我国第一台驮管车的发展历史.doc

我国第一台“驮管车”的发展历史
“驮”字大家一提到首先联想到的是”沙漠之舟”——骆驼。一只骆驼能驮200千克的货物，每天走40千米，能够在沙漠中连续走三天。空身时，每小时可跑15千米，连续18小时不停。骆驼它不但身体高大，但是走路并不笨拙，而且还具备了生活在沙漠恶劣环境的特殊生理构造，因此它成为沙漠里最重要的交通工具。驮管车这个听上去很陌生的家伙，其实就是一种能够自动装卸大口径管道、运输管道的专用机械挂车，而如今，这个以前不太为人注意的庞然大物，始终备战在国家重点工程南水北调中线京石段应急供水工程第一线，出色地完成了管道装卸运输任务。

一、什么是驮管车？
人们不仅好奇，这个穿梭在工地上的“沙漠之舟”是什么样子呢？有什么作用？
虽然不能得出结论，没有驮管车就没有安全确保的工期（还可以采取租赁大型履带吊车、大型低平板车）等方法，但是事实证明驮管车在今后的大口径PCCP管道建设中已经不可或缺。
驮管车，全名叫自动装卸管道运输车，是一种大口径PCCP管道的专用运输挂车，驮管车集机、电、液、气、传感技术于一体，具有自动装卸管道、输送管道、倒运管道以及管道承插口对接安装，涉及机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的管道口径及载质量大小进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。驮管车工作时不需要大型起重机械进行配合作业，加强了作业的机动性，从而大大提高了施工的效率、安全性，降低了成本，因而受到国家有关领导的青睐，驮管车以后发展趋势广泛用于南水北调、市政、水电、隧道工程等。
其实，驮管车的工作原理与”沙漠之舟”确实倒有几分相象，托管车后面挂车大梁部分结构成拱形，拱形大梁上安装有2个或3个上下作用的支撑架组合，工作时它会在液压缸等的推动下，支撑架向上顶起，以此举升管道。驮管车强悍的大梁结构好比骆驼高大的身躯，设计巧妙的支撑架好比骆驼背上的“小山峰”，而非常恶劣的工地环境不就好比茫茫沙海吗。当驮管车队驮着管道不知疲倦的一次次穿梭于工地上，一次次顺利的完成运管任务-------所以将驮管车称之为工地上的“沙漠之舟”一点也不为过。

二、传统运输方式运输大型PCCP管道的技术难题。
我国南水北调工程是一项功在当代、利在千秋的大型水利工程。南水北调工程采用的是内径达4m的大型预应力钢筒混凝土管（PCCP），这是继利比亚大人工河工程之后，国际上又一次大规模使用4m内径PCCP管的工程项目，而且类似直径采用双排、埋深如此大的工程在国际上尚无先例。该PCCP管每节标准管道长5m、内径4m、外径达4.85m、重约70t至80t。
传统上，运输大型管道是采用的平板车辆运输方式，这一点也已成为运输业对于运输大型管道的共识。在PCCP管道运输的规划过程中也曾考虑使用低平板车辆运输，但是结合PCCP管道的技术参数、物理特性，以及运输道路状况、周围自然环境等因素的综合考虑，最终排除了采用低平板车辆运输的方案。
PCCP管最终未采用传统低平板车辆运输，主要是考虑到传统低平板车辆在运输PCCP管方面存在以下缺点：
1、从PCCP管道的装卸过程来看。传统低平板车辆仅仅是运输工具，不具备装卸功能，PCCP管的装卸要依赖大型起重机械设备配合作业，如果说这一点在制管基地还是比较容易实现的话，那么在长距离、大范围的施工现场则成为一种奢望，而且即使配备了大型机械设备，建设成本将大幅上升。这就造成了使用传统低平板车辆运输PCCP管的使用范围受限、装卸时间过长、使用成本过高。
2、从PCCP管道的装载方式来看。低平板运输车的管道装载方式是将管道直接置于平板装置上，并采用电焊或索具固定的方式，由于PCCP管道直径达4.85m，这就造成了PCCP管道的重心高、无法有效固定、稳定性不强。
3、从低平板车的运输过程来看。低平板运输车本身离地高、重心高，运输过程中道路通过性能不高、稳定性不强。
4、从低平板运输车对道路及周围场地的技术要求来看。低平板车运输管道时，管道外壁离地距离为1200mm~1500mm，再加上PCCP管道的外径4.85m，远远高于一般交通道路净高为5000mm的设计标准，这就必须要求对在运输距离之内对道路及附属设施进行大范围的改造，以满足低平板车辆运输的要求。
5、从低平板运输车的运输效率来看。第一、低平板运输车需要大量的装卸时间；第二、低平板运输车运输速度较慢；第三、受大型起重机械设备的限制，由于这三方面的限制必然造成了低平板运输车的运输效率不高。
由于传统低平板运输车辆在运输PCCP管道方面存在限制性，为对破解PCCP管的运输难题，攻克运输PCCP管的技术难关，就需要针对PCCP管的技术指标及物理特性开发出新的运输技术及运输方案。

