СНИЖЕНИЕ ТРАВМАТИЗМА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ МАШИНИСТА ТРУБОУКЛАДЧИКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДА В СОСТАВЕ ТРУБОУКЛАДОЧНОЙ КОЛОННЫ

В связи с развитием газовой отрасли, в России быстрыми темпами идет строительство магистральных трубопроводов и для этого применяются самые передовые технологии. Основной метод строительства магистральных трубопроводов - поточный метод. Он основан на применении принципов непрерывности и равномерности технологических процессов.

Обычно строительство трубопроводов выполняется группами трубоукладчиков так, как это показано на рис.1 [1]. В работе такого характера важную роль играет четкое следование указаниям мастера, контролирующего работу данного участка трубопровода. Т.к. вся техника связана между собой, эффективность работы трубоукладочной группы напрямую зависит от устойчивости каждого из трубоукладчиков. Для укладки трубопровода в траншею необходимо 7 – 8 трубоукладчиков [6].

Рисунок 1. Технологическая схема проведения работ при строительстве магистрального трубопровода

Процесс возведения магистральных трубопроводов является достаточно энерго- и ресурсозатратным. Это связано с наличием большого количества этапов при строительстве.

Основной машиной при строительстве газопровода является трубоукладчик [11, с. 4]. Трубоукладчик - самоходная гусеничная машина, предназначенная для подъема и укладки труб и транспортирования оборудования для трубопроводов. Данная машина, базой для которой служит гусеничный трактор, имеет специально сконструированные составные части: главную раму, противовес, механизм подъема стрелы и груза и боковую стрелу, поворачивающуюся только в вертикальной плоскости. Определение соответствует ГОСТ 27963-88 «Термины, определения и техническая характеристика для коммерческой документации» [5].

Его используют практически во всех видах работ [11, с. 11]:

• Погрузочно-разгрузочные работы
• Транспортировка труб
• Монтаж труб и их секций
• Укладка трубопровода в траншею
• Другие вспомогательные работы

Конструкция механизмов кранов-трубоукладчиков должна обеспечивать:

а) подъем (опускание) крюка;

б) подъем (опускание) стрелы;

в) увеличение (уменьшение) длины стрелы (для кранов-трубоукладчиков с телескопической стрелой);

г) совмещение операций по изменению высоты подъема крюка и вылета;

д) совмещение операций подъема (опускания) крюка с увеличением (уменьшением) длины стрелы (для кранов-трубоукладчиков с телескопической стрелой);

е) откидывание и продвижение противовеса с переменным вылетом.

Механизмы подъема груза и изменения вылета и длины стрелы должны быть выполнены так, чтобы опускание груза и стрелы, а также изменение ее длины осуществлялось только от работающего двигателя [4].

Трубоукладчик предназначен для удержания трубопровода на весу. Используется также как тягач. Выполняется на базе гусеничного трактора, на котором устанавливаются боковая стрела, контргруз (для уравновешивания трубоукладчика), привод и лебёдка, смонтированная на специальной раме.

В зависимости от грузоподъемности стали устойчивыми следующие категории трубоукладчиков – легкие, средние, тяжелые.

В связи с переносом строительства на территории северных широт, богатых нефтяными и газовыми месторождениями, наиболее распространенным и применимым стал раздельный способ ведения строительных работ. Из-за климатических условий данного региона значительный объем работ приходится переносить в помещения и производить изоляцию труб в цеху, непосредственно перед подачей их на производство.

При работе трубоукладчиков в группе, с увеличением расстояния между машинами, увеличиваются и нагрузки на них. Так же стоит отметить увеличение грузоподъёмности и числа одновременно работающих трубоукладчиков, напрямую зависящее от диаметра укладываемой трубы. Недостаточное количество кранов-трубоукладчиков спровоцирует опасные напряжения в трубе, что в свою очередь приведет к повреждениям трубопровода и возникновению аварийных ситуаций месте проведения работ. Именно поэтому вся технология строительства основана на выполнении жестких требований безопасного ведения работ.

Анализ безопасности.

