應(yīng)用新技術(shù)提高吊管機(jī)使用安全性

高廣林，陳濤，鐘永信

（河北華北石油工程建設(shè)有限公司，河北任丘062552）

應(yīng)用新技術(shù)提高吊管機(jī)使用安全性

高廣林，陳濤，鐘永信

（河北華北石油工程建設(shè)有限公司，河北任丘062552）

隨著長(zhǎng)輸管道施工環(huán)境和條件的日漸復(fù)雜，管道施工對(duì)吊管機(jī)作業(yè)能力和安全性提出了更高的要求，生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)適用、性能可靠穩(wěn)定的新型吊管機(jī)已成為吊管機(jī)生產(chǎn)廠家的當(dāng)務(wù)之急。文章闡述了新型吊管機(jī)研發(fā)過程中采用的改進(jìn)和優(yōu)化措施，包括：采用新型結(jié)構(gòu)吊臂，增強(qiáng)承載能力；合理設(shè)置配重機(jī)構(gòu)，提高整機(jī)穩(wěn)定性；安裝自動(dòng)限位裝置，保證安全；對(duì)底盤系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，增設(shè)拉桿機(jī)構(gòu)，防止溜坡現(xiàn)象。介紹了先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和特有的管理措施，以保證制造過程的質(zhì)量。

管道工程；吊管機(jī)；性能改進(jìn)；安全性

隨著長(zhǎng)輸管道施工環(huán)境和條件的日漸復(fù)雜，管道施工對(duì)吊管機(jī)作業(yè)能力和安全性提出了更高的要求。因此生產(chǎn)出適用性強(qiáng)、安全可靠、性能優(yōu)良的新型吊管機(jī)已成為吊管機(jī)生產(chǎn)廠家著力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

1 新型結(jié)構(gòu)吊臂，增強(qiáng)承載能力

吊管機(jī)作為一種起重機(jī)械，其主要技術(shù)指標(biāo)為起吊能力，據(jù)了解不少吊管機(jī)的最大起吊能力即為其標(biāo)注的最大額定起重量，這樣的吊管機(jī)在施工作業(yè)時(shí)，無(wú)法保證其最大額定吊重工況下的使用安全。

針對(duì)這一情況，我們?cè)谘邪l(fā)新型吊管機(jī)時(shí)，嚴(yán)格按照J(rèn)B/T 10136-1999《履帶式吊管機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，通過新型吊臂結(jié)構(gòu)，提高承載能力，使傾覆載荷達(dá)到了不小于1.25倍額定最大載荷的指標(biāo)，確保了吊管機(jī)在額定吊重工況下作業(yè)的安全。

我們對(duì)傳統(tǒng)吊管機(jī)的吊臂進(jìn)行了以下改進(jìn)：

（1） 臂桿采用低合金高強(qiáng)度鋼成型方管制造，有效消除了對(duì)焊臂桿存在的應(yīng)力集中現(xiàn)象，改善了吊臂的受力狀況，增強(qiáng)了承載能力。

（2） 在吊臂鍛件支腿與臂桿的結(jié)合部位內(nèi)外側(cè)均貼焊厚12 mm的加強(qiáng)鋼板，強(qiáng)化了相對(duì)薄弱的吊臂根部強(qiáng)度，提高了吊臂的整體承載能力。

（3） 在保留其A型單節(jié)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加大了臂桿長(zhǎng)度，比已有的同類產(chǎn)品吊臂長(zhǎng)1.5 m。

（4） 在吊臂頂部設(shè)置了方管橫梁加工字型連接板的組合結(jié)構(gòu)，以均衡兩條臂桿的受力。

經(jīng)優(yōu)化后的吊臂，強(qiáng)度及美觀度得到增強(qiáng)，擴(kuò)展了吊管機(jī)的作業(yè)幅度和起升高度。

2 合理設(shè)置配重機(jī)構(gòu)，提高整機(jī)穩(wěn)定性

針對(duì)目前市場(chǎng)上已有吊管機(jī)采用的液壓伸縮式、扇形配重等結(jié)構(gòu)形式存在的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、可靠性差、外形尺寸大及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差等問題，四連桿式活動(dòng)配重機(jī)構(gòu)因具有良好的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力性和低速可靠性，且制造簡(jiǎn)單，成為我們的首選。但傳統(tǒng)的四連桿配重機(jī)構(gòu)存在著配重系統(tǒng)重心高、工作時(shí)平衡力矩小、行走偏重較大、整機(jī)寬度尺寸大等問題，這樣的吊管機(jī)不利于在狹窄地帶行走作業(yè)，即使短途運(yùn)輸，亦需拆除配重架，導(dǎo)致施工效率低，施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。

