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1、平板車運輸鋼輪壓路機防側移裝置的研發平板車運輸鋼輪壓路機防側移裝置的研發金麗溫大中修QC小組一、工程概況 金麗溫高速公路連接金華、麗水、溫州三地市，主線總長234公里，該高速公路的大部分路段地處沿江、山嶺重丘地段，全線道路隧道、橋梁、彎道眾多、高落差路段密集，尤其是收費站匝道彎度更急、落差更大。路面專項工程主要進行罩面加鋪、病害處理、橋頭加鋪等養護項目施工，為保證營運車輛正常通行，所有施工機械設備當天必須通過平板運輸車運輸進出施工區域。由于鋼輪壓路機滾輪與平板運輸車平面均為金屬表面相互摩擦系數小，所以在運輸當中發現平板運輸車經過急彎道路段或者進出匝道時鋼輪壓路機滾輪容易出現橫向滑動，存在滑落風2、險，目前被廣泛使用的鋼絲繩和手拉葫蘆的固定方法為柔性防護，無法很好的解決這一問題，存在重大安全隱患。圖1 金麗溫沿江高落差長彎道路段 圖2 金麗溫高速婁橋收費站鳥瞰圖 圖 3 鋼輪壓路機日常運輸情況 拍攝：賈傳紅 日期：2016年5月10日二、小組簡介 表 1 QC 小組簡介小組名稱金麗溫大中修QC小組成立時間2016年4月1日課題名稱平板車運輸鋼輪壓路機防側移裝置的研發小組類型創新型組長陳日鴻活動時間2016年4月-2016年12月注冊時間2016年4月1日課題組注冊號小組注冊號活動頻率1次/月，出勤率100%小組人數9人序號姓名性別年齡學歷職務職稱組內職務組內分工1男35大專項目經理（工程3、師）組長統籌規劃2男29本科總工（工程師）副組長協調溝通3男40大專經理助理（助工）組員安全指導4男32本科機料科長（工程師）組員規劃設計5男28本科安全科長（助工）組員安全指導6男37高中外場負責（技師）組員現場檢查7男35大專外場負責（助工）組員現場檢查8男25本科機料員（助工）組員整理出圖9男42初中電焊工（中級工）組員加工制作 制表人：賈傳紅 日期：2016年4月5日 表 2 活動計劃及進度2016年計劃步驟4月5月6月7月8月9月10月11月12月責任人選擇課題陳日鴻、楊爾軍設定目標余濤、楊爾軍提出方案余濤、王文新P制定對策王文新、賈傳紅D對策實施王文新、上官成印C確認效果王文新、賈4、傳紅制定鞏固措施楊爾軍、賈傳紅A總結及下一步打算陳日鴻、楊爾軍 實際實施進度 計劃實施進度 制表人：賈傳紅 日期：2016年12月21日三、選擇課題1、問題的提出 鋼輪壓路機在進出施工現場的運輸過程中，在急彎路段在離心力的作用下會產生較大的位移，如果保護及固定措施不到位，壓路機很容易掙脫約束從平板車上滑落釀成安全事故。據了解在一些施工項目中也發生過類似事故，造成較大的經濟損失。采用鋼絲繩和手拉葫蘆固定的傳統柔性防護方法不能有效地解決此隱患，為此項目部下決心研制新的防護裝置解決鋼輪壓路機運輸過程中側移滑落問題。2、運輸過程受力情況調查分析 經過對平板車運輸鋼輪壓路機進出匝道或者轉急彎時的受力情況5、進行分析發現，這一過程會產生向外的巨大離心力，當離心力大于鋼輪壓路機滾輪與運輸平臺的摩擦力和固定防護措施所施加的力時，滾輪就會發生位移。目前鋼輪壓路機運輸的固定防護為鋼絲繩加手拉葫蘆固定，為柔性固定；行車方向前后使用三角枕木固定，為剛性固定。所以本次課題就是要將原有的柔性固定加強為剛性固定，降低安全風險。經過測算發現當平板車速度增大或者轉彎半徑r變小時，離心力會隨之增大；而鋼輪壓路機和平板車運輸平臺之間摩擦系數是一定的，當離心力增大到鋼絲繩或者手拉葫蘆的承載上限值時，鋼絲繩或者手拉葫蘆就有發生斷裂、失效的風險，使鋼輪壓路機被甩脫滑落。實例及數據分析如下：（1）以BW-202鋼輪壓路機為例，質量6、M滿載時為13100kg，鋼筒與板車平面之間的動摩擦系數約為0.15。