16×12运载车设计初步分析

王东　鲁其青

摘 要：随着油田对车装钻机要求的提高，车装钻机越来越重。现在的4 000m车装钻机重量已达到90t，并有继续增加的趋势，超出了14×12运载车的承载能力。本文讨论现实中多桥车的现状，提出设计思路，并就一种车装钻机对运载车的要求进行具体计算，得出切实可行的方案。

关键词：车装钻机；运载车；悬挂型式；随动转向

中图分类号：TE92；TE93 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0087-03

Designing and Analysis of the The 16×12 Carrier

Wang Dong1 Lu Qiqing2

（1.Downhole Operating Branch Company of SINOPEC North China Petroleum Engineer Company Limited，Nanyang Henan 474780；2.RG Petro-machinery Group Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473006）

Abstract： For exploiting the oilfield，stronger Mobile Drilling rigs are needed， so that the rigs become heavier. The 4 000m Mobile Drilling rig is 90 t in weight， and will be more heavier in the near future， the 14×12 carrier couldnt be used to mount and carry the drilling parts. This paper used carriers with more axles （seven axles） will be discussed and one designing method will be provided. At the end of the paper ， one kind of 8-axle carrier is calculated for being used as a carrier of the mobile drilling rig.

Keywords： mobile drilling rig；carrier；suspension type；servo steering

油田車装钻机在车辆分类中属于专用作业车[1]。这类车辆不以货物或人员为运输对象，其功能主要是为了转移工作地点。油田车装钻机的作业地点完全固定，主要是在油区，而非在道路上。

据统计，车装钻机每月（每年按10个月、每月按30d计算）钻或修一口井，每天用时20h（车装钻机工作时是连续的，但固井、候凝、测井等，车装钻机不参与工作），井场转移平均距离是50km，约需要2h。整个寿命期按12年计算，转移井场行驶6 000km，生产厂家制造后出厂实验行驶2 000km，转移油区行驶2 000km（可能没有）。因此，一台车装钻机，整个服役期行驶8 000～10 000km，折算后行驶时间约260～300h。钻修井所用时间为72 000h。行驶时间约为工作时间的3‰～4‰。由于行驶时间少，速度低，车装钻机所遵守的运载车标准比《GB 1589 道路车辆外廊尺寸、轴荷及质量限值》在单桥允许承载的重量上有所放宽。

随着车装钻机重量的增加，对运载车的承载能力要求也越来越高。提高承载能力，只有三种方法：一是增加车桥数量；二是增加单桥的承载能力；三是降低自重。第三种方法，效果非常有限，本文不再讨论。

多桥运载车在国内的运用主要是军用特种车、大吨位公路起重机、油田车装钻机。军用特种车要求具有极强的越野性能，特别是越壕能力，因此，采用独立悬挂、独立车桥，同时，单桥承载能力可以按16t计算。这种型式的运载车，性能好、价格高、运载车台面高，不适应油田车装钻机。大吨位的公路起重机，在起重作业时为一体，公路行驶时为两车，因此单车的重量并不大。油田车装钻机，如果井架单独运输，可以选用较小型号的运载车，但在油田现场安装时，费工费时，且需要60t级别的吊车和较大的场地，这在油田不现实。

1 车桥悬挂布置型式

车桥的承载能力受制于车桥、轮胎、悬挂和各种标准中规定的最小值[2]。车装钻机用运载车，因为数量较少（和重型卡车相比），只能选用通用的部件。前桥轮胎选用18-22.5或是445/65R22.5。前者，20层级，单胎承载能力为5 450kg；后者，单胎承载能力为5 800kg。考虑到低速条件下承载能力的增加[3]，前者承载能力为5 722kg，后者承载能力为6 525kg。后桥轮胎（双胎）选用12-20或是12.00R20。前者，20层级，承载能力为3 450kg；后者，20层级，承载能力为3 650kg。低速下，承载能力增加，前者承载能力是3 795kg，后者承载能力是4 088kg。

对于车辆前桥来说，承载能力的薄弱环节是轮胎。大吨位的车桥较容易选到，按《SY/T 5534-2007油气田专用车通用技术条件》的要求，单根前桥的承载能力是12 000kg[2]。

气悬桥承载能力的薄弱环节是气囊。气悬挂见图1。

气囊外圆直径为254mm，作用直径为244mm，允许最高压力100psi。据此计算出簧载质量为12 300kg。因此，可以算出气悬桥的承载能力是13 000kg（含车桥、轮胎、悬挂自重1 000kg）。

刚性悬挂的后双桥，承载能力是26 000kg。这已是所用轮胎允许的最大限制。

随动转向车桥限于车桥结构的原因，目前的承载能力是10 000kg。

国内外，现有的14×8运载车及其变型14×12运载车，其车桥悬挂布置型式是：前三桥钢板平衡悬挂、第四桥气悬挂、第五六桥平衡梁悬挂、第七桥气悬挂。也有部分生产厂家，将第四桥的气悬挂移至平衡梁悬挂之后。

现在，16×12的运载车，数量会更少（与14×8运载车及其变型车相比），应充分考虑到产品的继承性及部件的通用性。车桥的布置型式为：前三桥钢板平衡悬挂车桥、第四桥气悬挂车桥、第五六桥平衡梁悬挂车桥、第七桥气悬挂车桥、第八桥随动转向气悬挂车桥。这样的布置型式，车桥的种类仅增加一种，见图2。

这种16×12运载车首先用于4 000m车装电驱动钻机。按钻机的要求，其上的动力配置如下：C18（463kW）+M6620AR。另有两台功率分别为600kW的电机用于钻井。

2 计算分析

根据前文的分析，这种悬挂布置型式的16×12运载车的承载能力是98t，计算公式为：12×3+13+13×2+13+10=98。

将4 000m车装电驱动钻机分为20几个总成（部件），分别算出各个总成的重量及重心位置。

各总成的重心座标规定：通过后尾梁中心线的垂直面与车架的纵向对称平面、地面的交点为原点；纵向为X轴，座标原点向车头方向为正；垂直方向为Y轴，向上为正；横向为Z轴，驾驶室所在方向为正。各部件的重心及重量见表1。

以上总计96.48t。重心位置分别为：8 096.5、2 307.9、9.79mm。

按前三桥各桥承载相同、后双桥各桥承载相同、各气悬桥定载荷，计算出各车桥承载。前三桥36.82t、单桥12.27t；非转向气悬桥各13t、随动转向气悬桥10t；后双桥23.66t、单桥11.84t。可见，各桥的实际承载重量比较合理，前桥稍稍超重。

发动机额定功率463kW，运载车允许总重98t，比功率4.12kW/t；主动转向桥承重36.82t，是车装钻机总重的38.2%；驱动桥承载73.48t，是车装钻机总重的76.2%，（仅有后桥驱动是34.9%），符合要求[1]。

限于篇幅，运载车的详细计算不再叙述。

3 结论

从以上计算、叙述中可以看出，16×12运载车的车桥悬挂布置型式科学、重心分布合理，产品继承性、通用性好，可以用于指导详细设计、生产图纸的绘制。今后，随着车装钻机重量的增加，可以使用宽基轮胎、选用大吨位车桥，以增加运载车的允许承载能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 7258-2012，机动车运行安全技术條件[S].北京.中国标准出版社，2012.

[2]国家发展和改革委员会.SY/T 5534-2007，油气田专用车通用技术条件[S].北京.石油工业出版社，2008.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 2977-2016，载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷[S].北京.中国标准出版社，2016.