油田管道施工多功能車的研制與應用

喬昌軍

中石化江蘇油建工程有限公司 江蘇揚州 225001

江蘇油田地面工程集輸管道建設中常用133mm 囗徑以下管材，主要作業(yè)場所在野外，其地形地貌大多為溝、渠、堤壩、水稻田、機耕道等水網地帶。油區(qū)管道施工時，管材常用吊車、卡車、拖拉機協同作業(yè)運至作業(yè)帶，經狹窄的田埂或機耕道運至施工線路附近后，人工抬運到作業(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，但存在勞動強度大，安全風險高、施工效率低，施工費用高等難題。隨著勞動力緊缺，人工工資大幅度上漲，企業(yè)的利潤空間逐步收縮，勢必給企業(yè)帶來巨大的經濟壓力。

2011 年中石化定額調整中主要體現三點：一是人工單日工資上調；二是單位工程人工定額含量下調；三是單位工程量施工中機械臺班定額含量上調。上述三項調整體現了鮮明的政策導向，施工企業(yè)必須加大創(chuàng)新投入，提升施工過程的機械化、自動化程度，減少純勞力投入，達到保持企業(yè)經濟效益的目的。

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

1 多功能車設計思路

為了解決上述施工中存在的困難和風險，需要開發(fā)研究一種多功能車，來完成管材的吊裝、運輸、散管布管作業(yè)任務。設計研制多功能車基本思路是：需要有適宜的裝載量、行使速度、路況適應性和安全可靠性，同時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)需要實現的要求和目標：

1.1 行車系統(tǒng)

要有足夠的驅動力和承載能力適應水鄉(xiāng)油田的各種復雜路況，同時具備可靠的制動性能。

1.2 裝管支架

具備穩(wěn)定堅固的結構能承載鋼質管道的重量，行駛安全，免繩索捆綁固定，避免管道碰撞和滾動。

1.3 吊管系統(tǒng)

多功能車液壓吊管裝置能實現多根管材同時吊裝，無需另配備起重設備，適于野外施工需求。

1.4 散布管系統(tǒng)

實現沿作業(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險。

1.5 路況適應性

保證對施工現場各種路況的適應性，包括泥濘、濕滑、狹窄、顛簸、坡道、急彎路段等。

2 技術路線及理論計算

2.1 動力行走部分設計

設計行車最大速度50km/ h,動力扭矩余量要大于一般貨車以適應現場路況。

選定28HP 單缸柴油機作動力源，額定功率20.58kW。后置驅動輪保證重載時附著力和抓地力有效輸出，同時也規(guī)避了驅動輪前置和轉向系統(tǒng)統(tǒng)一布置的技術復雜性與高額的制造成本。

圖1 液壓系統(tǒng)示意圖

后置驅動輪由高壓子午線胎和低壓防滑胎組合而成。低壓防滑胎側重克服鄉(xiāng)村機耕道路松軟土質，提供強勁的附著力和驅動力；高壓子午線胎側重于在重載時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置防撞護欄，避免管道起吊過程碰撞駕駛操作人員和設備本身。

制動系統(tǒng)采用液壓驅動轂剎裝置實現可靠的制動性能。

2.2 液壓系統(tǒng)設計

工作油泵由發(fā)動機變速箱取力器分配的動力轉化為液壓油的壓力勢能，作為裝管液壓缸和卸管液壓缸的動力源，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(見圖1)。

取力器在液壓系統(tǒng)工作時聯動，在多功能車行進中脫離。當液壓系統(tǒng)超壓時管路中設置旁路閥自行卸壓，以保護系統(tǒng)不受過載損壞。

2.3 管道吊裝系統(tǒng)力學計算

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（見圖2）。

依據杠桿原理計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起吊的要求。吊臂旋轉鉸鏈部位加設重載型止推軸承，旋轉由人力牽拉實現。

圖2 裝管機構示意圖

2.4 卸管部分受力計算

卸管部分能實現單根卸管，后排管材滾動跟進，由限位裝置擋住，機構升降一次卸一根管。液壓缸回位后準備卸第二根管，因此需要使用雙作用液壓缸。《機械設計手冊》選型（見表1）。

表1 《機械設計手冊》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 實施情況

多功能車由車架1、發(fā)動機及變速箱3、轉向輪2、驅動輪9、剎車裝置等部件構成行車系統(tǒng)；裝管機構7 位于車架中部左側（從車尾俯視運布管車時），由液壓缸6 驅動一根吊臂將成批堆放在現場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支撐、支架橫梁向卸管機構（12.13.14）一側傾斜；運輸到布管位置后啟動卸管機構，卸一根管后繼續(xù)前進到下一根管的位置卸管(見圖3)。

卸管機構位于車架右側前后兩端，前后兩個同步動作；卸管時液壓缸14 收縮帶動杠桿12 翻轉，將一根管道從管道支架上推下，同時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 復位，管道滾入杠桿卸管位置，為下一根卸管做好準備。

圖3 系統(tǒng)總裝示意圖

驅動輪9 后置，由內側高壓胎和外側防滑胎組合而成。駕駛操作席5 位于車架前端左側，駕駛席左右及上方設有防撞支架10，保證吊裝時不發(fā)生因管材旋轉、側移等現象而碰傷駕駛操作人員。

4 場地測試及現場試用

多功能車組裝完畢后進行場地測試（見圖4），行走速度、承載能力、制動性能、起吊能力、卸管動作等符合設計思路。

經現場試用（見圖5），使用情況符合設計要求。

圖4 場地測試照片

圖5 現場試用照片

多功能車由液壓裝管、卸管機構相結合 提高油田地面管道施工機械化程度，節(jié)省人工成本，提高吊、運、布管施工效率，提高現場施工安全性。該多功能車現場使用兩年多來受到施工班組青睞，極大的降低了一線施工工人勞動強度，提高了施工效率，改變了‘人拉肩扛’的落后面貌。

多功能車現場應用結果表明，過去至少需要4 人吊、運、布管施工任務，壓縮為2 人操作即可完成。提高了工作效率，勞動強度大幅下降，安全性也顯著提升。

以已經完工長約2000m 的三管流程為例：需要吊、運、散布鋼管為750 根，重約150t，最大運距5000m。用傳統(tǒng)方法施工：4人組合在吊車、卡車、拖拉機配合下，每天能吊、運、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、布150 根管，總共需要5d 完成。很顯然工效提高5 倍，而且所用工人數降低了一半。

目前多功能車只限于油區(qū)工地使用，沒有“戶囗”還不能上公路行駛。

但多功能車研制技術，已獲得國家知識產權局實用新型專利授權。

1 聞邦椿《機械設計手冊》[M] 機械工業(yè)出版社2005

2 劉明威《工程力學》[M] 武漢大學出版社2000