液壓底盤焊接工程車駐車防滑裝置的研制

中國石油天然氣管道局第四工程分公司 科技質(zhì)量部QC小組

(河北 廊坊 065000)

液壓底盤焊接工程車駐車防滑裝置的研制

中國石油天然氣管道局第四工程分公司 科技質(zhì)量部QC小組

(河北 廊坊 065000)

隨著中緬油氣管道的開工建設(shè)，我國已初步形成東北中俄原油管道、西北中哈油氣管道和中亞天然氣管道、西南中緬油氣管道及海上4大油氣進口通道的戰(zhàn)略格局。中緬油氣管道全長771km，中國石油天然氣管道局在境外承擔319km的施工任務(wù)。在管道施工中焊接工程車是現(xiàn)場施工必需的專用設(shè)備，該設(shè)備在山高坡陡的山區(qū)段使用時，易發(fā)生溜滑，存在重大安全隱患。

針對中緬管道山高、坡陡等復雜施工地形，管道四公司科技質(zhì)量部決定開展QC活動，研制一種機構(gòu)簡單、操作容易的防溜滑裝置，使焊接工程車在駐車時安全系數(shù)更高，為設(shè)備再加一把 “安全鎖”。

1 小組簡介

小組簡介（表1）。

表1 小組簡介

2 選擇課題

2.1 問題的提出

在坡道上使用該設(shè)備時，由于焊接工程車自重較大、施工設(shè)備反復行走碾壓、不停運轉(zhuǎn)震動和長時間停駐，使焊接工程車易發(fā)生溜滑現(xiàn)象。溜滑現(xiàn)象一旦發(fā)生，不僅會造成設(shè)備損壞，甚至會造成人員傷亡。

2.2 焊接工程車防溜滑措施的調(diào)查分析

目前，常采用的防溜滑措施是：①為每臺焊接工程車準備兩塊方形或三角形枕木；②用人工將枕木推放到設(shè)備履帶的端部，以阻止設(shè)備溜滑。

通過使用，該措施仍存在不足：

（1）每塊枕木較重（約 20kg），且搬運頻繁，勞動強度大。

（2）人工在設(shè)備前后搬運放置枕木，存在安全風險。

（3）人工放置枕木，有時不能將枕木和履帶緊靠在一起。

為了防止液壓底盤焊接工程車在坡道上溜滑，小組確定本次QC活動的課題為 “液壓底盤焊接工程車駐車防滑裝置的研制”。

3 設(shè)定目標

經(jīng)過全體成員及相關(guān)技術(shù)人員的討論，且充分評估現(xiàn)場的實際情況提出設(shè)定目標：在設(shè)備自重10t、設(shè)備與地面摩擦系數(shù)0.43、坡度為20°的施工條件下，研制一套簡單適用的裝置能夠防止設(shè)備溜滑。

