САМОХОДНЫЙ ТРАНШЕЙНЫЙ ПОДЪЕМНИК ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2001 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительству и, в частности, может применяться при ремонте нефтепровода без остановки перекачки нефти.

Преимущественно предусматривается применение при капитальном ремонте трубопроводов при вскрытии их с подкопом.

Известно устройство для укладки трубопровода в траншею в болотистых грунтах (см. авторское свидетельство СССР N 1203309, кл. F 16 L 1/00, 1986 г.), которое состоит из основной опоры, механизма циклического перемещения с головной опорой. Основная опора включает в себя платформу, выполненную в виде лыжи (с отогнутым передним концом), механизм вертикального перемещения с ложем и гидроцилиндром его вертикального перемещения.

Отличительной особенностью механизма вертикального перемещения является то, что его ложе (где покоится трубопровод) одновременно выполняет функцию и опоры, и направляющей во время горизонтального перемещения на шаг. Для этого ложе выполнено в виде обечайки с катками, расположенными с верхней и нижней стороны трубопровода. Верхние катки контактируют с трубопроводом во время горизонтального перемещения, а нижние катки служат опорой во время приподъема трубопровода. Механизм циклического перемещения включает в свой состав головную опору (зацепку) и силовое звено. Конструкция головной опоры аналогична конструкции основной опоры. Силовое звено выполнено в виде двух силовых цилиндров, которые соединяют платформу основной опоры с ложем (с обечайкой) головной опоры.

Назначение механизма вертикального перемещения - обеспечение возможности частичной разгрузки движущейся платформы от массы трубопровода, т.е. при перемещении, например задней платформы, гидроцилиндр механизма вертикального перемещения головной платформы берет часть массы трубопровода на себя. В результате во время перемещения платформы происходит контактирование (скольжение) его полозьев по грунту при одновременном контактировании (катании) катков тележки.

Однако данное устройство непригодно для работы в траншее на сухих грунтах, т. к. при перемещении на шаг обечайки с катками пойдут по трубе, а сама платформа с лыжными полозьями пойдет в другую сторону, потому что у лыж нет направляющего устройства.

По замыслу авторов устройство предназначено для перемещения в болотных грунтах, где можно обойтись без направляющего устройства, т.к. от небольшого усилия со стороны обечайки платформа сможет пойти за обечайкой.

В принципе данное устройство можно приспособить (спаривая силовые цилиндры вертикального перемещения и компонуя их по другому, уменьшив размер платформы и т. д.) для поддержания трубопровода на обычных сухих грунтах с сохранением принципа перемещения на колесах, но платформа во время перемещения полностью отрывается от грунта (см. авторское свидетельство СССР N 264074, кл. 47 f₁ 1/50 (МПК F 06 L), 1970 г.). Однако такое устройство имеет ряд существенных недостатков:
1. Трубопровод полностью загружается массой устройства во время его перемещения на шаг.

2. В момент отрывания платформы от дна траншеи (при переходе в транспортное положение) на трубопровод накладывается значительная дополнительная нагрузка от присасывания опорной плиты, например к влагонасыщенному грунту после дождя.

3. Не обеспечивается техника безопасности поддержания трубопровода на весу, так как:
а) при несогласованном действии операторов возможно одновременное опускание трубопровода обоими подъемниками;
б) возможны появления неисправности в самом механизме подъема;
4. Увеличивается время цикла шагового перемещения опор из-за того, что при каждом цикле кроме подъема трубопровода основной опорой затрачивается дополнительное время на подъем и опускание головной опорной платформы.

Кроме того, длина холостого вертикального перемещения платформы (башмака) значительна по величине, поэтому много времени затрачивается на прохождение данного пути платформой. В результате скорость циклического перемещения опор получается меньше, чем скорость перемещения подкапывающей машины, задающей скорость перемещения всей ремонтной колонне трубопровода, поэтому теряется производительность всей ремонтной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому является "Самоходный траншейный подъемник трубопровода" (см. авторское свидетельство СССР N 1645719, кл. F 16 L 1/028, 1991 г.), содержащий снабженные средством ориентации по профилю траншеи лыжи, прикрепленную к ним сверху основную платформу, которая взаимодействует с трубопроводом через механизм вертикального перемещения. Последний состоит из ложа, оба конца которого соединены посредством канатно-блочной системы с приводами, расположенными по обе стороны трубопровода. Такая компоновка механизма вертикального перемещения ухудшает смещение (самоустанавливание) трубопровода относительно оси подъемника.

