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【摘 要】履带式吊管机是大口径长输管道施工需用到的机械设备，随着我国建设事业近年来的不断发展，对履带式吊管机的需求量也在逐渐增加，而且新时期大型工程的建设对履带式吊管机的运用提出了更高的要求，传统的履带式吊管机已经不能满足当前工程发展的需要，对其进行及时有效的改进已经势在必行，基于此，本文对当前履带式吊管的改进技术进行了积极探讨，以期能为业内同仁提供有益的参考。
【关键词】管道施工；履带式；吊管机；改进技术
履带式吊管机在是石油天然气管道铺设专用关键设备，而随着近年来长输管道标准规范的不断完善，作业地形和环境日趋复杂，对履带式吊管机的作业能力以及可靠性和稳定性提出了更高的要求。根据笔者对当前国内外同类产品和现有技术的了解，以及对我国当前石油天然气等长输管道的分析，得出了新型履带式吊管机优化设计的目标与方向，新时期的履带式吊管机应当向作业精度高、运行稳定以及提升主要性能指标和保证施工安全等等方向发展。笔者的本文为履带式吊管机的优化及改进技术等作了详细的分析与运用，最终的目的是实现上述优化及改进目标。
一、履带式吊管机总体结构的改进与分析
（一）吊管机总体结构的改进优化方案
为更适应的新时期是石油天然气管道铺设对履带式吊管机的需求，笔者对当前的履带式吊管机进行了总体结构的优化，具体操作是以履带式推土机为机体，并在机体的一边安装液压配重机构，在另一边安装吊臂。通过优化吊臂结构减轻吊臂自重或液压配重机构上安装主、副液压绞车，从而达到提高履带式吊管机的起吊能力和稳定性，经过这种改进，在吊管机重量不变的情况下，使得吊管机起吊平衡力矩得到增加，以此来减轻吊管机的整机重量提高了吊管机的稳定性[1]。
进行优化改进后的履带式吊管机结构如图1，主要有以下优点：
1、为适应管道施工的要求，在吊管机机体的一侧上安装吊臂，在另一侧安装配重平衡机构。两侧安装位置相对于吊管机对称且形式相同，这样就可以根据施工要求选择合适的安装形式以适应复杂工况的使用要求。
2、在配重机构的支架板上安装液压绞车，并将液压绞车重量和配重块一起作为可变平衡配重的重量。优化后的吊管机，通过改变液压绞车的安装位置，增加了起吊平衡力矩且没有增加吊管机自重。
图1 优化改进后的履带式吊管机结构图
（二）吊管机配重的布置和设计原理
1、履带式吊管机配重的布置
吊管机配重机构的主要作用是通过改变配重块的力臂来改变平衡力矩，以此来平衡起吊倾翻力矩，使吊管机重心在安全范围内改变，而不会发生倾翻。原吊管机设计的配重机构，如图2所示[2]。
图2 吊管机配重布置图
2、吊管机配重的设计原理
四连杆机构在没有特定要求的吊管机配重机构设计中被经常使用，有特定要求的才使用复杂的多杆结构。在对配重机构的设计时，仍然使用四连杆机构，配重机构两个液压缸一端与配重箱铰接，另一端与L梁铰接。配重箱与吊管机机体铰接。
吊管机在空载行走时，配重机构的液压缸处于收回状态，配重块未被推出；吊管机吊载重物时，液压缸向外伸，配重箱在液压缸的作用下也同时向外伸，与此同时吊管机重心也随之向配重箱移动而改变，直到液压缸完全打开，配重箱完全展开；吊管机完成吊载重物时，液压缸向内收缩，直到配重箱处于完全收回状态。
二、履带式吊管机液压系统在使用中的不足及改进
（一）不足之处
1、吊臂卷扬马达、吊钩卷扬马达的进出油口侧无补油阀，无法消除马达旋转过程中产生的气穴现象，会引起液压系统的气蚀和噪声；同时，它的提升侧无安全阀，无法消除液压系统的超压现象，会引起软管爆破等零件损坏事故，更为严重的是当起升力矩接近液压马达的制动力矩时，吊管机会出现滑钩现象。
2、当前履带式吊管机采用的吊臂限位方式，由于电磁阀通油能力所限，会引起液压系统发热。
3、当前的履带式吊管机在施工过程中，一旦发动机运转，先导控制油即处于溢流状态，不利于先导泵和先导液压系统工作。
（二）履带式吊管机液压系统的改进
1、分别在吊臂卷扬马达，吊钩卷扬马达的进出油口侧增加补油阀；在其提升侧增加安全阀，这样既保证了吊管机提升重物时的安全，又可以消除液压系统的气蚀和噪声。
2、将吊臂限位用的行程换向阀与吊臂换向阀上的先导控制油路相连，当吊臂运动到上止点时，行程换向阀处在接通位置，吊臂换向阀上的先导控制油与回油相通，吊臂换向阀
在弹簧复位力作用下返回中立位置，吊臂运动停止。采用这种吊臂限位方式，既不需要溢流阀、电磁阀，也不需要过多的管路，只需很细小的一根油管即可，既保证了吊臂限位可靠，又不致引起液压系统发热[3]。
