大口径管道施工多功能工程车的研制及应用

艾国山（中石化胜利油建工程有限公司 山东 东营 257064）

一、概述

近年来，随着国际、国内大口径长输管道工程建设的不断发展，管道工程安装施工已涉及到各种复杂地域和环境，工程施工质量要求也越来越苛刻。由于特殊地域的工程施工条件日趋复杂化，工程施工成本不断增加，施工效率亟待提高。目前施工使用的多为传统分离式发电站，具有体积大、自身重、造价高、结构复杂、保养、维修繁琐等缺点，而且只能为焊接设备提供电源，因此，传统分离式设备已满足不了目前的各类野外工程施工需求。

多功能工程车具有集照明、移动、发电、焊接为一体的优点，是专为野外施工优化设计的一体化集成施工设备。目的是为野外焊接施工提供多功能、可靠程度高，易于使用和维护的施工机具，以解决分离式设备存在的诸多问题。

二、主要研究内容

随着国内西气东输等大型管道工程的施工建设及投产，中国油气管道施工技术得到了较快发展。管道安装施工已涉及到山地、水网、沙漠、戈壁等陆地多变地形。从施工角度来讲，很多地区的地理环境复杂，目前施工使用的分离式供电和焊接电源设备，不但能耗高、效率低，而且现场使用极不方便，已经不能满足生产施工的需要。“管道施工多功能工程车”经过系统优化设计，集成管道施工所需主要功能，是解决这一施工难题的最佳途径。

多功能工程车由轮式拖拉机、发电焊接一体机、动力同步匹配及稳定调节系统、移动平台、积木式钢结构箱体、梁架等主要部分组成。设计重点在发电和提供焊接电源，为一体化集成设计，整体设计经过科学计算和实验，主要解决了动力同步匹配及稳定调节系统的设计难题。发电、焊接一体机设计的基本理论是将发电机与电焊机进行集成，形成集成化多功能施工设备；动力同步匹配及稳定调节系统设计是将多功能工程车动力部分与发电焊接一体机相连接，实现动力高效传送并保证整个传动系统的稳定和可靠。

1.多功能工程车轮式拖拉机部分选型：

根据国内和油田管道施工经验，按照复杂施工环境因素，选择适应性强的源动力部分。经调研，动力部分需要满足能适应野外各类陆地、山地等恶劣环境，具有全独立式动力输出功能，能够满足25°的爬坡能力，发动机排放符合国Ⅱ以上标准等基本条件。

经过广泛的调研论证，选用“东方红LX804”轮式拖拉机符合以上条件。

2.多功能工程车发电焊接一体机部分设计：

根据当前管线焊接要求电焊机电流调节范围通常为60 A～400 A。施工队伍通常使用双把手工焊及半自动焊。根据已经选型的东方红拖拉机，以及现场焊接的实际情况。我们确定了发电焊接一体机的基本参数，但现市场中没有发现合适的发电焊接一体机，为了能够匹配焊机设计参数，我公司与电王精密电器（北京）有限公司进行合作，共同研制开发双支点、轴输出结构的发电焊接一体机，作为多功能工程车的匹配设备。

3.多功能工程车动力同步匹配及稳定调节系统设计：

（1）多功能工程车动力同步匹配设计；

多功能工程车动力同步匹配设计就是通过带传动将拖拉机的动力传送至发电焊接一体机。考虑到设备实际使用要求，发电焊机一体机要为施工提供稳定的电流，考虑到带传动的稳定性和可靠性，设计‘东方红－LX804’型轮式拖拉机与发电焊机一体机之间通过带传动连接。经过计算优化，使用同步带传动，效率明显要比普通V型带要高，能够更好的满足发电焊接一体机对动力的需求。