Средство ориентации лыж по профилю траншеи выполнено в виде прикрепленных к лыжам двух крыльев, которые расположены близко к боковым стенкам траншеи. В случае смещения подъемника от продольной оси траншеи одно из крыльев взаимодействует с боковой стенкой траншеи, и корректируется положение подъемника.

Горизонтальное перемещение подъемника осуществляется при помощи механизма циклического перемещения, который в свою очередь состоит из силового звена и зацепки. Силовое звено связывает основную платформу с зацепкой. При укорачивании силового звена (при наматывании каната на барабан) зацепка автоматически сцепляется с трубопроводом. В результате в процессе укорачивания происходит перемещение основной платформы (подъемника) на шаг. Естественно, во время перемещения механизм вертикального перемещения полностью освобождает (опускает) трубопровод, а чтобы трубопровод не опустился ниже допустимого, приходится подъемник спаривать, тогда при каждом перемещении одного подъемника второй подъемник поддерживает трубопровод. Спаривание самоходного траншейного подъемника усложняет конструкцию, требует дополнительный обслуживающий персонал.

Кроме того, в случае применения данного подъемника в траншеях, где трубопровод вскрывается с применением подкапывающей машины, иногда фрезы последней отбрасывают землю к стенкам траншеи. Из-за отбрасывания земли стенка становится непригодной для опоры крыльев. В результате средство ориентации подъемника по профилю траншеи не сможет выполнять свою функцию.

Целью изобретения является упрощение конструкции за счет расширения функциональных возможностей подъемника, чтобы один и тот же подъемник выполнял и функцию спариваемого подъемника, т.е. во время его перемещения трубопровод поддерживался этим же подъемником.

Для выполнения указанной цели в самоходном подъемнике, содержащем снабженные средством ориентации по профилю траншеи две лыжи, прикрепленную к ним сверху платформу, механизм вертикального перемещения трубопровода, взаимодействующий с трубопроводом посредством ложа, и зацепку, связанную с платформой посредством силового звена, зацепка выполнена в виде лыжи, снабженной средством ориентации по профилю траншеи, прикрепленной к лыже дополнительной платформы и установленного на платформе плавающего ложа, имеющего свободу перемещения поперек оси трубопровода, но фиксированного от продольного перемещения. Причем ложе основной платформы, кинематически связанное с механизмом его вертикального перемещения, выполнено также плавающим по направлению перемещения поперек оси трубопровода. При такой конструкции во время перемещения основной платформы массу нитки трубопровода на время можно переложить на ложе зацепки. Масса трубопровода от ложа через дополнительную платформу и лыжи передается к грунту (земле). Ограниченное от продольного перемещения ложе связывается одновременно и с грунтом, и с трубопроводом за счет силы трения, поэтому с гарантией сможет воспринимать продольную нагрузку, возникающую от основной платформы во время ее перемещения на шаг, т.е. предложенные отличительные признаки выполняют функцию и зацепки, и дополнительной (головной) опоры. Поскольку во время перемещения ось основной платформы и ось головной платформы могут не совпадать с осью трубопровода, то ложе самого подъемника и ложе дополнительной лыжи (платформы или опоры) выполнены плавающими поперек оси трубопровода.

Чтобы предложенный подъемник смог надежно выполнять также функцию головной опоры, заменяющей самостоятельный спариваемый подъемник, требуется надежно обеспечить перемещаемость зацепки (головной опоры) по оси траншеи, вскрытой с применением подкапывающей машины. Для этого средство ориентации лыж по профилю траншеи выполнено в виде четырех направляющих планок. Эти планки прикреплены к полозьям лыжи (или лыж, если речь идет о лыжах основной платформы) и расположены под углом к продольной оси лыжи. Причем величина указанного угла больше угла возможного перекоса лыжи относительно оси земляной тумбы за счет зазора между планкой и земляной тумбой.

На фиг. 1 изображен подъемник, боковой вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Е-Е на фиг. 5; на фиг. 7 - вид К на фиг. 1; на фиг. 8 - сечение Н-Н на фиг. 4; на фиг. 9 - сечение М-М на фиг. 1; на фиг. 10 - сечение П-П на фиг. 6; на фиг. 11 - сечение И-И на фиг 5; на фиг. 12 - сечение Х-Х на фиг. 11; на фиг. 13 - место C на фиг. 1; на фиг. 14 - вид Т на фиг. 13; на фиг. 15 - сечение У-У на фиг. 11.