3、对于采用先导操纵液动多路阀的液压系统，吊管机开机后如果长时间不操作工作机构，先导溢流阀会长时间处于溢流状态，引起先导液压油温升过高，这对于先导液压系统的工作是不利的。改近后的液压系统，在先导溢流阀的遥控口上增加一截止阀，当工作机构长时间不工作时，打开截止阀，使先导溢流阀卸荷，这样既可以锁定工作机构，又可以避免先导溢流阀溢流发热。当需要吊管机工作时，关闭截止阀，先导溢流阀卸荷油路被切断，吊管机转入正常工作状态。
改进后的液压系统已经应用到. 型吊管机上，使用效果良好，消除了山上述液压系统中存在的不足。
图3 优化改进后的单泵供油先导操纵液压系统
三、当前新型吊管机施工中存在的问题及改进
（一）当前的新型吊管机在纵向坡面工作时，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，以使履带均匀承压。就目前使用的吊管机整机布置形式来看，其改进主要仍是针对底盘结构和驾驶室防护两个方面，另外，平衡配重不宜加工成整体铸件，而应采用片式配重，以方便拆卸、搬运。由于工程车辆一般较重，负载后履带比压增大，重心位置发生不确定变化，低重心有利于车辆的稳定施工作业[4]。
（二）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。
（三）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。
（四）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。
（五）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。
四、结束语
综上所述，对现有履带式吊管机的改进是一项复杂的系统工程，需要从吊管机的整体结构及液压控制系统等等各方面去进行优化改进，通过各种改进技术的运用，最终使得改进后的履带式吊管机可满足当前石油、天然气等大型管道施工的各种要求，进而推动我国经济社会的不断发展。
【参考文献】
[1]张具安.履带吊管机总体结构优化方案的研究[D].河南科技大学，2011.
[2]冯俊，王瑞霞，孙彦东.一种应用于履带式工程机械的辅助制动系统[J].工程机械，2012，04：9-11+6.
[3]王放，吴江桥，魏秦文，王福斌，邵云巧.吊管机结构改进与施工安全措施[J].起重运输机械，2014，03：88-90+103.
[4]杨超.履带式工程机械坡道制动性能分析与改进方案[J].工程机械与维修，2013，02：162-164.
【关键词】管道施工；履带式；吊管机；改进技术
履带式吊管机在是石油天然气管道铺设专用关键设备，而随着近年来长输管道标准规范的不断完善，作业地形和环境日趋复杂，对履带式吊管机的作业能力以及可靠性和稳定性提出了更高的要求。根据笔者对当前国内外同类产品和现有技术的了解，以及对我国当前石油天然气等长输管道的分析，得出了新型履带式吊管机优化设计的目标与方向，新时期的履带式吊管机应当向作业精度高、运行稳定以及提升主要性能指标和保证施工安全等等方向发展。笔者的本文为履带式吊管机的优化及改进技术等作了详细的分析与运用，最终的目的是实现上述优化及改进目标。
一、履带式吊管机总体结构的改进与分析
（一）吊管机总体结构的改进优化方案
为更适应的新时期是石油天然气管道铺设对履带式吊管机的需求，笔者对当前的履带式吊管机进行了总体结构的优化，具体操作是以履带式推土机为机体，并在机体的一边安装液压配重机构，在另一边安装吊臂。通过优化吊臂结构减轻吊臂自重或液压配重机构上安装主、副液压绞车，从而达到提高履带式吊管机的起吊能力和稳定性，经过这种改进，在吊管机重量不变的情况下，使得吊管机起吊平衡力矩得到增加，以此来减轻吊管机的整机重量提高了吊管机的稳定性[1]。
进行优化改进后的履带式吊管机结构如图1，主要有以下优点：
1、为适应管道施工的要求，在吊管机机体的一侧上安装吊臂，在另一侧安装配重平衡机构。两侧安装位置相对于吊管机对称且形式相同，这样就可以根据施工要求选择合适的安装形式以适应复杂工况的使用要求。
2、在配重机构的支架板上安装液压绞车，并将液压绞车重量和配重块一起作为可变平衡配重的重量。优化后的吊管机，通过改变液压绞车的安装位置，增加了起吊平衡力矩且没有增加吊管机自重。
图1 优化改进后的履带式吊管机结构图
（二）吊管机配重的布置和设计原理
1、履带式吊管机配重的布置
吊管机配重机构的主要作用是通过改变配重块的力臂来改变平衡力矩，以此来平衡起吊倾翻力矩，使吊管机重心在安全范围内改变，而不会发生倾翻。原吊管机设计的配重机构，如图2所示[2]。
