适应长输管道市场需求的闲置小型吊管机改造

2024-04-22高杨

机械工程师 2024年4期

高杨

（大庆油田工程建设有限公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

随着我国石油、天然气等能源产业的迅速发展，长输管道项目也逐渐增多[1]，我国油气长输管道建设规划如表1所示。在长输管道的施工过程中，吊焊机[2]是不可或缺的重要设备，用于吊装和焊接管道。然而，目前市场长输管道项目以管径1219 mm等大管径为主，要求吊管机的最低起重能力达到70 t。而小吨位吊管机由于起重能力和吊幅范围的限制已经无法满足需求，大部分处于闲置状态。

表1 我国油气长输管道建设规划

因此，该研究旨在对小型吊管机进行改造，加装1台120 kW柴油发电机组和4台全自动焊机电源，使其具备吊焊机的功能，以适应大口径长输管道全自动焊接工艺的配套设备使用能力，提高设备利用率。

1 研究目的和主要内容

为了改造后实现满足大口径长输管道全自动焊接工艺的配套设备使用能力，该研究的主要内容包括以下几个方面。

首先，需要确定发电机组和焊机舱的安装位置。在进行安装位置选择时，需考虑设备的重心、行驶稳定性等因素，以确保发电机组的安装不会影响设备的正常行驶。

接下来，需要进行发电机组安装平台和焊机舱室平台的设计与制作。安装平台的主要功能是支撑发电机组，并提供放置焊机电源的空间。具体而言，在发电机组安装平台上加装发电机组。而在焊机舱室平台上，则加设焊机舱室，并在舱室内安装配电柜，用于电气设备的控制。

为了保证设备之间的电缆线路连接安全稳定，需要加装电缆桥，起到安全连接车载发电机和焊接设备的作用。在改造过程中，还需要在原有吊杆的顶部加装一节吊装副杆、滑轮及小钩。该设计可以实现对焊接棚等设备在作业带内的工位间进行吊装和移动，提高作业效率。

最后，为了确保操作的安全性，在设备盲区加装摄像头，操作人员可以通过屏幕实时观察设备四周的情况。而且，需要在焊机舱室平台进行接地装置的加装，并在操作规程中明确风险防控措施，实施完善的人员培训与管理措施。

通过以上设计和改造，小型吊管机将完成从单一吊装功能到吊焊机功能的升级转型，实现对长输管道全自动焊接工艺的配套设备使用能力[3]。这将为长输管道市场提供重要的技术支持和实际应用价值，并为未来类似研究提供有价值的参考依据。

2 设计目标和原则

设计原则主要包括以下几点。

1）市场需求。要充分了解市场对于吊焊机的需求，将市场需求作为设计的基础，确保改造后能够满足市场的实际需求。

2）考虑现有设备和布局。在改造过程中，需要充分考虑现有吊焊机的配套附件和布局方式。可以借鉴现有吊焊机的设计，尽可能保留现有设备和布局的优点，以提高设备的适应性和效率。

3）考虑安装位置和稳定性。在确定安装位置时，需要考虑设备的重心、行驶稳定性等因素，确保发电机组的安装不会影响设备的正常行驶。选择合适的安装位置，并进行稳定性计算，以确保安装的稳定性。

4）考虑操作便捷性和安全性。在设计中要考虑吊装操作的便捷性和安全性。加装吊装副杆、滑轮及小钩等设备，并根据工作需要确定合适的安装位置，使吊装操作更加方便和安全。

5）考虑设备的适应性和可行性。改造后的吊管机应具备各项功能，同时要考虑设备的适应性和可行性，使其能够在实际工作中发挥应有的作用。

3 发电机组安装平台和焊机舱室平台的设计与制作

3.1 安装位置选择

在选择安装位置时，需要确保发电机组的安装不会对设备的正常行驶造成影响。

首先，考虑设备的重心。设备的重心位置对行驶稳定性[4]具有重要影响。通常情况下，设备的重心较低时，行驶稳定性较好。因此，在选择发电机组和焊机舱安装位置时，应尽量将重心保持在合理的位置。

其次，考虑设备的行驶稳定性。在车载设备安装过程中，要避免对设备的行驶稳定性产生不利影响。为了保证设备的行驶稳定性，在安装发电机组和焊机舱时，应当合理安排布局，使其对设备的重心和行驶稳定性产生最小的影响。原吊管机驾驶室、变速箱、燃油箱、液压油箱等在设备后方，设备重心在后方，此次改造可将质量相对较大的发电机组放置在设备前侧，质量相对较小的焊机电源放置在设备后侧，因此在前侧加装发电机组安装平台，后侧加装焊机舱室平台，吊管机改装示意图如图1所示。通过合理的布局设计，使设备的重力分布均匀，减小对设备行驶稳定性的影响。