4 提出方案并確定最佳方案

4.1 提出方案

2010年11月，由QC小組組長組織全體成員展開頭腦風暴法，找出3種備選方案并用親和圖歸納整理（圖 1）。

根據(jù)親和圖，QC小組成員按照設(shè)計難度、成本、操作方式、安全性等方面對3個方案進行綜合分析。

圖1 親和圖

方案一：軟連接控制履帶轉(zhuǎn)動裝置（圖2）

采用柔性連接體將履帶板與車體進行連接，用以防止履帶轉(zhuǎn)動，使履帶與車體沒有相對運動。

圖2 軟連接控制履帶防滑裝置安裝圖

優(yōu)點：該裝置制作簡單，便于組裝，采用鋼絲繩和U型環(huán)連接費用低，能夠達到防滑效果。

缺點：駐車時，需要人工輔助連接，額外增加安全風險，具有不安全因素。

方案二：手搖式放置三角形枕木裝置（圖3）

圖3 手搖式控制三角枕木防滑裝置安裝圖

該裝置采用三角枕木，且四周用角鐵焊接加固，增強抗碾壓能力。使用時，采用人工手搖牙輪，將枕木放置到地面，并用人工推至履帶端。

優(yōu)點：該裝置制作簡單，便于操作，降低勞動強度，起到防溜滑作用。

缺點：該裝置需要人員站在設(shè)備側(cè)面進行操作，且需要人工輔助調(diào)整枕木位置，人工操作時安全風險依然存在。

方案三：液壓式自動控制枕木裝置（圖4）

液壓式控制枕木裝置的設(shè)計是利用原車液壓動力系統(tǒng)，加裝液壓執(zhí)行機構(gòu)、連桿機構(gòu)和控制開關(guān)，將枕木自動推至履帶端部。

圖4 液壓控制枕木防滑裝置示意圖

優(yōu)點：

（1）該裝置可以使操作手在駕駛室直接操作控制閥，勞動強度低，操作簡單。

（2）該裝置能夠使枕木很好的與履帶接觸，防溜滑效果好。

（3）該裝置不需要額外的輔助人員，節(jié)省人工成本。

缺點：該裝置由液壓執(zhí)行機構(gòu)、連桿機構(gòu)、控制閥等構(gòu)成，制作成本相對較高。

綜合分析及論證（表2）。

4.2 方案的確定

通過表2分析論證，小組成員認為：

方案一、二能夠起到防滑效果，成本較低，降低了工人勞動強度，但人工輔助操作過程中會存在安全風險。

方案三的設(shè)計防溜滑效果好，安全性高，技術(shù)可行；加裝該裝置一次性投入大于用人工輔助放置枕木的成本，但從該裝置能夠長遠使用考慮，經(jīng)濟上可行。因此，確定采用該方案。

4.3 方案三具體化

4.3.1 連桿機構(gòu)設(shè)計

考慮原車安裝空間，機構(gòu)采用轉(zhuǎn)動導桿設(shè)計，達到預定位置，直接用幾何方法，通過現(xiàn)場測量，設(shè)計尺寸對比，確定連桿機構(gòu)的基本參數(shù)為：連桿長645mm。安裝在焊接工程車上的連桿機構(gòu) （圖5）。

表2 3種方案的綜合分析及論證

圖5 連桿機構(gòu)示意圖

連桿機構(gòu)受力計算：

根據(jù)圖4假定焊接工程車停度放在25°坡道上，設(shè)備自重為10t,根據(jù)公式，設(shè)備對連桿機構(gòu)的反作用力為：

式中 Nz—連桿機構(gòu)對焊接工程車的支撐力,t;G—焊接工程車的總重量,t;α—斜坡的傾斜角度,°;

β—枕木與焊接工程車接觸面和斜坡地面之間的夾角,°。

經(jīng)計算，Nz=0.34t

4.3.2 液壓缸的選型

小組成員查閱液壓底盤焊接工程車說明書，原車液壓動力14MPa。利用該液壓動力，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，初步選擇廣州日森液壓缸，參數(shù)為：內(nèi)徑63 mm，伸長量為900mm。

液壓缸的輸出力計算：

式中 F—液壓缸的輸出力,t;

P—液壓系統(tǒng)壓力,MPa;

S—缸內(nèi)截面積,m2。

液壓缸對連桿機構(gòu)的作用力為：

式中 N—液壓缸對連桿機構(gòu)的作用力,t。

經(jīng)計算，液壓缸對連桿機構(gòu)的作用力為1.2t，大于設(shè)備對連桿機構(gòu)的反作用力0.34t，因此，液壓缸的選型、連桿機構(gòu)的設(shè)計滿足設(shè)計要求。

4.3.3 控制閥的選型

經(jīng)過調(diào)研，控制閥選擇HC-D3M2型號，在駕駛室內(nèi)設(shè)計安裝電磁控制閥，在室外設(shè)計安裝手動控制閥。小組成員對駕駛室結(jié)構(gòu)進行了調(diào)研并最終確定了安裝位置，詳見液壓控制原理圖（圖6）。