摩擦力Ff=FN=Mg=13100kg*9.8N/Kg*0.15=19.26(KN)（2）由于13mm鋼絲繩抗拉強度大于常用的3噸手拉葫蘆，所以3噸手拉葫蘆為例，最大可承受拉力（防護約束力）Ft約為29.4KN,鋼絲繩與水平方向夾角約為30度。鋼絲繩橫向破斷拉力Ft1=/2*Ft=/2*29.4KN=25.46（KN)（3）假如平板車以車速40km/h在匝道行駛或轉彎時，轉彎半徑為r離心力F=mv/r=（13100*（40000/3600）/r（4）當離心力FFf+Ft1 時鋼絲繩就有斷裂的可能。1618284/r 19.27、6+25.46=44.72KN 當r36.19m時手拉葫蘆就有可能會失效或者斷裂。相對的即設定轉彎半徑大于36.19米時，如果平板車車速v大于40km/h的時候，手拉葫蘆也會存在失效、斷裂的危險。將鋼輪壓路機發生側移的臨界離心力設定為F=44.72KN，以作為后期設計、選材計算的依據。由于金麗溫高速公路地處沿江、山嶺地區，大多數匝道彎度和匝道坡度均比較大，以婁橋收費站出口為例，下高速匝道彎度最大處達360，平均轉彎半徑約25米，匝道橫向坡度高差約4cm，當平板運輸車以33.3km/h進入該匝道時，鋼輪壓路機就存在橫移滑動的可能，以此速度經過3次該匝道行駛試驗，側移量分別為19mm、22mm、28、0mm，平均側移量為20.33mm。因此需要研制出一種可以將鋼輪壓路機滾輪橫向固定在平板運輸車運輸平臺表面的裝置。圖 4 鋼輪壓路機發生側移時受力分析圖 制圖：王文新 日期：2016年4月10日3、確定課題平板車運輸鋼輪壓路機防側移裝置的研發四、目標設定33 該裝置可保證鋼輪壓路機在運輸過程中無側移，且為剛性防護，研發費用低廉；拆裝方便；不破壞原有車輛配置，無需過度改裝車輛。目標分析:（1）經試驗后裝置需滿足鋼輪壓路機滾輪剛性固定的要求；（2）該裝置能有效防止鋼輪壓路機在運輸當中發生側移，將側移量限制為零。五、提出方案 根據第三階段課題選擇及第四階段目標設定所建立的測算數據及目標方向，QC小組9、成員于2016年5月5日在項目部會議室進行QC小組活動，小組所有成員一起進行頭腦風暴，提出幾種方法和設計設想，分別有以下幾種：1、平板車運輸平臺兩側安裝防護欄，通過護欄來防止鋼輪壓路機發生側移；2、選用類似漲緊輪的防護裝置從兩側拉緊鋼輪壓路機滾輪，防止鋼輪壓路機滾輪發生側移；3、具有可伸縮機構的防護裝置，從鋼輪壓路機滾輪兩側頂住滾輪，以防止滾輪側移。小組組員對以上方案進行比較分析，以客觀數據為依據確定最佳方案，分析方法見下表 3 表 3 最佳方案分析評價表序號方案技術可行性選材經濟合理性制作時間制作工藝結論1平板車運輸平臺兩側安裝防護欄通過四片防護欄擋在前后滾輪兩側，以起到防止滾輪側移的效果需10、選用要求高強度鋼材制作，制作兩側四只護欄大約需耗用鋼材約0.8噸高強度鋼材市場價格約4000元/噸，材料費4000*0.8+人工費150*2*7合計5300元7天需使用電氣焊切割由于防護欄位置無法確定，并且經濟合理性及選材均有難度，因此不選擇此方案2類似漲緊輪式防護裝置漲緊輪的原理是根據皮帶不同的松緊程度自動調節張緊力，使保護帶穩定，當漲緊輪漲緊時，保護帶固定不動，起到防護鋼輪側移的效果需定制漲緊輪、采購張緊帶作為保護帶、重型卸扣定制漲緊輪400元，80元/根，12噸卸扣50元/只，材料費400*2+80*4+50*4+人工費150*1*1合計1320元1天無需加工雖然可以固定鋼輪，但是依然屬11、于柔性固定，并且張緊帶存在被鋼輪壓路機側邊和平板車邊緣割斷的風險，因此不選用此方案3具有可伸縮機構的防護裝置可伸縮機構可以根據不同型號鋼輪壓路機來調整，該裝置為剛性固定，可以防止鋼輪壓路機因為側移而產生橫向加速度，有效防止離心力的持續增大需選用槽鋼及螺桿、螺帽等材料，四只防護裝置大約90公斤槽鋼約200元/根，螺桿約40元/米，螺母2元/只，材料98.6*4+人工150*1*5合計1144.4元5天需使用電氣焊和切割可伸縮機構可以滿足不同型號鋼輪壓路機的固定，并且槽鋼及螺桿螺母的機構可以起到剛性固定的效果，因此選用此方案制表：賈傳紅 