XE470P液壓抓管機安全性分析

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設備，作為新型設備，其作業的安全性直接關系到施工人員和設備的安全。分析其安全性，對提高產品可靠性有極大的意義，對其它工程機械的安全性設計也有一定的參考意義。

關鍵詞：XE470P液壓抓管機；管道；安全性

引言

隨著經濟的發展，能源危機越來越嚴重，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進入了新的高潮期。

作為一種新型管道施工建設設備，XE470P液壓抓管機開始在管道建設中發揮越來越大的作用，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、管道起吊及管道溝的挖掘與回填等方面的作業（圖1）。

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

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設備，主要由徐工集團XE470C液壓挖掘機變型而來，在XE470C液壓挖掘機的作業特性基礎上，憑借徐工集團技術和產品優勢， XE470P液壓抓管機能夠滿足客戶大規模管道施工作業中的多種工況需求。下面重點從機械結構、液壓系統和控制系統方面分析其安全性。

1.1機械結構方面

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、斗桿等部件經過長期工況檢驗，滿足作業要求，在此不再進行分析，此次主要分析抓手機構。為減輕前端抓手重量，抓手采用低合金高強度結構鋼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大量的負載壓力。

采用Pro/E進行有限元建模[1]，以四面體單元為主，劃分網格后共有單元數量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）。

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

1.2液壓系統方面

為保證液壓系統的安全性， 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是先導油口，順序閥的開啟壓力設定420Bar。當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控制系統方面

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

依據模型算法實時計算出實際力矩，并與額定力矩進行對比，當實際力矩達到設定的安全力矩時，該智能控制系統將發出聲光報警提醒操作者注意危險操作；當實際力矩超過設定的安全力矩時，該智能控制系統將自動切斷危險動作，阻止操作者繼續進行危險操作，從而保護人身及設備的安全。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驗證，該智能吊裝控制系統可靠性高，完全滿足施工建設對設備安全性的要求。

2.結語

通過在機械結構、液壓系統、控制系統等方面的加強，XE470P液壓抓管機在安全性方面得到很大的提升，其安全性遠遠超過目前管道建設中常用的設備吊管機，基本解決傳統管道施工建設中的安全性問題。同時，XE470P液壓抓管機通過快速更換不同作業機具，可實現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備的采購、運輸使用成本。其可靠的安全性和優良的使用性價比為今后抓管機的大規模應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 結構/熱力分析[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]成大先.機械設計手冊第5版第1卷[M] .北京：化學工業出版社，2007.