5 制定對策

制定的對策表（表3）。

6 對策實施

實施一：連桿機構(gòu)制作

連桿機構(gòu)是由支架座、油缸座、枕木支架、枕木擋板、枕木等組成。2011年3月15日～4月10日，完成連桿機構(gòu)的加工。小組成員于常福、位雅莉、魏峰、周成文對支架座焊接的同軸度和平行度、焊接件去渣進行了檢查驗收，并對機構(gòu)的強度和剛度進行了2.0t承壓試驗，該連桿機構(gòu)制作規(guī)范，焊接質(zhì)量合格，滿足使用要求。

實施二：焊接工程車駐車防滑裝置的安裝(圖7)

2011年4月2 0日～5月10日，小組成員刁鳳東、汪蘭天、殷生斗、于常福根據(jù)設(shè)計原理圖，在焊接工程車上，將液壓缸、電磁控制閥、手動控制閥、連桿機構(gòu)等進行精確安裝。安裝完畢后，在駕駛室內(nèi)和室外開關(guān)控制閥，液壓缸運行正常，連桿結(jié)構(gòu)起落到位。

圖6 液壓控制原理圖

表3 對策表

圖7 駐車防滑裝置的安裝

實施三：性能測試

2011年6月2日，將加裝該裝置的焊接工程車在15°和22°坡道進行了測試。測試后，小組成員黃運祥、于常福、刁鳳東及公司相關(guān)專家對該裝置分別進行了綜合評價。評價結(jié)果：該裝置實現(xiàn)了駐車防滑作用，而且效果良好，目標實現(xiàn)。

7 效果檢查

2011年1 0月，液壓焊接工程車駐車防滑裝置在中緬項目中進行了應(yīng)用，防溜滑效果好，得到業(yè)主、監(jiān)理、EPC等各級領(lǐng)導的高度評價。該裝置能夠滿足20°坡駐車防滑要求，活動目標得到進一步驗證。

7.1 經(jīng)濟效益

以中緬項目一個機組為例，一個機組配置焊接工程車5臺，每個機組配置4名人員打枕木，施工工期8個月，人工打枕木的成本M為：

M=4人×150元/（人·天）×240天=14.4萬元。

安裝一套駐車防滑裝置費用約2.7萬元左右，5臺需要13.5萬元，與人工打枕木相比，已經(jīng)節(jié)省了人工成本，同時，該裝置能夠長期使用，性價比高。

7.2 無形效益

安全管理工作是“影子效益”。只有在出事故之時，才能測算出直接損失、間接損失以及商譽影響有多大，通過安全管理避免的這些損失，就是“影子效益”。

該防滑裝置實現(xiàn)了由機械控制替代人工放置枕木，避免了人員安全風險，降低了人工成本，規(guī)避溜車導致的機械傷害事故，提高施工設(shè)備使用的安全性，具有廣泛的推廣價值。

8 標準化

編寫了 《液壓焊接工程車駐車防滑裝置操作手冊》，經(jīng)審定后下發(fā)各施工機組，并對現(xiàn)場技術(shù)人員和操作工人進行了培訓。

2012年4月該防滑裝置在管道局內(nèi)多家單位進行推廣應(yīng)用，簽訂推廣協(xié)議，根據(jù)現(xiàn)場需求首批70臺設(shè)備加裝該防滑裝置。

9 總結(jié)及下一步打算

小組成員認真回顧活動的全過程，認為通過本次QC活動，使小組每一位成員的安全和質(zhì)量意識、分析問題和解決問題的能力、QC工具運用技巧、創(chuàng)新意識均得到了提高。

下一步，該QC小組將在工作中積極開展活動，把《吊管機大臂防撞護套的研究》作為活動課題。

路萍

2012-09-20▌