為了改造后實現滿足大口徑長輸管道全自動焊接工藝的配套設備使用能力，該研究的主要內容包括以下幾個方面。

首先，需要確定發(fā)電機組和焊機艙的安裝位置。在進行安裝位置選擇時，需考慮設備的重心、行駛穩(wěn)定性等因素，以確保發(fā)電機組的安裝不會影響設備的正常行駛。

接下來，需要進行發(fā)電機組安裝平臺和焊機艙室平臺的設計與制作。安裝平臺的主要功能是支撐發(fā)電機組，并提供放置焊機電源的空間。具體而言，在發(fā)電機組安裝平臺上加裝發(fā)電機組。而在焊機艙室平臺上，則加設焊機艙室，并在艙室內安裝配電柜，用于電氣設備的控制。

為了保證設備之間的電纜線路連接安全穩(wěn)定，需要加裝電纜橋，起到安全連接車載發(fā)電機和焊接設備的作用。在改造過程中，還需要在原有吊桿的頂部加裝一節(jié)吊裝副桿、滑輪及小鉤。該設計可以實現對焊接棚等設備在作業(yè)帶內的工位間進行吊裝和移動，提高作業(yè)效率。

最后，為了確保操作的安全性，在設備盲區(qū)加裝攝像頭，操作人員可以通過屏幕實時觀察設備四周的情況。而且，需要在焊機艙室平臺進行接地裝置的加裝，并在操作規(guī)程中明確風險防控措施，實施完善的人員培訓與管理措施。

通過以上設計和改造，小型吊管機將完成從單一吊裝功能到吊焊機功能的升級轉型，實現對長輸管道全自動焊接工藝的配套設備使用能力[3]。這將為長輸管道市場提供重要的技術支持和實際應用價值，并為未來類似研究提供有價值的參考依據。

2 設計目標和原則

設計原則主要包括以下幾點。

1）市場需求。要充分了解市場對于吊焊機的需求，將市場需求作為設計的基礎，確保改造后能夠滿足市場的實際需求。

2）考慮現有設備和布局。在改造過程中，需要充分考慮現有吊焊機的配套附件和布局方式。可以借鑒現有吊焊機的設計，盡可能保留現有設備和布局的優(yōu)點，以提高設備的適應性和效率。

3）考慮安裝位置和穩(wěn)定性。在確定安裝位置時，需要考慮設備的重心、行駛穩(wěn)定性等因素，確保發(fā)電機組的安裝不會影響設備的正常行駛。選擇合適的安裝位置，并進行穩(wěn)定性計算，以確保安裝的穩(wěn)定性。

4）考慮操作便捷性和安全性。在設計中要考慮吊裝操作的便捷性和安全性。加裝吊裝副桿、滑輪及小鉤等設備，并根據工作需要確定合適的安裝位置，使吊裝操作更加方便和安全。

5）考慮設備的適應性和可行性。改造后的吊管機應具備各項功能，同時要考慮設備的適應性和可行性，使其能夠在實際工作中發(fā)揮應有的作用。

3 發(fā)電機組安裝平臺和焊機艙室平臺的設計與制作

3.1 安裝位置選擇

在選擇安裝位置時，需要確保發(fā)電機組的安裝不會對設備的正常行駛造成影響。

首先，考慮設備的重心。設備的重心位置對行駛穩(wěn)定性[4]具有重要影響。通常情況下，設備的重心較低時，行駛穩(wěn)定性較好。因此，在選擇發(fā)電機組和焊機艙安裝位置時，應盡量將重心保持在合理的位置。

其次，考慮設備的行駛穩(wěn)定性。在車載設備安裝過程中，要避免對設備的行駛穩(wěn)定性產生不利影響。為了保證設備的行駛穩(wěn)定性，在安裝發(fā)電機組和焊機艙時，應當合理安排布局，使其對設備的重心和行駛穩(wěn)定性產生最小的影響。原吊管機駕駛室、變速箱、燃油箱、液壓油箱等在設備后方，設備重心在后方，此次改造可將質量相對較大的發(fā)電機組放置在設備前側，質量相對較小的焊機電源放置在設備后側，因此在前側加裝發(fā)電機組安裝平臺，后側加裝焊機艙室平臺，吊管機改裝示意圖如圖1所示。通過合理的布局設計，使設備的重力分布均勻，減小對設備行駛穩(wěn)定性的影響。

圖1 吊管機改裝示意圖

3.2 結構與尺寸設計

平臺的主要作用是支撐發(fā)電機組和放置焊機電源，需要具備一定的穩(wěn)定性和承載能力。發(fā)電機組安裝平臺和焊機艙室平臺的結構設計需要考慮安全性、穩(wěn)定性和操作便捷性。為了保證安裝平臺和焊機艙室平臺的結構安全穩(wěn)定，能夠承載相應重力的設備和人員，固定方式采用支撐柱和橫梁的支撐結構和高強度螺栓鋼對接形式。同時，根據承載設備尺寸，并考慮到操作人員的實際需求，對安裝平臺和焊機艙室平臺進行了尺寸設計，以便于操作和維護。發(fā)電機組安裝平臺簡易結構圖、焊機艙室平臺簡易結構如圖2、圖3所示。

