高楊

（大慶油田工程建設(shè)有限公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

隨著我國(guó)石油、天然氣等能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目也逐漸增多[1]，我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)規(guī)劃如表1所示。在長(zhǎng)輸管道的施工過(guò)程中，吊焊機(jī)[2]是不可或缺的重要設(shè)備，用于吊裝和焊接管道。然而，目前市場(chǎng)長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目以管徑1219 mm等大管徑為主，要求吊管機(jī)的最低起重能力達(dá)到70 t。而小噸位吊管機(jī)由于起重能力和吊幅范圍的限制已經(jīng)無(wú)法滿足需求，大部分處于閑置狀態(tài)。

表1 我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)規(guī)劃

因此，該研究旨在對(duì)小型吊管機(jī)進(jìn)行改造，加裝1臺(tái)120 kW柴油發(fā)電機(jī)組和4臺(tái)全自動(dòng)焊機(jī)電源，使其具備吊焊機(jī)的功能，以適應(yīng)大口徑長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊接工藝的配套設(shè)備使用能力，提高設(shè)備利用率。

1 研究目的和主要內(nèi)容

為了改造后實(shí)現(xiàn)滿足大口徑長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊接工藝的配套設(shè)備使用能力，該研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。

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

接下來(lái)，需要進(jìn)行發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)和焊機(jī)艙室平臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作。安裝平臺(tái)的主要功能是支撐發(fā)電機(jī)組，并提供放置焊機(jī)電源的空間。具體而言，在發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)上加裝發(fā)電機(jī)組。而在焊機(jī)艙室平臺(tái)上，則加設(shè)焊機(jī)艙室，并在艙室內(nèi)安裝配電柜，用于電氣設(shè)備的控制。

為了保證設(shè)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(jī)和焊接設(shè)備的作用。在改造過(guò)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(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接棚等設(shè)備在作業(yè)帶內(nèi)的工位間進(jìn)行吊裝和移動(dòng)，提高作業(yè)效率。

最后，為了確保操作的安全性，在設(shè)備盲區(qū)加裝攝像頭，操作人員可以通過(guò)屏幕實(shí)時(shí)觀察設(shè)備四周的情況。而且，需要在焊機(jī)艙室平臺(tái)進(jìn)行接地裝置的加裝，并在操作規(guī)程中明確風(fēng)險(xiǎn)防控措施，實(shí)施完善的人員培訓(xùn)與管理措施。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)和改造，小型吊管機(jī)將完成從單一吊裝功能到吊焊機(jī)功能的升級(jí)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊接工藝的配套設(shè)備使用能力[3]。這將為長(zhǎng)輸管道市場(chǎng)提供重要的技術(shù)支持和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，并為未來(lái)類似研究提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則

設(shè)計(jì)原則主要包括以下幾點(diǎn)。

1）市場(chǎng)需求。要充分了解市場(chǎng)對(duì)于吊焊機(jī)的需求，將市場(chǎng)需求作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，確保改造后能夠滿足市場(chǎng)的實(shí)際需求。

2）考慮現(xiàn)有設(shè)備和布局。在改造過(guò)程中，需要充分考慮現(xiàn)有吊焊機(jī)的配套附件和布局方式。可以借鑒現(xiàn)有吊焊機(jī)的設(shè)計(jì)，盡可能保留現(xiàn)有設(shè)備和布局的優(yōu)點(diǎn)，以提高設(shè)備的適應(yīng)性和效率。

3）考慮安裝位置和穩(wěn)定性。在確定安裝位置時(shí)，需要考慮設(shè)備的重心、行駛穩(wěn)定性等因素，確保發(fā)電機(jī)組的安裝不會(huì)影響設(shè)備的正常行駛。選擇合適的安裝位置，并進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)備，并根據(jù)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(shè)備的適應(yīng)性和可行性。改造后的吊管機(jī)應(yīng)具備各項(xiàng)功能，同時(shí)要考慮設(shè)備的適應(yīng)性和可行性，使其能夠在實(shí)際工作中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

3 發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)和焊機(jī)艙室平臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作

3.1 安裝位置選擇

在選擇安裝位置時(shí)，需要確保發(fā)電機(jī)組的安裝不會(huì)對(duì)設(shè)備的正常行駛造成影響。

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

其次，考慮設(shè)備的行駛穩(wěn)定性。在車載設(shè)備安裝過(guò)程中，要避免對(duì)設(shè)備的行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。為了保證設(shè)備的行駛穩(wěn)定性，在安裝發(fā)電機(jī)組和焊機(jī)艙時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理安排布局，使其對(duì)設(shè)備的重心和行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生最小的影響。原吊管機(jī)駕駛室、變速箱、燃油箱、液壓油箱等在設(shè)備后方，設(shè)備重心在后方，此次改造可將質(zhì)量相對(duì)較大的發(fā)電機(jī)組放置在設(shè)備前側(cè)，質(zhì)量相對(duì)較小的焊機(jī)電源放置在設(shè)備后側(cè)，因此在前側(cè)加裝發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)，后側(cè)加裝焊機(jī)艙室平臺(tái)，吊管機(jī)改裝示意圖如圖1所示。通過(guò)合理的布局設(shè)計(jì)，使設(shè)備的重力分布均勻，減小對(duì)設(shè)備行駛穩(wěn)定性的影響。

圖1 吊管機(jī)改裝示意圖

3.2 結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)