為解決這些問題，我們對(duì)傳統(tǒng)的四連桿配重機(jī)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)由配重支座、配重支架、上下支臂、活動(dòng)配重塊、液壓油缸等部分組成。配重架采用外擺式四連桿機(jī)構(gòu)，可拆式設(shè)計(jì)，配重的收回和展開由液壓油缸驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)完成，如圖1和圖2所示。

2.1 新型配重機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

（1） 活動(dòng)配重塊和配重支架形狀均優(yōu)化為L(zhǎng)型，上、下支臂也根據(jù)需要設(shè)計(jì)為特有的形狀，經(jīng)過對(duì)支臂長(zhǎng)度的精確計(jì)算和合理定位，使配重總成收回后，其外側(cè)面呈垂直狀態(tài)，并緊貼于配重支座外側(cè)面，最大程度地減小了配重機(jī)構(gòu)的橫向尺寸，從而實(shí)現(xiàn)了吊管機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外型尺寸小的目標(biāo)。同時(shí)由于重心內(nèi)收，使吊管機(jī)整機(jī)偏重小，確保了行走安全，并適合在狹窄地帶行走、作業(yè)，增強(qiáng)了對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

（2） 通過合理選擇油缸行程和確定上、下支臂的長(zhǎng)度，使外放后四連桿機(jī)構(gòu)的上、下支臂均可達(dá)到極限位置，大大增加了配重重心水平位移范圍，因而在配重質(zhì)量一定的情況下，有效增大了配重的自動(dòng)平衡力矩，提高了單位配重使用效率。

（3） 改進(jìn)后的新型配重機(jī)構(gòu)與常見的梯形配重相比重心明顯降低，運(yùn)行更加平穩(wěn)和可靠，提高了行駛穩(wěn)定性及作業(yè)可靠性。

（4） L形配重塊采用插入型式安裝在配重架上，安裝時(shí)利用配重塊自身的重量，可方便地實(shí)現(xiàn)就位，裝拆非常方便。

根據(jù)設(shè)計(jì)的配重質(zhì)量，通過不同方案下計(jì)算得出的死點(diǎn)角度范圍、相應(yīng)推力大小、配重完全展開及完全收回時(shí)質(zhì)心位置等指標(biāo)的比選，確定四連桿機(jī)構(gòu)上、下支臂和液壓油缸的支點(diǎn)位置，以尋求最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

2.2 增設(shè)自鎖緊裝置，消除晃動(dòng)問題

在對(duì)吊管機(jī)使用單位的調(diào)研中，我們了解到現(xiàn)有吊管機(jī)在實(shí)際使用中，普遍存在著配重塊慣性力的軸向分力無(wú)法消除的問題，由此產(chǎn)生的后果是使吊管機(jī)的配重在收回時(shí)和吊管機(jī)行走時(shí)晃動(dòng)過大。為解決這一問題，有些廠家采用增加緊固螺絲鎖緊的方法，但該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)效果較差，存在著操作繁瑣，收、放配重效率低等問題。

為解決這一問題，我們?cè)诨顒?dòng)配重機(jī)構(gòu)上增設(shè)了自鎖緊裝置，即在配重支架與配重支座之間側(cè)板上安裝了配套的小角度鎖緊斜塊，2塊配套鎖緊斜塊構(gòu)成配重鎖緊裝置。當(dāng)配重在油缸的驅(qū)動(dòng)下收回時(shí)，配重支架上的斜塊對(duì)配重支座上的斜塊產(chǎn)生壓力，由其垂直方向分力形成的摩擦力，在小角度斜面上形成自動(dòng)鎖緊作用，使配重機(jī)構(gòu)相對(duì)固定；與此相反，當(dāng)配重機(jī)構(gòu)外放時(shí)，在反向力作用下，使摩擦鎖緊力瞬間消除，斜塊分離，機(jī)構(gòu)可自由運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 安裝自動(dòng)限位裝置，保證安全