圖2 發(fā)電機組安裝平臺簡易結構圖

圖3 焊機艙室平臺簡易結構圖

3.3 材料的選用和制作工藝的確定

為了確保安裝平臺能夠承載發(fā)電機組、焊機和配電柜的重力并提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，選擇了高強度鋼材作為平臺的材料。高強度鋼材具有較好的抗壓性和剛性，能夠滿足平臺的承載要求，確保平臺的使用壽命和穩(wěn)定性。在制作工藝上，首先進行了設計和計算，確定了平臺的結構和尺寸，然后進行材料切割和焊接工藝，最后進行了表面處理，以保證平臺的質量和性能。為了保證平臺的電氣安全性，在焊機艙室平臺上加裝了接地裝置[5]，確保操作的安全性。

4 電纜橋接安全穩(wěn)定性設計

設計合適的發(fā)電機組與焊接設備的電纜橋接方式及相關的安全防護措施。

首先，為了確保發(fā)電機組和焊接設備之間的電纜橋接安全可靠，采取了以下措施。

1）設計合理的電纜走向和布局。針對各種電纜的功率、電壓和電流要求，合理地設計了電纜的走向和布局。將電纜從發(fā)電機組和焊接設備的輸出端引出，并設置了合適的導向保護管，以避免電纜的損壞和磨損。

2）選擇適當的電纜規(guī)格和材料。根據電纜所需傳輸的電力功率為120 kW，電流為216 A，選擇了3×150+1×70三相四線動力電纜，柴油發(fā)電機組輸出電纜截面積選擇表如表2所示。同時，為了提高電纜的耐熱性和耐磨性，選用了高溫耐熱的硅橡膠電纜和抗磨損的導向保護管。

表2 柴油發(fā)電機組輸出電纜截面積選擇表

3）安裝電纜支架和固定裝置。為了防止電纜在運行過程中產生雜散振動和晃動，安裝了電纜支架和固定裝置，將電纜牢固地固定在吊裝設備上，并避免產生不必要的電纜摩擦和磨損。

另外，為了確保電纜橋接的安全性[6]，還采取了以下的安全防護措施。

1）在電纜連接點設置防水密封。由于吊裝設備在工作過程中可能會遇到惡劣的天氣條件，為了防止水分和濕氣進入電纜連接點，在連接點設置了專業(yè)的防水密封裝置，確保電纜連接的穩(wěn)定性和安全性。

2）安裝過流保護裝置和漏電保護裝置[7]。為了避免電纜過載和漏電引起的安全事故，在電纜的起始端和末端分別設置了過流保護裝置和漏電保護裝置，及時監(jiān)測和切斷異常電流和漏電[8]，確保電纜橋接的安全運行。

以上就是針對發(fā)電機組與焊接設備的電纜橋接方式及安全防護設計所做的具體措施。通過合理的設計和安裝，能夠確保電纜的穩(wěn)定傳輸和連接安全，并能夠在實際工作中安全、高效地運行。

5 吊裝副桿、滑輪及小鉤的加裝與設計

吊裝副桿、滑輪及小鉤的選用和安裝位置確定是改造小型吊管機非常重要的一部分。

首先，關于吊裝副桿的選用，需要考慮其材料和負載能力。吊裝副桿應選用高強度材料，以確保其在吊裝操作中具有足夠的承載能力。

其次，滑輪的選用也至關重要。滑輪的選用應考慮其材料、負載能力和摩擦因數等因素。合適的滑輪能夠減小摩擦力[9]，提高吊裝效率，并降低設備的磨損程度，以確保吊裝副桿在工作過程中具有足夠的穩(wěn)定性。

最后，小鉤的選用也需謹慎考慮。小鉤的選用應符合負載要求，吊鉤實際負載物為焊工棚、焊接小車及配套設施等，總質量約2 t，并結合吊裝副桿的尺寸，最終選用額定載荷為5 t的吊鉤，吊鉤尺寸和負載表如圖4所示，可確保其在吊裝過程中不會出現斷裂或其他意外狀況。安裝位置需要考慮吊裝副桿和滑輪的工作范圍，以及吊裝操作的便捷性和安全性。

圖4 吊鉤尺寸和負載表

通過合理選擇和準確定位吊裝副桿、滑輪和小鉤，可以確保吊管機在吊裝過程中具有良好的穩(wěn)定性和安全性，提高設備的適應性和效率。

6 設備操作安全性

在改造過程中，設備操作的安全性是需要考慮的關鍵因素。為了提高設備操作的安全性，在設備盲區(qū)加裝了攝像頭，操作人員可以通過屏幕實時觀察設備周圍的情況，以確保設備行駛和吊裝操作的安全。此外，還加裝了操作焊機艙室平臺的接地裝置，在操作配電柜時，將接地插入地面，確保操作人員的安全。為了保證吊裝操作的便捷性和安全性，制定了詳細的操作規(guī)程，并要求所有人員在通過培訓后才能上崗。操作規(guī)程中明確了風險防控措施，以確保設備操作的安全性。

7 結語

為了驗證改造后的吊管機性能和可行性，進行了一系列實驗，對改造后的吊管機進行了全自動焊接的模擬測試。實驗中，吊起焊接棚移動至作業(yè)區(qū)域，使用了4臺全自動焊接電源[11]對焊接工作進行了模擬。實驗結果顯示，改造后的吊管機能夠順利完成全自動焊接工藝，焊接質量達到了要求。