平臺(tái)的主要作用是支撐發(fā)電機(jī)組和放置焊機(jī)電源，需要具備一定的穩(wěn)定性和承載能力。發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)和焊機(jī)艙室平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tái)和焊機(jī)艙室平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，能夠承載相應(yīng)重力的設(shè)備和人員，固定方式采用支撐柱和橫梁的支撐結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度螺栓鋼對(duì)接形式。同時(shí)，根據(jù)承載設(shè)備尺寸，并考慮到操作人員的實(shí)際需求，對(duì)安裝平臺(tái)和焊機(jī)艙室平臺(tái)進(jìn)行了尺寸設(shè)計(jì)，以便于操作和維護(hù)。發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)圖、焊機(jī)艙室平臺(tái)簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 發(fā)電機(jī)組安裝平臺(tái)簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)圖

圖3 焊機(jī)艙室平臺(tái)簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)圖

3.3 材料的選用和制作工藝的確定

為了確保安裝平臺(tái)能夠承載發(fā)電機(jī)組、焊機(jī)和配電柜的重力并提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，選擇了高強(qiáng)度鋼材作為平臺(tái)的材料。高強(qiáng)度鋼材具有較好的抗壓性和剛性，能夠滿足平臺(tái)的承載要求，確保平臺(tái)的使用壽命和穩(wěn)定性。在制作工藝上，首先進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，確定了平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和尺寸，然后進(jìn)行材料切割和焊接工藝，最后進(jìn)行了表面處理，以保證平臺(tái)的質(zhì)量和性能。為了保證平臺(tái)的電氣安全性，在焊機(jī)艙室平臺(tái)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(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)合適的發(fā)電機(jī)組與焊接設(shè)備的電纜橋接方式及相關(guān)的安全防護(hù)措施。

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

1）設(shè)計(jì)合理的電纜走向和布局。針對(duì)各種電纜的功率、電壓和電流要求，合理地設(shè)計(jì)了電纜的走向和布局。將電纜從發(fā)電機(jī)組和焊接設(shè)備的輸出端引出，并設(shè)置了合適的導(dǎo)向保護(hù)管，以避免電纜的損壞和磨損。

2）選擇適當(dāng)?shù)碾娎|規(guī)格和材料。根據(jù)電纜所需傳輸?shù)碾娏β蕿?20 kW，電流為216 A，選擇了3×150+1×70三相四線動(dòng)力電纜，柴油發(fā)電機(jī)組輸出電纜截面積選擇表如表2所示。同時(shí)，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(dǎo)向保護(hù)管。

表2 柴油發(fā)電機(jī)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(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生雜散振動(dòng)和晃動(dòng)，安裝了電纜支架和固定裝置，將電纜牢固地固定在吊裝設(shè)備上，并避免產(chǎn)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(hù)措施。

1）在電纜連接點(diǎn)設(shè)置防水密封。由于吊裝設(shè)備在工作過(guò)程中可能會(huì)遇到惡劣的天氣條件，為了防止水分和濕氣進(jìn)入電纜連接點(diǎn)，在連接點(diǎn)設(shè)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(guò)流保護(hù)裝置和漏電保護(hù)裝置[7]。為了避免電纜過(guò)載和漏電引起的安全事故，在電纜的起始端和末端分別設(shè)置了過(guò)流保護(hù)裝置和漏電保護(hù)裝置，及時(shí)監(jiān)測(cè)和切斷異常電流和漏電[8]，確保電纜橋接的安全運(yùn)行。

以上就是針對(duì)發(fā)電機(jī)組與焊接設(shè)備的電纜橋接方式及安全防護(hù)設(shè)計(jì)所做的具體措施。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)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(shí)際工作中安全、高效地運(yùn)行。

5 吊裝副桿、滑輪及小鉤的加裝與設(shè)計(jì)

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(jī)非常重要的一部分。

首先，關(guān)于吊裝副桿的選用，需要考慮其材料和負(fù)載能力。吊裝副桿應(yīng)選用高強(qiáng)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(guān)重要?；喌倪x用應(yīng)考慮其材料、負(fù)載能力和摩擦因數(shù)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(shè)備的磨損程度，以確保吊裝副桿在工作過(guò)程中具有足夠的穩(wěn)定性。

最后，小鉤的選用也需謹(jǐn)慎考慮。小鉤的選用應(yīng)符合負(fù)載要求，吊鉤實(shí)際負(fù)載物為焊工棚、焊接小車及配套設(shè)施等，總質(zhì)量約2 t，并結(jié)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(fù)載表如圖4所示，可確保其在吊裝過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)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(fù)載表

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

6 設(shè)備操作安全性

在改造過(guò)程中，設(shè)備操作的安全性是需要考慮的關(guān)鍵因素。為了提高設(shè)備操作的安全性，在設(shè)備盲區(qū)加裝了攝像頭，操作人員可以通過(guò)屏幕實(shí)時(shí)觀察設(shè)備周圍的情況，以確保設(shè)備行駛和吊裝操作的安全。此外，還加裝了操作焊機(jī)艙室平臺(tái)的接地裝置，在操作配電柜時(shí)，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(xì)的操作規(guī)程，并要求所有人員在通過(guò)培訓(xùn)后才能上崗。操作規(guī)程中明確了風(fēng)險(xiǎn)防控措施，以確保設(shè)備操作的安全性。

7 結(jié)語(yǔ)

為了驗(yàn)證改造后的吊管機(jī)性能和可行性，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，對(duì)改造后的吊管機(jī)進(jìn)行了全自動(dòng)焊接的模擬測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中，吊起焊接棚移動(dòng)至作業(yè)區(qū)域，使用了4臺(tái)全自動(dòng)焊接電源[11]對(duì)焊接工作進(jìn)行了模擬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，改造后的吊管機(jī)能夠順利完成全自動(dòng)焊接工藝，焊接質(zhì)量達(dá)到了要求。