吊管機(jī)在工作過程中，如發(fā)生實(shí)際起重量超出極限起吊曲線范圍，則會(huì)引發(fā)吊管機(jī)主要鋼結(jié)構(gòu)件的損壞和整機(jī)的傾翻，甚至人員傷亡，后果不堪設(shè)想。

為了有效防止側(cè)向傾翻、吊臂拉彎和過卷，我們加裝了力矩限制器，它是以新型單片機(jī)為主體，采用液晶顯示器，與傳感器和自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成新型智能式起重安全信息處理系統(tǒng)。通過力傳感器和角度傳感器，不斷地對(duì)吊管機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，及時(shí)、快速、準(zhǔn)確地計(jì)算判斷吊管機(jī)是否處于安全工作范圍之內(nèi)，同時(shí)在液晶顯示器上能直觀地顯示吊管機(jī)的實(shí)際工況參數(shù)，為操作者全面了解吊管機(jī)的工作狀態(tài)提供了極大的方便。當(dāng)?shù)豕軝C(jī)起重力矩達(dá)到最大值的90%時(shí)，力矩限制器黃色信號(hào)燈閃亮。當(dāng)?shù)豕軝C(jī)起重力矩達(dá)到最大值的100%時(shí)，力矩限制器紅色信號(hào)燈閃亮，蜂鳴器鳴叫，并發(fā)出指令信號(hào)，但不影響向安全方向的工作。若安全方向操作失靈，可按動(dòng)力矩限制器上的動(dòng)作限制解除鍵，使吊管機(jī)各機(jī)構(gòu)恢復(fù)動(dòng)作。有效阻止超載情況的發(fā)生，避免吊管機(jī)發(fā)生折臂或傾翻事故。

4 底盤系統(tǒng)的優(yōu)化，增設(shè)拉桿機(jī)構(gòu)，避免溜坡現(xiàn)象

調(diào)研中我們還了解到，在用吊管機(jī)另一個(gè)普遍存在的問題是溜坡問題，這是由于目前吊管機(jī)選用的底盤均采用常開式剎車系統(tǒng)，造成吊管機(jī)在坡道上作業(yè)時(shí)，如遇發(fā)動(dòng)機(jī)故障突然熄火，整機(jī)就會(huì)發(fā)生溜坡現(xiàn)象，這將嚴(yán)重危及到人員和設(shè)備的安全。

為解決這一問題，我們與底盤制造單位配合，對(duì)剎車系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了一套制動(dòng)彈簧和油缸聯(lián)控的拉桿機(jī)構(gòu)，可在發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火時(shí)對(duì)剎車離合器進(jìn)行應(yīng)急控制，確保緊急情況下自動(dòng)制動(dòng)，能夠有效防止吊管機(jī)在斜坡上作業(yè)時(shí)溜坡現(xiàn)象的發(fā)生，保證人機(jī)安全。同時(shí)，為了保證在必要時(shí)能夠拖動(dòng)因故障而自鎖的吊管機(jī)，我們還設(shè)置了解鎖裝置，通過旋動(dòng)絲杠產(chǎn)生的頂力解除彈簧的張力，松動(dòng)剎車，使吊管機(jī)恢復(fù)自由狀態(tài)。

5 設(shè)計(jì)技術(shù)

利用CAXA及UG軟件建立三維幾何模型；采用MSC.NASTRAN技術(shù)進(jìn)行有限元校核；應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，來(lái)比較多個(gè)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品之間的工作性能差異，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)最優(yōu)化，提升了整機(jī)的性能。圖3為應(yīng)用MSC.NASTRAN技術(shù)對(duì)吊臂進(jìn)行有限元分析的應(yīng)力結(jié)果，圖4為應(yīng)用MSC.NASTRAN技術(shù)對(duì)下肢臂進(jìn)行有限元分析的應(yīng)力結(jié)果。

6 采用體系化管理，確保制造過程質(zhì)量

（1） 配備完善的質(zhì)量保證責(zé)任人員，明確職責(zé)和權(quán)限；依據(jù)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布的《機(jī)電類特種設(shè)備制造許可規(guī)則（試行）》的規(guī)定，編制了質(zhì)量手冊(cè)、程序文件和管理文件。

