XE470P液压抓管机安全性分析

廖明军等

摘要：XE470P液压抓管机为徐工集团推出的一款新型管道施工建设设备，作为新型设备，其作业的安全性直接关系到施工人员和设备的安全。分析其安全性，对提高产品可靠性有极大的意义，对其它工程机械的安全性设计也有一定的参考意义。

关键词：XE470P液压抓管机；管道；安全性

引言

随着经济的发展，能源危机越来越严重，我国每年需进口大量的石油。油气的陆路运输主要依靠管道，目前我国的管道建设进入了新的高潮期。

作为一种新型管道施工建设设备，XE470P液压抓管机开始在管道建设中发挥越来越大的作用，可以方便、快速的完成管道的装车与卸车、管道运输、管道铺设、管道起吊及管道沟的挖掘与回填等方面的作业（图1）。

随着社会的发展，施工建设对设备安全性要求越来越高，XE470P液压抓管机作为管道施工建设的一种新型设备，其安全性的高低直接关系到施工人员和设备的安全，为此我们将分析其安全性，看是否满足施工建设对设备安全性的要求。

1.安全性分析

XE470P液压抓管机为徐工集团推出的一款新型管道施工建设设备，主要由徐工集团XE470C液压挖掘机变型而来，在XE470C液压挖掘机的作业特性基础上，凭借徐工集团技术和产品优势， XE470P液压抓管机能够满足客户大规模管道施工作业中的多种工况需求。下面重点从机械结构、液压系统和控制系统方面分析其安全性。

1.1机械结构方面

XE470P液压抓管机主要由XE470C液压挖掘机变型而来，工作装置部分主要将前端铲斗更换为抓手。因动臂、斗杆等部件经过长期工况检验，满足作业要求，在此不再进行分析，此次主要分析抓手机构。为减轻前端抓手重量，抓手采用低合金高强度结构钢Q345C材料，提供最大的强度重量比，大口径的销轴和宽阔的连接处分担大量的负载压力。

采用Pro/E进行有限元建模[1]，以四面体单元为主，划分网格后共有单元数量33258个，Q345C材料的弹性模量为210000，泊松比为0.3，密度为7.8×10-6kg/mm3（图2）。

从应力云圖（图3）可知，最大应力为93MPa，根据相关资料[2]，正常环境下，Q345C屈服应力为345MPa，疲劳极限强度为200MPa。因工作环境良好，无较大的冲击，且振动较小，以屈服应力作为判断标准，并保证一定的安全系数，这里取1.5[2]，XE470P液压抓管机抓手其安全系数为3.7，完全满足结构安全要求。

1.2液压系统方面

为保证液压系统的安全性， XE470P液压抓管机在动臂油缸大腔、斗杆油缸小腔及抓手工作油缸大腔加装了负载保持阀（图4），防止管路意外爆裂时，工作装置掉落造成的重大事故。

以动臂油缸负载保持阀为例（图5），工作原理如图：

Z口与动臂油缸大腔直接相连，ST口连接大腔外部管路，A口与油缸小腔连接，L是泄油口，Vst是先导油口，顺序阀的开启压力设定420Bar。当动臂油缸外部管路爆裂且压力低于420Bar时，由于未达到顺序阀开启压力，Z-Vst油路切断，两位两通换向阀在弹簧力作用下处于单向阀位，切断换向阀油路，使动臂油缸大腔油液无法外泄，从而防止了

与 动臂油缸掉落，起到防护作用。

1.3控制系统方面

为更加精确的监控工作状态，XE470P液压抓管机采用了徐工集团自主研发的新一代智能吊装控制系统（图6）。该系统通过安装在抓管机上的大量传感器（图7）实时监控机器的工作状态。

依据模型算法实时计算出实际力矩，并与额定力矩进行对比，当实际力矩达到设定的安全力矩时，该智能控制系统将发出声光报警提醒操作者注意危险操作；当实际力矩超过设定的安全力矩时，该智能控制系统将自动切断危险动作，阻止操作者继续进行危险操作，从而保护人身及设备的安全。按照GB12602-2009《起重机超载保护装置》的要求，通过大量实验及实际施工作业验证，该智能吊装控制系统可靠性高，完全满足施工建设对设备安全性的要求。

2.结语

通过在机械结构、液压系统、控制系统等方面的加强，XE470P液压抓管机在安全性方面得到很大的提升，其安全性远远超过目前管道建设中常用的设备吊管机，基本解决传统管道施工建设中的安全性问题。同时，XE470P液压抓管机通过快速更换不同作业机具，可实现挖掘机全部功能和吊管机大部分功能，大幅减少人员配置需求和设备的采购、运输使用成本。其可靠的安全性和优良的使用性价比为今后抓管机的大规模应用提供了有力的保障。

参考文献：

[1]二代龙震工作组.Pro/MECHANICA Wildfire 5.0 结构/热力分析[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]成大先.机械设计手册第5版第1卷[M] .北京：化学工业出版社，2007.