三、针对PCCP管的特性设计驮管车的新技术方案。
解决PCCP管的运输难题，为南水北调工程的顺利实施提供保障。这一技术难题摆到了驮管车的设计人李健面前，为了解决这一技术难题，首先需要对南水北调工程所使用的PCCP管的特性及运输要求进行分析，通过对施工道路、施工方案的了解，在查阅大量文献资料的基础上，总结、归纳了新的运输方案应当具有如下特征：
1、新的技术方案应当具有高效率性。
由于南水北调工程工期较紧，特别是首期开工建设的南水北调京石段应急供水工程是为了缓解2008年北京奥运会的供水紧张而应急施工的，其对工程进度的要求特别严格，新的技术方案应当具有高效率性，其高效率性主要体现在以下五个方面：
（1）具备自动装卸功能。
传统的低平板运输车辆只具备单一的运输功能，大型管道的装卸完全依赖于大型起重机械设备。在装载时，首先由大型起重机械设备将管道起重吊装至平板车辆上，再进行管道的固定。运输车辆将管道运输至目的地之后，先解除固定，在动用大型起重机械设备将管道吊卸至地面，这造成了工作效率的低下，运输效率与现场安装施工效率不能同步。
新的技术方案应当具备自动装卸功能，减少设备投入，同时大幅提高工作效率。
（2）具备快速装卸功能。
PCCP管的制作、运输、安装是南水北调工程施工的基本流程，作为PCCP管道运输环节，上衔PCCP管的制作，下接工程现场安装施工，是南水北调工程顺利实施的重要环节，决不能因为运输装卸而影响工程整体进度。传统的低平板车辆运输方式，整个装卸过程不仅要配备至少两台大型起重机械设备，而且其装卸的时间平均超过每根1小时，装卸时间过长。
新的技术方案应当缩小管道的装卸时间，提高工作效率。
（3）运输车辆要能进行高效的运输作业。
传统低平板运输车运输大型管道时，由于传统低平板运输车装载方式的局限性，其载物时平均时速不能够超过每小时15公里，并且在弯道时受高重心惯性影响速度应极慢才能保证安全的通过性能。
由于制管基地离施工现场有较长的运输距离，为了保证施工的进度，要求运输车辆在保证安全运输的前提之下能提高车辆的通过性能。
（4）具备一定的运输管道机动性。
由于传统低平板运输车只具备单一的运输功能，而且管道的装卸费时费工，客观上不能使用传统低平板运输车进行近距离的管道移动和一定范围的倒管作业。而近距离管道移动和一定范围的倒管作业又是管道运输的日常作业任务，所以新的技术方案应当具备一定的机动性能。
（5）应当提高运输车辆的适应性能，尽量减小受限性。
管道运输的道路状况复杂，尤其应当适应施工现场的道路状况及其他各种突发情况，这就要求新的技术方案提高运输车辆的适应性能，减小受限性，在复杂的工作环境中能顺利完成运输任务。
2、新的技术方案应当大幅提升安全系数，在提高工作效率的同时应确保安全运输。
安全责任重于泰山，新的技术方案在提高工作效率的同时，应当确保运输的安全性能。该安全性能包括以下三方面的安全性能：
（1）确保PCCP管道装卸的安全性能。
传统的PCCP管道装卸作业是安全作业的重点环节，新的技术方案应确保管道安全装卸，不发生安全事故。
（2）确保PCCP管道本身的安全。
对于大型管道运输的固定，传统上是采用电焊及索具固定相结合的固定方式，这在运输过程中容易造成对管道壁的损坏，新的技术方案应当保证管道在运输过程中的安全性，不发生对管道的损坏事件。
（3）确保管道运输过程的安全性。
管道的安全运输是工作任务中的重中之重，新的技术方案应当确保运输过程安全，不发生任何运输安全事故。
3、新的技术方案应当降低成本，具有低成本性。
作为一项技术革新，在确保安全的前提下，应提升工作效率，降低成本。把我国大型管道运输事业真正推向新的阶段。