图2 吊管机配重布置图
2、吊管机配重的设计原理
四连杆机构在没有特定要求的吊管机配重机构设计中被经常使用，有特定要求的才使用复杂的多杆结构。在对配重机构的设计时，仍然使用四连杆机构，配重机构两个液压缸一端与配重箱铰接，另一端与L梁铰接。配重箱与吊管机机体铰接。
吊管机在空载行走时，配重机构的液压缸处于收回状态，配重块未被推出；吊管机吊载重物时，液压缸向外伸，配重箱在液压缸的作用下也同时向外伸，与此同时吊管机重心也随之向配重箱移动而改变，直到液压缸完全打开，配重箱完全展开；吊管机完成吊载重物时，液压缸向内收缩，直到配重箱处于完全收回状态。
二、履带式吊管机液压系统在使用中的不足及改进
（一）不足之处
1、吊臂卷扬马达、吊钩卷扬马达的进出油口侧无补油阀，无法消除马达旋转过程中产生的气穴现象，会引起液压系统的气蚀和噪声；同时，它的提升侧无安全阀，无法消除液压系统的超压现象，会引起软管爆破等零件损坏事故，更为严重的是当起升力矩接近液压马达的制动力矩时，吊管机会出现滑钩现象。
2、当前履带式吊管机采用的吊臂限位方式，由于电磁阀通油能力所限，会引起液压系统发热。
3、当前的履带式吊管机在施工过程中，一旦发动机运转，先导控制油即处于溢流状态，不利于先导泵和先导液压系统工作。
（二）履带式吊管机液压系统的改进
1、分别在吊臂卷扬马达，吊钩卷扬马达的进出油口侧增加补油阀；在其提升侧增加安全阀，这样既保证了吊管机提升重物时的安全，又可以消除液压系统的气蚀和噪声。
2、将吊臂限位用的行程换向阀与吊臂换向阀上的先导控制油路相连，当吊臂运动到上止点时，行程换向阀处在接通位置，吊臂换向阀上的先导控制油与回油相通，吊臂换向阀
在弹簧复位力作用下返回中立位置，吊臂运动停止。采用这种吊臂限位方式，既不需要溢流阀、电磁阀，也不需要过多的管路，只需很细小的一根油管即可，既保证了吊臂限位可靠，又不致引起液压系统发热[3]。
3、对于采用先导操纵液动多路阀的液压系统，吊管机开机后如果长时间不操作工作机构，先导溢流阀会长时间处于溢流状态，引起先导液压油温升过高，这对于先导液压系统的工作是不利的。改近后的液压系统，在先导溢流阀的遥控口上增加一截止阀，当工作机构长时间不工作时，打开截止阀，使先导溢流阀卸荷，这样既可以锁定工作机构，又可以避免先导溢流阀溢流发热。当需要吊管机工作时，关闭截止阀，先导溢流阀卸荷油路被切断，吊管机转入正常工作状态。
改进后的液压系统已经应用到. 型吊管机上，使用效果良好，消除了山上述液压系统中存在的不足。
图3 优化改进后的单泵供油先导操纵液压系统
三、当前新型吊管机施工中存在的问题及改进
（一）当前的新型吊管机在纵向坡面工作时，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，以使履带均匀承压。就目前使用的吊管机整机布置形式来看，其改进主要仍是针对底盘结构和驾驶室防护两个方面，另外，平衡配重不宜加工成整体铸件，而应采用片式配重，以方便拆卸、搬运。由于工程车辆一般较重，负载后履带比压增大，重心位置发生不确定变化，低重心有利于车辆的稳定施工作业[4]。
（二）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。
（三）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。
（四）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。
（五）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。
四、结束语
综上所述，对现有履带式吊管机的改进是一项复杂的系统工程，需要从吊管机的整体结构及液压控制系统等等各方面去进行优化改进，通过各种改进技术的运用，最终使得改进后的履带式吊管机可满足当前石油、天然气等大型管道施工的各种要求，进而推动我国经济社会的不断发展。
【参考文献】
[1]张具安.履带吊管机总体结构优化方案的研究[D].河南科技大学，2011.
[2]冯俊，王瑞霞，孙彦东.一种应用于履带式工程机械的辅助制动系统[J].工程机械，2012，04：9-11+6.
[3]王放，吴江桥，魏秦文，王福斌，邵云巧.吊管机结构改进与施工安全措施[J].起重运输机械，2014，03：88-90+103.
[4]杨超.履带式工程机械坡道制动性能分析与改进方案[J].工程机械与维修，2013，02：162-164.