大口徑管道施工多功能工程車的研制及應用

艾國山（中石化勝利油建工程有限公司 山東 東營 257064）

一、概述

近年來，隨著國際、國內大口徑長輸管道工程建設的不斷發(fā)展，管道工程安裝施工已涉及到各種復雜地域和環(huán)境，工程施工質量要求也越來越苛刻。由于特殊地域的工程施工條件日趨復雜化，工程施工成本不斷增加，施工效率亟待提高。目前施工使用的多為傳統(tǒng)分離式發(fā)電站，具有體積大、自身重、造價高、結構復雜、保養(yǎng)、維修繁瑣等缺點，而且只能為焊接設備提供電源，因此，傳統(tǒng)分離式設備已滿足不了目前的各類野外工程施工需求。

多功能工程車具有集照明、移動、發(fā)電、焊接為一體的優(yōu)點，是專為野外施工優(yōu)化設計的一體化集成施工設備。目的是為野外焊接施工提供多功能、可靠程度高，易于使用和維護的施工機具，以解決分離式設備存在的諸多問題。

二、主要研究內容

隨著國內西氣東輸?shù)却笮凸艿拦こ痰氖┕そㄔO及投產，中國油氣管道施工技術得到了較快發(fā)展。管道安裝施工已涉及到山地、水網、沙漠、戈壁等陸地多變地形。從施工角度來講，很多地區(qū)的地理環(huán)境復雜，目前施工使用的分離式供電和焊接電源設備，不但能耗高、效率低，而且現(xiàn)場使用極不方便，已經不能滿足生產施工的需要?！肮艿朗┕ざ喙δ芄こ誊嚒苯涍^系統(tǒng)優(yōu)化設計，集成管道施工所需主要功能，是解決這一施工難題的最佳途徑。

多功能工程車由輪式拖拉機、發(fā)電焊接一體機、動力同步匹配及穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)、移動平臺、積木式鋼結構箱體、梁架等主要部分組成。設計重點在發(fā)電和提供焊接電源，為一體化集成設計，整體設計經過科學計算和實驗，主要解決了動力同步匹配及穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)的設計難題。發(fā)電、焊接一體機設計的基本理論是將發(fā)電機與電焊機進行集成，形成集成化多功能施工設備；動力同步匹配及穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)設計是將多功能工程車動力部分與發(fā)電焊接一體機相連接，實現(xiàn)動力高效傳送并保證整個傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠。

1.多功能工程車輪式拖拉機部分選型：

根據(jù)國內和油田管道施工經驗，按照復雜施工環(huán)境因素，選擇適應性強的源動力部分。經調研，動力部分需要滿足能適應野外各類陸地、山地等惡劣環(huán)境，具有全獨立式動力輸出功能，能夠滿足25°的爬坡能力，發(fā)動機排放符合國Ⅱ以上標準等基本條件。

經過廣泛的調研論證，選用“東方紅LX804”輪式拖拉機符合以上條件。

2.多功能工程車發(fā)電焊接一體機部分設計：

根據(jù)當前管線焊接要求電焊機電流調節(jié)范圍通常為60 A～400 A。施工隊伍通常使用雙把手工焊及半自動焊。根據(jù)已經選型的東方紅拖拉機，以及現(xiàn)場焊接的實際情況。我們確定了發(fā)電焊接一體機的基本參數(shù)，但現(xiàn)市場中沒有發(fā)現(xiàn)合適的發(fā)電焊接一體機，為了能夠匹配焊機設計參數(shù)，我公司與電王精密電器（北京）有限公司進行合作，共同研制開發(fā)雙支點、軸輸出結構的發(fā)電焊接一體機，作為多功能工程車的匹配設備。

3.多功能工程車動力同步匹配及穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)設計：

（1）多功能工程車動力同步匹配設計；

多功能工程車動力同步匹配設計就是通過帶傳動將拖拉機的動力傳送至發(fā)電焊接一體機。考慮到設備實際使用要求，發(fā)電焊機一體機要為施工提供穩(wěn)定的電流，考慮到帶傳動的穩(wěn)定性和可靠性，設計‘東方紅－LX804’型輪式拖拉機與發(fā)電焊機一體機之間通過帶傳動連接。經過計算優(yōu)化，使用同步帶傳動，效率明顯要比普通V型帶要高，能夠更好的滿足發(fā)電焊接一體機對動力的需求。

（2）多功能工程車穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)設計：

多功能工程車穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)設計就是通過同步帶設計、無鍵脹套設計、同步帶脹緊調節(jié)系統(tǒng)設計來達到同步帶傳動部分系統(tǒng)穩(wěn)定的目的。