四、我国第一辆驮管车的研制过程。
南水北调工程承载着中华民族的世纪梦想，首期开工建设的南水北调京石段应急供水工程更是承担着为2008年北京奥运会供水的历史使命，结合PCCP管道的技术特征及运输实际状况，摒弃固有的思维模式，必须为PCCP管道的安全、高效运输研究设计新的技术方案。
1、拓宽思维，对传统的装载方式进行技术革新。
传统的运输车辆装载方式分为厢式（也称货柜式），以及平板载物两种方式，PCCP管是外径达4.85米，长5米的圆柱型钢筒混凝土管，用传统的厢式和平板式装载方式来装载，显然在稳定性、安全性等方面存在明显的缺陷，这就对PCCP管的装载方式提出了新的课题。
结合PCCP管的技术特征，李健带领研究技术人员针对PCCP管的装载问题，利用PCCP管的自身特点，专门设计了装载穿过技术，该装载方式与传统装载方式最大的区别在于：传统装载方式是将管道直接放置在平板装置上，而利用管道穿过技术形成的装载方式是将车架主体直接从管道内部穿过，从而形成了车架主体驮载管道的装载方式。
这一技术创新带来的技术效果是明显的，首先，降低了管道的重心，并且对管道重心高低可以随意调节，提高了运输安全性，同时也带来了装载、运输效率质的飞越。
2、敢于突破，对传统车架体进行再开发。
在包括公路管道运输领域在内的传统运输领域，对车架体的设计均是采用平板设计方案，平板车架体已是原技术领域的技术共识。但平板车架体有其天然的技术缺陷，即受力的不均衡性，从而导致车辆载重的局限性及车辆整体的不平衡性，这是平板车架体管道运输车辆所不能克服的技术缺陷。
为了克服平板车架体在管道运输方面的技术缺陷，设计人员付出了艰苦的劳动，首先、根据管道运输的特点，对车架体受力的分布进行了精密的分析和计算，并进行了多次的试验，最终设计了拱形车架体，利用拱形原理分散受力。其次、拱形方案确定后，又进行力学计算和多次现场试验，最终确定了拱形的角度和长度，使车架体在受力、平衡性等诸多方面有了较完善的表现。
通过在南水北调施工过程中的现场检验，实践证明拱形车架体在运输PCCP管道方面有如下优点：
第一、车架体受力均衡，达到了力学的平衡。
第二、整车受力平衡，行车稳定，极大提高了车辆行驶的稳定性、平衡性，从而极大提高了车辆的安全性和行车速度。我国第一辆自动管道运输车的设计时速达每小时50公里，是传统运输速度的好几倍。
第三、提高了管身，再配合管道举升装置的使用，使管道重心可以调节，适合复杂路段行驶。

3、勇于创新，细节之处显真功。
我国第一辆自动装卸管道专用挂车的设计创新不仅体现于在整体方面采用了管道穿过技术和拱形车架体的设计，对于细节的设计也处处彰显了该运输车的设计创新和安全、高效的设计理念。
PCCP管道重达70t至82t，对于PCCP管道在运输过程中的固定曾是运输过程中的一大技术难题，传统的固定方式是用电焊直接将PCCP管道焊接在车架体上，同时采用高强度索具固定的方式，这就造成了管道固定工序复杂、成本高、用时长、效率低的特点。而我国第一辆驮管车在细节之处的设计就轻易解决了这一长期困扰技术人员的难题。
我国第一辆自动装卸管道专用挂车采用的方案是：举升装置产生向上的升力举升并向上固定管道，同时采用左右紧固支架，前档、后档支架的技术设计方案。这一细节的设计，五位一体，不需要采用其它的固定设备和装置轻松实现了管道的固定，且不对管道本身产生任何的损害，其固定时间不超过5分钟，真正达到了管道固定工作的安全、高效、稳定。