Возникновение и развитие крупных аварий, как правило, характеризуется комбинацией случайных локальных событий, возникающих с различной частотой на разных стадиях аварии [9]. Для выявления причинно-следственных связей между этими событиями используют логико-графический метод анализа «дерева отказа» представленный на рисунке 2.

Рисунок 2. Дерево причин возникновения опрокидывания трубоукладчика.

Проведя его анализ, можно выявить пять основных источников опасности:

-Система контроля;

-Положение рабочих органов;

-Человеческий фактор;

-Рельеф местности;

-Работа в группе.

Однако наиболее опасными является Положение рабочего органа и Ошибка оператора. Согласно статистике, около 90 % несчастных случаев, связанных с опрокидыванием трубоукладчика при работе в группе, происходят по причине неверных указаний мастера, контролирующего работу группы трубоукладчиков на данном участке работ.

В качестве примера рассмотрим базовую модель трубоукладчика ТО 12.24 Е1, основными характеристиками которого является гидростатическая трансмиссия и грузоподъёмность 12 тонн при массе 26,5 тонн, производства «ДСТ-Урал» [8].

Этот трубоукладчик оснащен системой безопасности АЗК – 110, служащей для:

• защиты машин от перегрузок и опрокидывания при подъеме груза;
• защиты оборудования от повреждений при работе в зоне ЛЭП;
• отображения информации о массе поднимаемого груза, предельной грузоподъемности, величине вылета стрелы, величине вылета противовеса, угла наклона стрелы, относительно линии горизонта.

Системы подобного типа имеют один большой недостаток. Все они работают не  в динамическом режиме. Их принцип работы основывается на отключении элементов трубоукладчика при нарушении заложенных в них условий и параметров. Таких как превышение груза, приближение к ЛЭП и т.д.

Предлагается установить систему стабилизации и контроля не только каждого трубоукладчика, но и ввести единую систему управления всей колонной. Которая могла бы работать в соответствии с разработанным алгоритмом, автоматически подбирая режим работы каждого элемента колонны в зависимости от показателей системы контроля, тем самым произвести автоматизацию рабочего процесса, исключив из него человека.

Для этого была разработана блок-схема динамической модели трубоукладочной колонны, отображающая взаимодействие системы «Оператор - Машина - Окружающая среда» (Рис. 3). На ней видно, что системы контроля каждого звена колонны получают сигналы от всех рабочих органов и человека-оператора, после чего проводят оценку ситуации и в случае несоответствия данных с нормативными показателями, передает сигнал на Единую систему управления. Она проводит контроль состояния всех машин в колонне и отдает команду на корректировку действий с учетом общей ситуации на объекте.

Рисунок 3. Блок-схема динамической модели трубоукладочной колонны.

На схеме сложной динамической системы рабочего процесса трубоукладчика (Рис.4) видно, что устройство управления получает сигналы от всех рабочих органов и человека-оператора, после чего выполняет поставленную перед ним задач. Главное условие выполнения задач – условие устойчивости трубоукладчика [10].

Рисунок 4. Сложна динамическая система работы трубоукладчика.

На схеме распределения сил, представленной на рис.5, показаны точки приложения сил к трубоукладчику, а так же ребро опрокидывания [3]. Ребром опрокидывания является линия, проходящая через точку контакта колеса и рельса, относительно которой кран стремится опрокинуться. Нужно учесть, что гусеницы трубоукладчика должны находиться всегда на одном уровне. Если происходит провал грунта, то нужно как можно скорее скорректировать положение гусениц.

Рисунок 5. Схема распределения сил нагружения.

Исходя из схемы распределения сил, действующих на трубоукладчик, была разработана математическая модель нагружения трубоукладчика, показанная на рис.6 [7]. Так же был выбран коэффициент устойчивости трубоукладчика, равный отношению момента устойчивости, создаваемого весом трубоукладчика с учетом дополнительных нагрузок (ветровой нагрузки, силы инерции и т.д.) к моменту опрокидывания [2].

Рисунок 6. Математическая модель нагружения.