（2）多功能工程车稳定调节系统设计：

多功能工程车稳定调节系统设计就是通过同步带设计、无键胀套设计、同步带胀紧调节系统设计来达到同步带传动部分系统稳定的目的。

（3）多功能工程车防护棚部分设计：

由于多功能工程车施工环境的不确定性，会对多功能工程车主要部件，发电焊接一体机部分造成不同程度的损伤。为了使得设计的多功能工程车能够适应各种不同的施工环境，我们为多工工程车设计了防护棚。防护棚采用积木式结构，具有美观大方，使用方便，维护简单的特点。

（4）多功能工程车防护厢体梁架部分设计：

根据原车结构特点，经使用设备负荷设计计算，确定梁架的各项尺寸参数、各钢板厚度以及各个加强筋位置。结合野外施工的特殊工况特点，优化设计为复合式结构，多功能形式。具有较强的抗弯曲和抗扭曲能力。设备在高速行驶时具有平衡性和稳定性好的特点。梁架两侧设计有吊钩，便于设备远程运输时装卸用。梁架后部设计有牵引钩，可牵引其它辅助设备等。

三、多功能工程车的主要技术参数

名称轮式拖拉机参数拖拉机型号标定功率(K w)驱动方式最小离地间隙(mm)最小转向圆半径(m)动力输出轴功率(K w)燃油箱容量(L)燃油消耗率g/k W.h发电电焊机型号型 号45G Z H-2 SY J型轮式拖拉机(东方红-X804)58.8四轮驱动4303.9≥50115额定工况≤235型号：H W800防护等级：I P23；绝缘等级：F电焊机额定功率(k W)额定电流(A)额定电压(V)空载电压(V)电流调节范围(A)适用焊条( mm)平特性空载电压(V)额定功率(k W)额定电流(A)额定使用率(/%)发电机型号13.4×2380×235.285(60～400)×22.5～6.022～4311×2350×280

—发电机 传动系 尺寸额定功率(K w)额定电压(V)输出频率(H z)相数额定转速(r p m)锥套皮带轮型号(小)锥套皮带轮型号(大)传动带外形尺寸(mm)整车质量(K g)30 A C 3805050三相四线1500 SPB 175-5/3020-55 SPB 250-5/3535-55 SPB-55100×2170×2875质量

四、关键技术及创新点

1.通过将移动平台、发电机、电焊机结构优化，功能集成后形成能够同时发电和提供焊接电源的一体化设备。

2.通过同步匹配及稳定调节系统独特设计，实现轮式拖拉机输出动力与发电焊接一体机的同步匹配，保证了“多功能工程车”传动的稳定性和输出可调节功能。

五、应用情况

“多功能工程车”自研制成功以来，我公司一直致力于设备的市场推广工作。并与2010年3月31日—2010年4月2日参加了廊坊国际管道展。 我公司研制的多功能工程车在展会上受到各施工单位的关注。

经过公司一直努力，“多功能工程车”先后在山东天然气管道工程、胜利油田热电联供项目、西气东输二线工程、榆林至济南天然气第三标段、第五标、第十一标段管道工程内部推广使用43多台。江苏中石化购买了4台、廊坊市融通石油机械设备有限责任公司购买了6台。经过数月的施工检验，多功能施工车创产增效效果明显，受到使用单位的一致好评。

六、经济状况分析

作为长输管道施工的专业化队伍，就目前承揽的陆地大口径管线施工任务，共需要300多台移动焊接设备，而现在能够在工地使用的只有160多台，且都是几年前的老产品，有一半以上亟待更换。

如果公司再次购进300台分离式移动发电设备，按照每台40万元计算需要资金：300台×40万元=12000万元；

如果全部自行研制生产，每台多功能工程车产值按21万元计算，则：

300台×21万元=5700万元；

通过测算计算，设备购进一项就能节省资金6000万元。

如果按照多功能工程车每台25万元出售，每台可得利润4万元，外部市场按照每年500台估算，则可得年利润：

500台×4万元/台=2000万元。

由此可见，该项目具有显著的经济效益和明显的社会效益。

[1]《机械设计手册》，机械工业出版社，2004.

[2]《工程机械地面力学与作业理论》杨士敏，傅香如；人民交通出版社，2010.06.