廖明軍等

摘要：XE470P液壓抓管機為徐工集團推出的一款新型管道施工建設(shè)設(shè)備，作為新型設(shè)備，其作業(yè)的安全性直接關(guān)系到施工人員和設(shè)備的安全。分析其安全性，對提高產(chǎn)品可靠性有極大的意義，對其它工程機械的安全性設(shè)計也有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：XE470P液壓抓管機；管道；安全性

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源危機越來越嚴(yán)重，我國每年需進口大量的石油。油氣的陸路運輸主要依靠管道，目前我國的管道建設(shè)進入了新的高潮期。

作為一種新型管道施工建設(shè)設(shè)備，XE470P液壓抓管機開始在管道建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用，可以方便、快速的完成管道的裝車與卸車、管道運輸、管道鋪設(shè)、管道起吊及管道溝的挖掘與回填等方面的作業(yè)（圖1）。

隨著社會的發(fā)展，施工建設(shè)對設(shè)備安全性要求越來越高，XE470P液壓抓管機作為管道施工建設(shè)的一種新型設(shè)備，其安全性的高低直接關(guān)系到施工人員和設(shè)備的安全，為此我們將分析其安全性，看是否滿足施工建設(shè)對設(shè)備安全性的要求。

1.安全性分析

XE470P液壓抓管機為徐工集團推出的一款新型管道施工建設(shè)設(shè)備，主要由徐工集團XE470C液壓挖掘機變型而來，在XE470C液壓挖掘機的作業(yè)特性基礎(chǔ)上，憑借徐工集團技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢， XE470P液壓抓管機能夠滿足客戶大規(guī)模管道施工作業(yè)中的多種工況需求。下面重點從機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)方面分析其安全性。

1.1機械結(jié)構(gòu)方面

XE470P液壓抓管機主要由XE470C液壓挖掘機變型而來，工作裝置部分主要將前端鏟斗更換為抓手。因動臂、斗桿等部件經(jīng)過長期工況檢驗，滿足作業(yè)要求，在此不再進行分析，此次主要分析抓手機構(gòu)。為減輕前端抓手重量，抓手采用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345C材料，提供最大的強度重量比，大口徑的銷軸和寬闊的連接處分擔(dān)大量的負(fù)載壓力。

采用Pro/E進行有限元建模[1]，以四面體單元為主，劃分網(wǎng)格后共有單元數(shù)量33258個，Q345C材料的彈性模量為210000，泊松比為0.3，密度為7.8×10-6kg/mm3（圖2）。

從應(yīng)力云圖（圖3）可知，最大應(yīng)力為93MPa，根據(jù)相關(guān)資料[2]，正常環(huán)境下，Q345C屈服應(yīng)力為345MPa，疲勞極限強度為200MPa。因工作環(huán)境良好，無較大的沖擊，且振動較小，以屈服應(yīng)力作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，并保證一定的安全系數(shù)，這里取1.5[2]，XE470P液壓抓管機抓手其安全系數(shù)為3.7，完全滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

1.2液壓系統(tǒng)方面

為保證液壓系統(tǒng)的安全性， XE470P液壓抓管機在動臂油缸大腔、斗桿油缸小腔及抓手工作油缸大腔加裝了負(fù)載保持閥（圖4），防止管路意外爆裂時，工作裝置掉落造成的重大事故。

以動臂油缸負(fù)載保持閥為例（圖5），工作原理如圖：

Z口與動臂油缸大腔直接相連，ST口連接大腔外部管路，A口與油缸小腔連接，L是泄油口，Vst是先導(dǎo)油口，順序閥的開啟壓力設(shè)定420Bar。當(dāng)動臂油缸外部管路爆裂且壓力低于420Bar時，由于未達到順序閥開啟壓力，Z-Vst油路切斷，兩位兩通換向閥在彈簧力作用下處于單向閥位，切斷換向閥油路，使動臂油缸大腔油液無法外泄，從而防止了

與 動臂油缸掉落，起到防護作用。

1.3控制系統(tǒng)方面

為更加精確的監(jiān)控工作狀態(tài)，XE470P液壓抓管機采用了徐工集團自主研發(fā)的新一代智能吊裝控制系統(tǒng)（圖6）。該系統(tǒng)通過安裝在抓管機上的大量傳感器（圖7）實時監(jiān)控機器的工作狀態(tài)。

依據(jù)模型算法實時計算出實際力矩，并與額定力矩進行對比，當(dāng)實際力矩達到設(shè)定的安全力矩時，該智能控制系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警提醒操作者注意危險操作；當(dāng)實際力矩超過設(shè)定的安全力矩時，該智能控制系統(tǒng)將自動切斷危險動作，阻止操作者繼續(xù)進行危險操作，從而保護人身及設(shè)備的安全。按照GB12602-2009《起重機超載保護裝置》的要求，通過大量實驗及實際施工作業(yè)驗證，該智能吊裝控制系統(tǒng)可靠性高，完全滿足施工建設(shè)對設(shè)備安全性的要求。

2.結(jié)語

通過在機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面的加強，XE470P液壓抓管機在安全性方面得到很大的提升，其安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前管道建設(shè)中常用的設(shè)備吊管機，基本解決傳統(tǒng)管道施工建設(shè)中的安全性問題。同時，XE470P液壓抓管機通過快速更換不同作業(yè)機具，可實現(xiàn)挖掘機全部功能和吊管機大部分功能，大幅減少人員配置需求和設(shè)備的采購、運輸使用成本。其可靠的安全性和優(yōu)良的使用性價比為今后抓管機的大規(guī)模應(yīng)用提供了有力的保障。

參考文獻：

[1]二代龍震工作組.Pro/MECHANICA Wildfire 5.0 結(jié)構(gòu)/熱力分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊第5版第1卷[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.