（3）多功能工程車防護棚部分設計：

由于多功能工程車施工環(huán)境的不確定性，會對多功能工程車主要部件，發(fā)電焊接一體機部分造成不同程度的損傷。為了使得設計的多功能工程車能夠適應各種不同的施工環(huán)境，我們?yōu)槎喙すこ誊囋O計了防護棚。防護棚采用積木式結構，具有美觀大方，使用方便，維護簡單的特點。

（4）多功能工程車防護廂體梁架部分設計：

根據(jù)原車結構特點，經使用設備負荷設計計算，確定梁架的各項尺寸參數(shù)、各鋼板厚度以及各個加強筋位置。結合野外施工的特殊工況特點，優(yōu)化設計為復合式結構，多功能形式。具有較強的抗彎曲和抗扭曲能力。設備在高速行駛時具有平衡性和穩(wěn)定性好的特點。梁架兩側設計有吊鉤，便于設備遠程運輸時裝卸用。梁架后部設計有牽引鉤，可牽引其它輔助設備等。

三、多功能工程車的主要技術參數(shù)

名稱輪式拖拉機參數(shù)拖拉機型號標定功率(K w)驅動方式最小離地間隙(mm)最小轉向圓半徑(m)動力輸出軸功率(K w)燃油箱容量(L)燃油消耗率g/k W.h發(fā)電電焊機型號型 號45G Z H-2 SY J型輪式拖拉機(東方紅-X804)58.8四輪驅動4303.9≥50115額定工況≤235型號：H W800防護等級：I P23；絕緣等級：F電焊機額定功率(k W)額定電流(A)額定電壓(V)空載電壓(V)電流調節(jié)范圍(A)適用焊條( mm)平特性空載電壓(V)額定功率(k W)額定電流(A)額定使用率(/%)發(fā)電機型號13.4×2380×235.285(60～400)×22.5～6.022～4311×2350×280

—發(fā)電機 傳動系 尺寸額定功率(K w)額定電壓(V)輸出頻率(H z)相數(shù)額定轉速(r p m)錐套皮帶輪型號(小)錐套皮帶輪型號(大)傳動帶外形尺寸(mm)整車質量(K g)30 A C 3805050三相四線1500 SPB 175-5/3020-55 SPB 250-5/3535-55 SPB-55100×2170×2875質量

四、關鍵技術及創(chuàng)新點

1.通過將移動平臺、發(fā)電機、電焊機結構優(yōu)化，功能集成后形成能夠同時發(fā)電和提供焊接電源的一體化設備。

2.通過同步匹配及穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)獨特設計，實現(xiàn)輪式拖拉機輸出動力與發(fā)電焊接一體機的同步匹配，保證了“多功能工程車”傳動的穩(wěn)定性和輸出可調節(jié)功能。

五、應用情況

“多功能工程車”自研制成功以來，我公司一直致力于設備的市場推廣工作。并與2010年3月31日—2010年4月2日參加了廊坊國際管道展。 我公司研制的多功能工程車在展會上受到各施工單位的關注。

經過公司一直努力，“多功能工程車”先后在山東天然氣管道工程、勝利油田熱電聯(lián)供項目、西氣東輸二線工程、榆林至濟南天然氣第三標段、第五標、第十一標段管道工程內部推廣使用43多臺。江蘇中石化購買了4臺、廊坊市融通石油機械設備有限責任公司購買了6臺。經過數(shù)月的施工檢驗，多功能施工車創(chuàng)產增效效果明顯，受到使用單位的一致好評。

六、經濟狀況分析

作為長輸管道施工的專業(yè)化隊伍，就目前承攬的陸地大口徑管線施工任務，共需要300多臺移動焊接設備，而現(xiàn)在能夠在工地使用的只有160多臺，且都是幾年前的老產品，有一半以上亟待更換。

如果公司再次購進300臺分離式移動發(fā)電設備，按照每臺40萬元計算需要資金：300臺×40萬元=12000萬元；

如果全部自行研制生產，每臺多功能工程車產值按21萬元計算，則：

300臺×21萬元=5700萬元；

通過測算計算，設備購進一項就能節(jié)省資金6000萬元。

如果按照多功能工程車每臺25萬元出售，每臺可得利潤4萬元，外部市場按照每年500臺估算，則可得年利潤：

500臺×4萬元/臺=2000萬元。

由此可見，該項目具有顯著的經濟效益和明顯的社會效益。

[1]《機械設計手冊》，機械工業(yè)出版社，2004.

[2]《工程機械地面力學與作業(yè)理論》楊士敏，傅香如；人民交通出版社，2010.06.