4、结合实际，选择最佳运输、装卸方案。
南水北调工程制管基地到施工现场的运输线路相对固定，在自动装卸管道专用挂车的设计之初也曾考虑使用轨道运输方式。稳定、安全是轨道运输方式的优点，但铺设轨道必然增加施工费用，同时轨道运输的机动性能差，设计人员最终放弃该种运输方式。进而转向实践中更为普遍、更为常用的轮胎式运输方式，施工实践证明，机动性强、道路通过性好使轮胎式运输方式的优点在施工过程中得到了充分的发挥。
根据穿过装载及道路行驶的需要，设计人员在自动装卸管道运输车设计了两组不同功能的轮胎，一组为道路行驶车轮，另一组为可升降式装载行驶车轮。道路行驶车轮为车辆在道路运输过程中使用的行驶车轮。而另一组可升降式装载行驶车轮系特种功能车轮，平时该车轮向上收于车架体两侧，在车辆装载管道过程中，可升降式装载行驶车轮向下自动调节，承载起包括行驶车辆在内的整个车架体，然后该车轮沿管道内壁行驶，连同车架体一起缓缓行驶穿过管道，然后再自动收起该车轮，完成管道穿过的整个作业过程，配合举升装置的使用，完成管道自动、高效的全部装载过程。
使用该种设计方案的管道自动装卸，不需要其他任何辅助设备，装卸时间不超过10分钟，较传统的大型起重设备装卸来讲，节约施工成本的同时大幅提高了施工效率。

五、我国第一辆驮管车在南水北调工程的实际应用。
2005年2月28日我国第一辆驮管车完成了该运输车创造性的发明并获得了国家实用新型专利证书
2005年3月28日，技术人员根据PCCP管道的技术特征和物理特性，克服了无数技术难题，自动装卸管道专用运输车的设计制造经历了近两年的时间，我国第一辆自动装卸管道专用运输车正式下线，标志着在大型管道运输专业领域，我国有了一种全新的、安全、高效的运载工具。

2006年7月，随着我国自行研制的第一辆驮管车将南水北调工程的第一根输水PCCP管道从制管基地运向施工现场，标志着中华民族世纪“借水”梦想终于进入了全面实施阶段。在首期南水北调京石段应急供水工程中，我国自行研制的第一批驮管车始终备战在运管第一线，出色地完成了管道运输任务，并且获得了北京市南水北调工程建设管理中心颁发的安全生产先进荣誉证书。我国自行研制的第一辆驮管车也因其在南水北调工程的杰出贡献而准备被正式收入南水北调博物馆。

我们有理由相信，我国自行研制的自动装卸管道专用运输车在南水北调及其他工程中必将发挥其更加积极的作用，我国自行研制的自动装卸管道专用运输车必将推动整个大型管道运输专业领域的发展和进步。

作者:李健
有感写于2008年奥运前夕

驮管车与传统低平板半挂车运管优缺点统计

使用驮管车运管优缺点：

优点：
1、 通过性强，驮管车可根据运输线情况手动调节高度；
2、 具有自装、自卸的功能，不需要大型起重机械进行配合作业，加强了作业的机动性、为保证管道运输进度提供了有利条件。
3、 驮管车运输时，管道外壁离地面300mm~500mm；传统的平板车运输时,管道外壁离地面1100mm~1500mm，驮管车运输时的重心比传统平板车降低了近1000mm，大大增加了运输时的安全性。
4、 不需要排队等候装卸管，驮管车实际装卸每一条管所花费的时间比吊车装卸时间短。驮管车装管时间为6分钟左右。
5、 在卸管用的大型起重机械进行检修或故障时以及刮大风停用吊车时，驮管车不受此限制，自身可以装管和卸管，极大的提高了管道运输进度，确保运输时的安全和进度。
6、 为生产倒运或转寸管道,在倒管卸管时不需要大型履带吊配合,在确保生产进度的同时又为生产减轻了成本。
7、 为安装工地转存管道，在工地沟槽未就绪前转存大沟边上。
8、 为安装工地省掉卸管用龙门吊，安装工地只需要装管用小龙门吊即可。
9、 驮管车装卸管道时，不需用索具，避免了索具对管道保护层损坏。
10、 稳定性好，驮管车运管时有前后限位液压缸及横向固定装置固定。

缺点：
1、 制造成本高；
2、 驮管车维修及保养成本高，车辆损耗大；
3、 驮管车轮距为2米5；
4、 驮管车对驾驶员要求比较高，每台班车辆必须配备一名专业押车员（操作工）；

使用传统低平板半挂车运管优缺点：

优点：
1、 轮距宽度最大可以达到3米、工作平台可以根据要求加宽；
2、 维修保养成本低；
3、 对驾驶员技术要求不高、可以不需要押车工；
4、 制造成本低。

缺点：
1、 装卸时必须需要大型起重机械进行配合作业，使用受限制；
2、 装卸时必须需要大型起重机械进行配合作业，使用成本高；
3、 需要等候装管；
4、 离地高、重心高、无法有效固定、稳定性不强；
5、 大型起重机械进行检修或故障时以及刮大风停用吊车时无法装管运输；
6、 通过性差，桥梁、红绿灯等高度不够时候需要将其拆除，且改造成本高昂。