Гидравлическая схема трубоукладчика показана на рис.7. На ней видно, какими параметрами нам необходимо управлять. А именно мы управляем гидромотором лебедки, гидроцилиндром противовеса и гидроцилиндром вылета стрелы. Осуществляется это путем гидравлической системы. Управление рабочими механизмами с помощью гидропривода обеспечивает выполнение грузоподъемных работ с высокой точностью, что значительно снижает нагрузку на машиниста-оператора. Так же с помощью гидроцилиндра производится подъем и опускание стрелы. Гидроцилиндр оснащен системой гидрозамков, исключающей самопроизвольное опускание стрелы с грузом при повреждении в гидросистеме [9]. Противовес трубоукладчика откидывается также при помощи гидроцилиндра, что делает его еще более устойчивым [9].

Рисунок 7. Гидравлическая схема трубоукладчика.

С помощью алгоритма работы системы безопасности, мы предлагаем управлять гидромотором противовеса. Алгоритм можно увидеть на рис. 8.

Рисунок 8. Алгоритм управления гидроцилиндром противовеса.

Исходя из этого, был разработан алгоритм действий системы контроля и единой системы управления при работе колонны (Рис.9). На нём показаны основные механизмы органов управления технологическим процессом.

Рисунок 9. Алгоритм управления системами контроля колонны трубоукладчиков.

Таким образом, составив сложную динамическую схему работы трубоукладчика, алгоритм управления системами контроля, разработав математическую модель нагружения, мы предлагаем установить систему стабилизации трубоукладчика совместно с единой системой контроля. Которая могла бы работать в соответствии с разработанным алгоритмом, автоматически выбирать режимы работы колонны, тем самым произвести автоматизацию рабочего процесса, исключив из него человека.

Такая схема работы не только ускорила бы процесс укладки магистральных трубопроводов, но и свела бы к минимуму экономические потери, связанные с проблемами устойчивость трубоукладчика.

Список литературы:

1. Аникин, Е.А. Новый способ расчета технологических схем укладки магистральных трубопроводов / Е.А. Аникин // Тр. МИНХ  ГП. – М. : 1971. – Вып. 87. – С. 18 – 22.
2. Ващук И.М., Уткин В.И., Харкун Б.И. Трубоукладчики : уч.пособие / Ващук  И.М.  – М. : Машиностроение, 1989. – 1811 с.
3. Габелая, Р.Д. Исследование повышения групповой устойчивости трубоукладчиков при укладке магистральных стальных трубопроводов больших диаметров: дис. … канд. техн. наук : 05.15.07 / Габелая Р.Д. – М. : МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1974. – 128 с.
4. Гальперин, А.И. Краны-трубоукладчики / А. И. Гальперин. – М.: Машгиз, 1961. – 163 с.
5. ГОСТ 27963-88 (ИСО 7136-86) «Машины землеройные. Трубоукладчики. Термины, определения и техническая характеристика для коммерческой документации». – Введ. 1988-03-02. –М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1988. 11 с.: ил.
6. Громов, А.В. Строительство магистральных трубопроводов (линейная часть) / А.В. Громов, А.А. Каликин. – Киев: Будiвельник, 1975. – 358 с.
7. Загороднюк, Е.В. Математическое моделирование систем управления трубоукладочными робототехническими комплексами для строительства газопроводов: дис. … канд. техн. наук: 05.02.05 / Загороднюк Елена Вячеславовна. – Новочеркасск, 2000. – 176 с.
8. Минаев, В.И. Машины для строительства магистральных трубопроводов / В.И. Минаев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1985. – 440 с.
9. Оценка безопасности методом «дерева отказов» на примере трубоукладчика KOMATSU D355C [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://knowledge.allbest.ru/life/3c0a65625b3bc68a5c53a89421316d27_0.html (дата обращения: 26.04.2017)
10. Тихонов, Ю.Б. Повышение устойчивости изоляционно-укладочной колонны путем совершенствования систем управления кранами-трубоукладчиками: дис. … канд. техн. наук: 05.05.04 / Тихонов Юрий Борисович. – Омск : СибАДИ, 2003. – 199 с.
11. Шабалин А.Н. Совершенствование крана-трубоукладчика и устройства управления комплектом машин, обеспечивающих грузовую устойчивость трубоукладочной колонны: дис. … канд. техн. наук. – М., 2014. – С. 10 – 90.