日期：2016年5月5日 確定最佳方案具有伸縮機構的防護裝置12、六、制定對策1、方案細化：圖表 1 方案細化表 圖表:王文新 日期：2016年5月12日2、建立對策表表 4 平板車運輸鋼輪壓路機防側移裝置的研發對策表序號方案對策目標措施地點完成時間責任人1設計和繪圖利用力學及機械原理設計裝置結構并繪圖設計出結構相對簡單，便于加工制作且具備剛性固定的裝置組內成員利用頭腦風暴法討論并同電焊技師進行交流，設計出便于實行且滿足要求的裝置結構，并繪圖項目部會議室、辦公室2016年6月15日楊爾軍王文新賈傳紅上官成印2材料的選擇選用規格合適的槽鋼及螺桿、螺母使裝置能承受鋼輪側移時的巨大力量，并滿足剛性固定要求通過力學計算，確認材料所需強度，然后到鋼材市場選取強度、剛度13、足夠，且在規格上可以嵌套的槽鋼，并選購合適的螺桿、螺母鋼材市場、標準件商店2016年6月30日王文新賈傳紅上官成印3伸縮機構的研發參考日常生活中常見的已具有伸縮功能的裝置并向專業機械從業人員請教做出可伸縮的機構，且無需電機驅動，人力操作即可完成借鑒臺虎鉗、臥式機床等設備的伸縮機構進行研發，到機械加工廠向專業師傅請教，根據設計設想研發可伸縮機構辦公室修理車間機械加工廠2016年7月10日余濤王文新賈傳紅上官成印4加工制作根據圖紙及伸縮機構原理加工制作防側移裝置裝置可滿足設計要求，并能自由伸縮，便于操作電焊技師根據圖紙要求對材料進行處理加工后，根據伸縮機構原理和裝置設計要求，加工制作出防護裝置修理14、車間2016年8月25日王文新賈傳紅上官成印5廠內試驗通過廠內試驗確認裝置的可行性和安全性通過對比試驗，確認防側移裝置防護效果和是否安全1、鋼輪壓路機在平板運輸車平臺上處于靜止狀況下，原有防護措施下利用20噸千斤頂頂推滾輪側壁2、安裝防護裝置后，再用20噸千斤頂頂推滾輪側壁修理車間施工現場及高速公路匝道2016年9月2日楊爾軍王文新余濤賈傳紅6施工使用在路面專項施工過程中使用該裝置通過實際使用確認防護效果和安全性，查找不足平板車運輸鋼輪壓路機時在原有鋼絲繩和手拉葫蘆防護措施下安裝防側移裝置進行防護施工現場2016年10月16日楊爾軍王文新余濤 制表：王文新 時間2016年10月30日七、實施對15、策1、對策實施一：設計和繪圖 QC小組成員一起進行頭腦風暴，對鋼輪壓路機產生側滑的根本原因進行討論和分析，配合選擇課題時計算得出的相關力學數據及受力情況，并根據最佳方案目標，得出能解決問題的裝置的結構及外形，并對裝置的選材、性能、材質等方面提出相應要求。設計思路整理完成后，由組內成員根據設計方案和電焊技師提出的的相關要求繪制出裝置圖紙，并制作三維圖像以方便電焊技師后期加工制作。圖 5 裝置圖紙 制圖：賈傳紅 日期：2016年7月5日 實施效果驗證：根據小組成員的設計思路，可伸縮防護裝置放置到平板車運輸平臺預先加工完成的方形槽內，由該裝置緊靠鋼輪壓路機兩側平面，起到剛性固定作用，防止鋼輪壓路機滾16、輪發生側移。2、對策實施二：鋼材的選擇 鋼輪壓路機的重量較大，在轉彎和急剎車時會產生較大的慣性力和離心力，需選用強度和剛度足夠大的鋼材來進行制作，在充分考察市面上的幾種鋼材后決定選用厚壁槽鋼，經過測量和數據運算分析后選用8#和10#兩種規格槽鋼，截面尺寸分別為80*43*5 mm和100*48*5.3 mm，兩者可以互相嵌套，選擇M24高強螺桿及螺母，以便進行下一步的伸縮機構的研發。