吊管机

用于布管作业的施工设备

吊管机是石油天然气管道施工中重要的施工设备，主要是用于大口径管子的布管、对口和下沟作业．具有较大的起重量和带重物行走等特点。

分类

吊管机的种类有很多。按照用途可以分为通用吊管机、多功能吊管机和湿地吊管机；按照结构特征可以分为桥式吊管机、臂架式吊管机和固定式吊管机。

组成

吊管机一般由金属结构、工作机构、动力装置和控制系统等部分组成。

1 、金属结构：

金属结构是吊管机的重要组成部分，其主要作用是支撑吊管机的工作机构，承受工作时所产生的外载荷。如臂架类吊管机的吊臂和塔身等。

2、工作机构：

吊管机的工作机构由起升机构、运行机构、回转机构以及变幅机构组成。起升机构的主要作用是起吊重物。这也是吊管机最主要最基本的机构，目前使用的起升机构主要依靠液压系统来实现重物的起吊；变幅机构是通过改变吊管机臂架倾角从而改变吊臂幅度；回转机构是使吊管机的回转部分绕回转轴旋转；运行机构作用是使吊管机行走。

3、动力装置：

动力装置为吊管机提供动力。车轮式吊管机和履带式吊管机的驱动装置大多为内燃机，而桥式吊管机和固定式吊管机等的驱动装置多为外接电源。

4、控制系统控制系统包括操纵装置与安全装置。操纵装置由离合器、制动器等组成，安全装置由力矩限制器、操纵阀及调速装置等组成。通过吊管机的控制系统完成工作要求。同时保证吊管机作业的安全。

发展方向

针对吊管机设计现状及所面临的问题，吊管机设计体系的发展方向如下：

(1)具有零部件集成化、机构简洁化、结构全面优化的整机设计。

(2)满足市场多样性和低成本要求的新系列产品的模块化设计。

(3)大型复杂吊管机的虚拟设计以及动态仿真。

(4)大力发展控制系统，国外的先进控制系统已能控制吊管机的位置和吊绳长度的协调运行。

(5)数字精细化，即具有高精度称量和定位系统的吊管机设计。

(6)基于部件使用寿命的动力学研究成果应用。吊管机优化设计是吊管机技术不断发展和提高的源泉，合理利用现代计算机技术和数据处理手段，使吊管机优化设计将对吊管机行业的发展起到极大推动作用，谁优化设计搞得好，谁就掌握了技术优势，谁就掌握了市场。

主要技术

1、产品模块化设计技术：

吊管机的模块化设计是将吊管机上功能相同的部件和零件设计成可以互换的模块化单元。设计新产品时，只需要对不同模块进行组合即可，提高了通用化程度，可以对产品进行批量化生产，提高了生产效率，降低了生产成本。同时，不同的模块还可以集合成多性能多规格的产品，提高市场竞争力。

2、降低成本设计技术：

降低成本设计技术最早出现在日本，用于当时的日本汽车制造业，其核心内容是，当一辆汽车的使用寿命到期时，车身其它零部件的使用寿命也基本到期。不会产生过度的盈余，在制造产品及其零部件时，采用面向成本设计技术和并行的成本估算，使整机使用率、使用性能保持一致，可以节省生产成本。如今将这项技术用于吊管机设计过程中，是降低生产设计成本的关键。

3、仿真与虚拟设计技术：

过去吊管机的设计缺少理论与工具，一般是以静态设计为主。但是吊管机的工况复杂多变，其动态性能在实际环境中会受到多种影响，于是仿真技术应运而生。建模以及仿真软件是计算机仿真技术中的重要研究内容。

4 、结合CAE设计技术的研究：

通过计算机对产品性能与可靠性分析，对未来的工作状态和运行方式进行模拟，及早地发现设计缺陷，并证实产品功能的可靠性和可用性。CAE软件的主体是有限元分析软件，基于有限元方法的CAE系统，其核心思想是结构的离散化，即用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接．然后根据变形协调条件综合求解。

安全隐患

吊管机作为起重类的特种设备，在施工作业中，由于传感器或传输线路的损坏，存在多种安全隐患，最突出的就是保护装置损坏而使吊管机处于非保护状态。吊管机在施工时，随着工作幅度的不断变化，所能吊的定重量也在不断变化，如果没有科学的控制方法，很容易造成倾翻事故，造成人员伤亡。吊管机的超载状态主要有三种：

(1)吊重超载：在幅度一定的情况下，起吊重量过大，导致力矩过大，而造成的超载现象，这种超载容易发生吊管机倾翻事故。

(2)变幅超载：在吊重量一定的情况下，作业幅度过大，导致力矩过大，而造成的超载现象，这种超载容易发生吊管机倾翻事故。

(3)吊臂过卷：吊臂收起时，超过变幅最大角度，这种过卷容易造成吊臂损坏。

(4)高度过卷：起升滑轮起升高度过高，这种过卷容易造成钢丝绳拉断及机构件的损坏。

存在问题

1) 履带式车辆在纵向坡面工作时，均存在一定的倾覆危险。对于吊管机，如果单侧承重，严禁配重向下倾斜施工，即使是空载，如果平衡重量相对于起吊装置向下倾斜,车辆不能迂回绕行时，需要将平衡重卸下行驶；横坡作业时，机车侧向稳定性对路面变化引起的荷载较为敏感，为避免意外翻车发生，一般需要安装防翻车驾驶室。从侧向稳定性角度，为改变吊管机纵坡行驶能力，改造时平衡配重应该能够自动改变方位。

2) 弹性悬挂和半刚性悬挂底盘的越障能力强,但是全刚性悬架能够保证履带与地面有效接触，摩擦阻力较大，停机平稳。

3) 采用前后轮驱动，可以有效避免车辆在爬坡或越障时一端翘起，有助于提高爬坡能力和坡面驻留能力，但由于需附加额外传动装置和增大功率，成本增加较大。

4) 由于在管道施工中管件多为细长直管、弯管，一般均置于一侧吊运，单侧重力增加，钢管在运送过程中会出现摆动。采用背管方式运送钢管，运载物与车辆重心重合，有助于增加车辆的稳定性,但是，背管需要增加自动装卸装置，同时，需要对起吊机构进行合理改进，以适应对口、焊接作业需要。

5) 通常吊管机平衡配重由操作人员进行控制，如果配重能够与起吊装置联锁互动，并精确控制，则有助于提高吊管机侧面稳定性和安全性。

6) 从工作装置的布置形式和灵活性以及多功能化要求来看，吊管机的操作平台应能够进行旋转，以适应运管、补管和对口作业的需要。可旋转转盘式底盘，能够根据作业需要，改变车辆重心,使操作人员视野增加，具有更大的适应性和灵活性。

7) 三脚支架型履带车辆底盘，可以方便对张紧轮和整机重心进行调整,履带与驱动轮包角增大，阻力减小，受力得到改善，使用寿命增强。由于重心整体稍前移,爬坡能力得到改善。但是，为安装拖轮，底盘支架整体重心有所增高，侧向稳定性相对减弱。

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