Самоходный траншейный подъемник состоит из подъемника-опоры 1 (фиг. 1) и головной опоры (зацепки) 2, которые между собой соединены силовым цилиндром 3 шагового перемещения. К платформе 4 подъемник-опоры жестко прикреплены боковые лыжи 5 (фиг. 2), которые во время сборки на трубопроводе сажаются на лапы 6 центральной лыжи 7, установленные предварительно под трубопроводом 8. Для предотвращения продольного смещения боковых лыж относительно центральной лыжи на последней предусмотрены выступы 9, которые заведены в пазы 10 боковых лыж. Платформа имеет П-образную форму. На ушках 11 полки 12 платформы вертикально установлены два силовых цилиндра 13. Фиксация силовых цилиндров от углового разворота осуществляется плитой 14, прикрепленной к полке платформы посредством их стоек 15. Для этого на плите предусмотрены два отверстия 16, в которых размещены корпуса силовых цилиндров. Штоки двух силовых цилиндров между собой жестко связаны распоркой 17. Распорка соединена с ложем 18 при помощи каната 19, через уравнительный блок 20 каркаса 21 ложа 18. Комплекс звеньев, включающий позиции от 11 по 21, названный механизмом вертикального перемещения, обеспечивает в нужное время приподнимание трубопровода 8. Головная опора (зацепка) 2 состоит из дополнительной лыжи 22, прикрепленной к ней дополнительной платформы 23 и плавающего ложа 24, которое при нагруженном состоянии своим основанием 25 контактирует с платформой. Ось ложа имеет возможность сместиться относительно оси платформы на величину "е" (фиг. 5). На перифериях ложа 24 размещены четыре опорные площадки 25, обращенные вниз, которыми ложе опирается на головки четырех подпружиненных болтов 26. В данном случае роль пружины выполняют предварительно поджатые гайкой 27 резиновые прокладки 28.

Во время перемещения головной опоры (когда трубопровод не нагружает своим весом ложе) массу ложа берут на себя подпружиненные болты. При наличии таких широко расставленных четырех опорных болтов трубопровод при контактировании с одной из боковых стенок 29 сможет сместить ложе в одну из сторон поперек оси трубопровода.

Для фиксации ложа 23 от продольного смещения относительно платформы спереди и сзади ее установлены упоры 30.

Лыжа 22 головной опоры снабжена средством ее ориентации по центру траншеи, которое выполнено в виде четырех направляющих выступов 31, прикрепленных к полозьям 32 лыжи. Эти выступы обращены вниз и расположены под углом α к оси лыжи (фиг. 9). Величина указанного угла больше угла β^° возможного перекоса лыжи за счет зазора L между выступом и земляной тумбой 33 (фиг. 5, 9). Земляная тумба - это участок полосы твердого, неразработанного грунта под трубопроводом шириной больше диаметра трубопровода на 300-400 мм. Аналогичным средством ориентации снабжены лыжи подъемник-опоры. В результате лыжам подъемник-опоры и головной опоры, заодно и их платформам, обеспечивается их расположение примерно по центру (по оси) траншеи во время их перемещения. Выступы, расположенные в носовой части дополнительной лыжи 22, проторяют дорожку сзадистоящим выступам, поэтому они встречают при движении больше сопротивления. Для снижения указанного сопротивления носовые выступы вынесены за пределы лыжи вперед по ходу. Ось трубопровода и связанные с трубопроводом оси лож 18, 24 могут не совпадать с осью траншеи. Поэтому каждое ложе выполнено свободно плавающим поперек оси трубопровода. У подъемник-опоры самоустанавливание его лож поперек оси трубопровода обеспечивается за счет подвешивания корпуса 21 лож на канате 19, уравнительный блок 20 которого размещен в плоскости, проходящей по оси трубопровода. По краям дополнительной платформы 23, по обе стороны трубопровода размещены два кронштейна с опорными плитами 34, посредством которых платформа опирается на пяты 35 винтов 36. Винты размещены во втулках 37 и имеют свободу перемещения по оси втулки вверх, а перемещение вниз ограничено гайкой 38. Втулки прикреплены к дополнительной лыже 22. При завинчивании гайки 38 винт от проворота удерживается шпонкой 39. При помощи винтовых пар настраивается высота ложа относительно дна траншеи. Центр тяжести платформы имеет небольшое смещение по ходу относительно оси втулки 37. Для предупреждения разворота платформы 23 вокруг центра шаровой сферы пяты 35 при ее ненагруженном состоянии установлен упорный болт 40 (фиг. 6).