（2） 配備齊全的廠房、生產(chǎn)設(shè)備和檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備；制作了制造過程相關(guān)的工藝裝備；修建了符合標(biāo)準(zhǔn)要求的專用試驗(yàn)坡道；定制加工了用于吊管機(jī)性能試驗(yàn)的成套標(biāo)準(zhǔn)重塊。從硬件上保證吊管機(jī)制造質(zhì)量控制的需要。

（3） 確保設(shè)計(jì)的輸入、輸出過程滿足相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和產(chǎn)品的功能要求。設(shè)計(jì)文件出臺(tái)過程中，進(jìn)行充分的評(píng)審和論證，其中主要受力部件還經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)校核確認(rèn)。

（4） 對(duì)用于吊管機(jī)制造的材料，從采購(gòu)、檢驗(yàn)、保管、標(biāo)識(shí)、發(fā)放等環(huán)節(jié)，按程序文件規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保所用材料、零部件的質(zhì)量。

（5） 根據(jù)制造加工過程的需要，編制機(jī)加工、鉚焊件組焊、部件裝配等工藝卡，明確規(guī)定加工工藝方法及所用的設(shè)備、工藝裝備，針對(duì)主要部件編制作業(yè)指導(dǎo)書。制造過程中嚴(yán)格進(jìn)行工序檢驗(yàn)、安裝調(diào)試檢驗(yàn)、成品檢驗(yàn)等檢試驗(yàn)工作；強(qiáng)化計(jì)量器具管理，確保所用計(jì)量器具都檢定合格并在有效期內(nèi)。

7 應(yīng)用效果

2008年，在公司DGY-40型和70型吊管機(jī)研制過程中，我們成功應(yīng)用了以上所述改進(jìn)優(yōu)化措施。產(chǎn)品主要在西氣東輸二線、陜京三線、泰青威等管道工程中進(jìn)行了應(yīng)用，經(jīng)檢驗(yàn)試驗(yàn)和工程應(yīng)用證實(shí)：應(yīng)用新技術(shù)生產(chǎn)的吊管機(jī)具有結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)越、安全可靠、操作靈活方便及實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在：經(jīng)過40次連續(xù)帶載起降和變幅工況的液壓系統(tǒng)熱平衡試驗(yàn)，系統(tǒng)溫升在允許范圍內(nèi)，未發(fā)生滲漏，證明系統(tǒng)可靠性良好；經(jīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，新型吊管機(jī)有效地克服了傳統(tǒng)產(chǎn)品的缺陷，行走時(shí)，配重系統(tǒng)無(wú)晃動(dòng)現(xiàn)象，且在坡道上作業(yè)能可靠地實(shí)現(xiàn)自鎖，安全性大幅提高；經(jīng)過國(guó)家工程機(jī)械監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行的1.25倍額定載荷的穩(wěn)定性試驗(yàn)，DGY-70型吊管機(jī)可吊起87.5 t的重物而不傾覆，具有高度穩(wěn)定性。

[1] JB/T 10136-1999，履帶式吊管機(jī)[S].

[2] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[3] 王魯君，馬明來(lái)，陳濤，等.新設(shè)計(jì)技術(shù)在履帶式液壓吊管機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2010，（3）：80-81.

Abstract:Because the construction circumstances and conditions of long-distance pipeline construction are gradually becoming complicated,the production of new type sidebooms with good economy,applicability,reliability and stability is urgent affair for manufacturers.The improvement and optimization measures of the new type sidebooms adopted in research course are illustrated including using new crane jib structure to enhance its bearing capacity,setting rational counterweights to increase integral stability,installing automatic position limit devices to ensure security and optimizing chassis and adding tie rod to avoid sliding down.Some advanced design methods and particular management measures are used to guarantee the manufacture quality.

Key words:pipeline engineering;sideboom;performance improvement;safety

（55）Applying New Techniques to Boost Operational Safety of Sideboom

GAO Guang-lin（Hebei Huabei Petroleum Engineering Construction Co.,Ltd.,Renqiu 062552,China），CHEN Tao,ZHONG Yong-Xin

TE973.8

B

1001－2206（2011）02－0055－03

高廣林（1959-），男，遼寧西豐人，工程師，1997年畢業(yè)于華北經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院，長(zhǎng)期從事機(jī)械產(chǎn)品的制造及技術(shù)管理工作。

2010-02-08；

2011-02-23