8#和10#槽鋼材質為Q235型號的碳素鋼，結構容許應力b=1400kg/cm2，即137.2 N/mm2，通過測算截面抗彎承載力分別為84.35KN和107.62KN。M24螺桿為8.8級高強度螺桿，容許應力值為17、800N/mm2，截面承載力為800N/mm2*363mm=282.4KN,兩根則為564.8KN。表 5 材料分析對比表材料類型8#槽鋼10#槽鋼M24螺桿、螺母裝置結構抗彎/截面承載力84.38KNN107.62KN282.4KN發生側移臨界離心力44.72KN44.72KN44.72KN對比分析抗彎承載力大于離心力抗彎承載力大于離心力截面承載力大于離心力 制表：王文新 日期：2016年7月9日 實施效果驗證：兩種規格的槽鋼可以嵌套在一起，并可以沿水平方向自由滑動，符合可伸縮機構的基本要求；并且8#和10#槽鋼結構抗彎應力、M24螺桿截面承載力均大于鋼輪壓路機滾輪發生側移的臨界離心力F，因18、此以上材料滿足設計要求。圖 6 兩種規格槽鋼 圖 7 相互嵌套 拍攝：賈傳紅 日期：2016年7月10日 3、對策實施三：伸縮機構的研發小組成員通過對常見的具有伸縮和移動機構的臺虎鉗和臥式機床進行研究分析,并且咨詢具有豐富工作經驗的機械廠機床操作師傅后，依據方便快捷、操作簡單的原則研發出以螺桿、螺母、相互嵌套的槽鋼為組合的伸縮機構，并能通過該伸縮結構來適應不同型號的鋼輪壓路機使用。實施效果驗證：伸縮機構設在有效伸縮范圍內可適應常用型號鋼輪壓路機使用，并且機構簡單、方便操作。4、對策實施四：加工制作材料準備完畢和伸縮機構研發成功后，小組成員開始著手制作防側移裝置的第一批試驗樣品共四只，經過3天加19、工制作，第一只試驗品于2016年8月18日制作完成，8月20日完成另外三只制作完成，第一批防側移裝置試驗品制作完成。圖 8 切割材料 圖 9 焊接制作 拍攝：賈傳紅 日期：2016年8月16日 圖 10 平板車運輸平臺開槽 圖 11 試驗成品展示 圖10 平板車平臺開槽放置槽鋼 圖11 試驗樣品制作完成 拍攝：賈傳紅 日期：2016年8月19日5、對策實施五：場內試驗場內試驗共分兩個階段：1、鋼輪壓路機在平板運輸車平臺上處于靜止狀況下，原有鋼絲繩和手拉葫蘆拉緊防護措施下，利用10噸液壓千斤頂從左側頂推滾輪側壁，以千斤頂伸長距離為20mm為基準，觀察鋼輪壓路機滾輪側移情況，并記錄數據；2、鋼輪壓20、路機在平板運輸車平臺上處于靜止狀況下，在安裝防側移裝置防護措施下，利用10噸液壓千斤頂從一側頂推滾輪側壁，以千斤頂伸長距離為20mm為基準，觀察鋼輪壓路機滾輪側移情況，并記錄數據；表 6 對比試驗表防護類型鋼絲繩與手拉葫蘆防護防側移裝置防護試驗時間2016年9月1日2016年9月1日責任人王文新、賈傳紅、上官成印王文新、賈傳紅、上官成印側移情況+20mm0mm防護裝置情況鋼絲繩與手拉葫蘆固定位置發生輕微變化防側移裝置無變形，緊靠滾輪側壁 制表：王文新 日期：2016年9月2日 圖 12 鋼絲繩和手拉葫蘆防護下側移情況 圖13 防側移裝置防護下側移情況 拍攝：賈傳紅 日期：2016年9月1日實施21、效果驗證：進行試驗后，鋼絲繩和手拉葫蘆防護狀態下，受千斤頂作用，鋼輪壓路機隨千斤頂伸出長度發生側移，鋼絲繩發生輕微變形；安裝防側移裝置的鋼輪壓路機在防側移裝置的保護下，千斤頂頂桿無法伸出，鋼輪壓路機為發生側移，防側移裝置固定牢靠、無變形折斷。