В слабых грунтах для уменьшения удельного давления по бокам дополнительной лыжи 22 устанавливают боковые лыжи 41 (фиг. 11). Для крепления таких лыж на боковых торцах дополнительной лыжи предусмотрены усики 42, а на боковых лыжах, кроме ответных ушек, установлены кронштейны 43 с регулируемыми винтами 44 на концах. Винты прижаты к дополнительной лыже, предупреждают боковые лыжи от разворота вверх.

Силовой цилиндр 3 шагового перемещения соединен с планкой 45 посредством ушка с цапфой 46. С платформой планка соединена с возможностью разворота вокруг оси шарнира 47. Палец второго шарнира 48 выполнен легкосъемным. В результате во время монтажа на трубопровод планку 45 и силовой цилиндр 3 можно за счет их разворота вокруг осей шарниров 46, 47 выставить параллельно продольной оси подъемник-опоры, чтобы при опускании в траншею трубопровод не был для нее препятствием. К платформе 4 подъемник-опоры прикрепляется указатель положения трубопровода относительно дна траншеи с флажком 49. Напротив стрелки 50 указателя нанесены деления.

Траншейное подъемное устройство работает следующим образом. Из описания в статике ясно, что траншейный подъемник состоит из подъемник-опоры и головной опоры, а механизм вертикального перемещения имеет только подъемник-опора, которая имеет возможность менять высотное положение трубопровода. Для обеспечения движения головной опоры подъемник-опора приподнимает трубопровод на 5-20 мм, т. е. приподнимает трубопровод до соприкосновения с флажком 49 указателя. После этого, выдвигая шток гидроцилиндра 3, перемещают головную опору на шаг. Далее подъемник-опора опускает трубопровод на головную опору, и при втягивании штока в гидроцилиндр 3 происходит подтягивание (буксировка) подъемник-опоры к головной опоре. Этим заканчивается цикл перемещения на шаг. При подтягивании подъемник-опоры к головной опоре (якорю) последняя оказывает сопротивление к смещению назад с силой
Q₁ = T₁•f₁ = (T₁+t)•f₂ = 35•0,3 + (35 + 1)•0,75 = 37,5 т,
где T₁ - сила давления трубы на ложе;
T₁ + t - сила давления головной опоры на грунт;
t - масса головной опоры;
f₁ - коэффициент трения между трубой и ложем;
а₂ = 0,75 - 1 - коэффициент трения между грунтом и лыжей головного подъемника.

При этом оказываемое сопротивление подъемник-опоры к перемещению равно
Q₂ = T₂•f₂ = 4,5•1,0 = 4,5 т,
где T₂ - масса подъемник-опоры.

Изобретение относится к строительству и используется при ремонте трубопроводов. Подъемник предназначен для поддержания нитки трубопровода на весу при его ремонте и содержит подъемник-опору и головную опору, связанные между собой гидроцилиндром шагового перемещения. Подъемник-опора оснащена механизмом подъема трубопровода. Перемещение опор производится поочередно. При подъеме трубопровода подъемник-опорой головная опора разгружается и перемещается гидроцилиндром на шаг. После опускания трубопровода на головную опору на шаг перемещается освобожденная от нагрузки подъемник-опора. Расширяет арсенал технических средств. 1 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Самоходный траншейный подъемник трубопровода, содержащий снабженные средством ориентации по профилю траншеи две лыжи, прикрепленную к ним сверху платформу, механизм вертикального перемещения трубопровода с ложем и связанную с платформой посредством силового звена зацепку, отличающийся тем, что зацепка выполнена в виде дополнительной лыжи, снабженной средством ориентации по профилю траншеи, прикрепленной к лыже с верхней ее стороны дополнительной платформы и установленного на платформе плавающего дополнительного ложа, которое имеет свободу перемещения поперек оси трубопровода, но фиксировано от продольного перемещения, при этом ложе, соединенное с механизмом вертикального перемещения, выполнено также плавающим по направлению поперек оси трубопровода. 2. Подъемник по п.1, отличающийся тем, что средство ориентации лыжи по профилю траншеи выполнено в виде четырех направляющих выступов, прикрепленных к полозьям лыжи, расположенных под углом к продольной оси лыжи, причем величина указанного угла больше угла возможного перекоса лыжи относительно оси земляной тумбы траншеи за счет зазора между планкой и земляной тумбой.