图1 吊管机改装示意图

3.2 结构与尺寸设计

平台的主要作用是支撑发电机组和放置焊机电源，需要具备一定的稳定性和承载能力。发电机组安装平台和焊机舱室平台的结构设计需要考虑安全性、稳定性和操作便捷性。为了保证安装平台和焊机舱室平台的结构安全稳定，能够承载相应重力的设备和人员，固定方式采用支撑柱和横梁的支撑结构和高强度螺栓钢对接形式。同时，根据承载设备尺寸，并考虑到操作人员的实际需求，对安装平台和焊机舱室平台进行了尺寸设计，以便于操作和维护。发电机组安装平台简易结构图、焊机舱室平台简易结构如图2、图3所示。

图2 发电机组安装平台简易结构图

图3 焊机舱室平台简易结构图

3.3 材料的选用和制作工艺的确定

为了确保安装平台能够承载发电机组、焊机和配电柜的重力并提供稳定的工作环境，选择了高强度钢材作为平台的材料。高强度钢材具有较好的抗压性和刚性，能够满足平台的承载要求，确保平台的使用寿命和稳定性。在制作工艺上，首先进行了设计和计算，确定了平台的结构和尺寸，然后进行材料切割和焊接工艺，最后进行了表面处理，以保证平台的质量和性能。为了保证平台的电气安全性，在焊机舱室平台上加装了接地装置[5]，确保操作的安全性。

4 电缆桥接安全稳定性设计

设计合适的发电机组与焊接设备的电缆桥接方式及相关的安全防护措施。

首先，为了确保发电机组和焊接设备之间的电缆桥接安全可靠，采取了以下措施。

1）设计合理的电缆走向和布局。针对各种电缆的功率、电压和电流要求，合理地设计了电缆的走向和布局。将电缆从发电机组和焊接设备的输出端引出，并设置了合适的导向保护管，以避免电缆的损坏和磨损。

2）选择适当的电缆规格和材料。根据电缆所需传输的电力功率为120 kW，电流为216 A，选择了3×150+1×70三相四线动力电缆，柴油发电机组输出电缆截面积选择表如表2所示。同时，为了提高电缆的耐热性和耐磨性，选用了高温耐热的硅橡胶电缆和抗磨损的导向保护管。

表2 柴油发电机组输出电缆截面积选择表

3）安装电缆支架和固定装置。为了防止电缆在运行过程中产生杂散振动和晃动，安装了电缆支架和固定装置，将电缆牢固地固定在吊装设备上，并避免产生不必要的电缆摩擦和磨损。

另外，为了确保电缆桥接的安全性[6]，还采取了以下的安全防护措施。

1）在电缆连接点设置防水密封。由于吊装设备在工作过程中可能会遇到恶劣的天气条件，为了防止水分和湿气进入电缆连接点，在连接点设置了专业的防水密封装置，确保电缆连接的稳定性和安全性。

2）安装过流保护装置和漏电保护装置[7]。为了避免电缆过载和漏电引起的安全事故，在电缆的起始端和末端分别设置了过流保护装置和漏电保护装置，及时监测和切断异常电流和漏电[8]，确保电缆桥接的安全运行。

以上就是针对发电机组与焊接设备的电缆桥接方式及安全防护设计所做的具体措施。通过合理的设计和安装，能够确保电缆的稳定传输和连接安全，并能够在实际工作中安全、高效地运行。

5 吊装副杆、滑轮及小钩的加装与设计

吊装副杆、滑轮及小钩的选用和安装位置确定是改造小型吊管机非常重要的一部分。

首先，关于吊装副杆的选用，需要考虑其材料和负载能力。吊装副杆应选用高强度材料，以确保其在吊装操作中具有足够的承载能力。

其次，滑轮的选用也至关重要。滑轮的选用应考虑其材料、负载能力和摩擦因数等因素。合适的滑轮能够减小摩擦力[9]，提高吊装效率，并降低设备的磨损程度，以确保吊装副杆在工作过程中具有足够的稳定性。

最后，小钩的选用也需谨慎考虑。小钩的选用应符合负载要求，吊钩实际负载物为焊工棚、焊接小车及配套设施等，总质量约2 t，并结合吊装副杆的尺寸，最终选用额定载荷为5 t的吊钩，吊钩尺寸和负载表如图4所示，可确保其在吊装过程中不会出现断裂或其他意外状况。安装位置需要考虑吊装副杆和滑轮的工作范围，以及吊装操作的便捷性和安全性。

图4 吊钩尺寸和负载表

通过合理选择和准确定位吊装副杆、滑轮和小钩，可以确保吊管机在吊装过程中具有良好的稳定性和安全性，提高设备的适应性和效率。

6 设备操作安全性

在改造过程中，设备操作的安全性是需要考虑的关键因素。为了提高设备操作的安全性，在设备盲区加装了摄像头，操作人员可以通过屏幕实时观察设备周围的情况，以确保设备行驶和吊装操作的安全。此外，还加装了操作焊机舱室平台的接地装置，在操作配电柜时，将接地插入地面，确保操作人员的安全。为了保证吊装操作的便捷性和安全性，制定了详细的操作规程，并要求所有人员在通过培训后才能上岗。操作规程中明确了风险防控措施，以确保设备操作的安全性。