6、對策實施六：施工使用 圖 14 平板運輸車開槽安裝防側移裝置 圖15 防側移裝置防護下運輸鋼輪壓路機 拍攝：賈傳紅 日期：2016年10月15日場內試驗完成后，證明該裝置防護效果可行，為剛性固定。2016年10月15日對項目部所使用的平板運輸車運輸平臺加工開槽安裝防側移裝置，并于10月16日利用防側移裝置配合原有的鋼絲繩和手拉葫蘆防護運輸鋼輪壓路機進入22、高速公路行駛、進出施工現場、上下匝道。實施效果驗證：平板車運輸鋼輪壓路機時加裝防側移裝置后在高速公路行駛、進出施工區域、上下收費站匝道后，鋼輪壓路機滾輪未發生側移，防側移裝置無變形、折斷，鋼絲繩與手拉葫蘆也未發生形變。證明具有可伸縮機構的防側移裝置為剛性防護，可有效防止鋼輪壓路機在運輸過程中發生側移，避免滑落，降低安全風險。8、確認效果 表7 效果確認表目標與對比項目防側移裝置效果鋼絲繩與手拉葫蘆防護效果對比結果分析剛性防護防側移裝置緊貼滾輪側壁，裝置位置和伸縮長度無變化鋼絲繩與手拉葫蘆固定位置發生輕微變化防側移裝置抗變強度及防護效果均滿足剛性防護要求，鋼絲繩與手拉葫蘆由于均為線性物體，固定位23、置受力后會發生變化限制側移量為零0mm20.33mm前文中第三項選擇課題時在原有防護措施下的平板車運輸鋼輪壓路機在婁橋收費站下匝道勻速行駛3次獲取平均側移量為20.33mm，當安裝防側移裝置的平板車和鋼輪壓路機相同路段行駛后，鋼輪壓路機滾輪未發生側向位移，鋼絲繩及手拉葫蘆未發生斷裂和變形等問題，該裝置也無變形、斷裂現象，證明該裝置防側移效果良好。防護裝置變形無變形鋼絲繩變長11mm選用新的4000mm長鋼絲繩與手拉葫蘆一起固定鋼輪壓路機后，施工期間行駛一周后，測量鋼絲繩長度被拉長11mm；選用防側移裝置固定鋼輪壓路機后施工期間行駛一周后，測量防側移裝置無變形發生。制表：王文新 日期：2016年24、12月3日 確認效果：具有可伸縮機構的防側移裝置為剛性防護，可有效防止鋼輪壓路機在平板車運輸過程中發生側移，防側移裝置自身未發生變形、折斷等現象，滿足目標設定要求。九、鞏固效果與標準化 鋼輪壓路機防側移裝置全長110cm，可伸縮距離為45cm，為方便日常使用，將原有的扳手轉動改進為搖手柄機構，既省時又省力，經測試裝置伸出和收回時間均為90秒左右，符合方便、快捷的使用原則。圖 16 防側移裝置全部伸出后長度 圖17 防側移裝置全部收回后長度拍攝：王文新 日期：2016年12月5日 外場施工使用后效果很好，QC小組決定批量制作該防側移裝置，在本項目部在用的鋼輪壓路機和平板運輸車上進行安裝使用后，檢25、驗日常施工過程中，該裝置對鋼輪壓路機在平板車運輸時進行剛性固定和有效防止側移的同時是否存在其他待解決的問題，截止到2016年12月15日2016年外場施工全部結束未發現缺陷問題。QC小組隊相關數據記錄及圖紙文件進行整理，通過驗證分析，形成相應技術標準，為下一步大批量生產推廣該防護裝置打好基礎。十、總結和下一步打算經過此次QC活動，小組成員的團隊合作能力、創新能力、動手能力等方面都有顯著提升，團隊成員的QC水平和業務知識也得到了鍛煉。QC小組活動前后狀態對比如下圖表2所示。表8 小組活動前后綜合素質評價表項 目活動前活動后團隊精神6586創新能力6897業務能力6183進取精神6082動手能力7290QC技巧6382制表：王文新 日期：2016年12月15日 圖18 小組活動前后綜合素質評價雷達圖 制圖：賈傳紅 日期：2016年12月15日 QC活動結束后，金麗溫大中修QC小組得到了的鍛煉和成長，并且獲得了些許成績，小組打算在原有研究基礎上繼續鞏固、改進平板車運輸鋼輪壓路機防側移裝置的不足之處，例如使可伸縮機構更加快捷方便的方法將可伸縮改進為類似貨車緊線器裝置類型的機構，通過該機構解決可伸縮機構無法快速收放的問題。