QC成果报告-E型油桶吊装工具研制

28E型油桶吊装工具研制 山东电建二公司给力QC小组前言：在电力建设施工中油桶的装卸频率非常高。目前，采用吊带或钢丝绳捆绑方式吊装，这种吊装方式不但费时费力，而且作业过程中存在效率低、安全系数不高。对此，小组成员针对这一问题进行了深入的探讨。一、小组概况小组名称给力QC小组成立时间2015年7月27日课题名称E型油桶吊装工具研制课题类型创新型组长张刚小组注册号2015-87-JXH-002受训课时40课时活动日期2015.08.01-2015.11.25小组成员12人小组成员姓名职务学历小组职务小组分工杨永恒公司副总工程师大专组员技术顾问田庆利项目经理大专组员现场管理李慧萍公司战略发展部专工任大专组员组织策划贾磊项目部质保主管本科组员策划实施孙峰项目部机械化主任大专组员资料整理张刚班长大专组长资料整理刘亚技术员本科组员成果整理刘树财操作工大专组员对策实施房体昌操作工大专组员对策实施尚继伟操作工中专组员对策实施商广魁操作工中专组员对策实施马鑫操作工中专组员对策实施制图：贾磊 2015.08.03二、选定课题1、现在油桶的吊装方式主要有吊带吊装和钢丝绳吊装两种，以吊带为主，钢丝绳为辅。吊装流程如下：存在的问题：a.安全系数低两种吊装方式均是以捆绑为主要手段进行吊装，在捆绑时吊点的选取有很大的不确定性，油桶倾斜或掉落的可能性存在；b捆绑繁琐捆绑操作繁琐，效率低。油桶吊装各过程平均时间记录表（单位：min）名称捆绑平均用时吊运平均用时解绑平均用时吊装平均用时吊带1.21.00.462.66钢丝绳1.41.00.643.04制图：孙峰 2015.08.05吊带和钢丝绳的吊装效率柱状图：制图：孙峰 2015.08.05结论：油桶吊运过程中时间是相等，在捆绑和解绑耗时有差异，捆绑时所需时间最长。问题点：捆绑耗过程分析1、当油桶排列整齐，至少需用23人将其移动到合适位置，再进行捆绑吊装，直接增加了吊装用时，耗费了大量的人力。2、在安放时还需预留一定的缝隙解绑，再通过人力对其进行摆放。捆绑及解绑过程：名称类别油桶排列整齐人工挪动后进行捆绑规则排列交叉排列制图：刘亚 2015.08.08提出设想：是否可以通过改变传统捆绑吊装方式，设计出一种在保证安全的前提下，可直立吊装油桶的专用工具。确立课题：E型油桶吊装工具研制三、确定目标油桶吊装工具吊装稳定安全，可至少承重250kg，单桶吊装用时，缩短至1.5分钟。制图：刘亚 2015.08.104、 提出方案并确定最佳方案（一）寻找设计思路：（1）以吊带为例，变换不同吊装方式，找寻减少吊装时间的方案：方案一方案二方案三类别卧式吊装方式裹腹吊装方式直立吊装方式示意图优点两吊点选取稳固、吊运过程平稳安全；油桶可直立捆绑吊装，耗时较少；油桶可直立捆绑吊装，吊运平稳安全；缺点须人力先将油桶卧倒，然后进行捆绑，安放时还需将其扶正，过程耗时耗力。吊运过程中罐体倾斜，易发生油桶滑落事故，所以安全系数不高。捆绑耗时非常长，需选择合适吊点。综合分析在对油桶吊装时，一方面为了保证可直立捆绑吊运，我们选择裹腹式吊装方式或者直立式吊装方式；另一方面又需要使吊运过程平稳安全，所以选择直立式吊装方式。但是捆绑直立式吊装方式耗时长，无法快速确定合适的吊点。制图：田庆利 2015.08.13（2）直立吊装的加持方式：方案一方案二方案三类别钩吊式裹挟式钳夹式示意图结构分析一方面，可实现直立吊装，又能快速确定吊点；另一方面任意一侧脱钩，都将失去吊装作用；因吊装以点接触，吊点不稳定，安全系数极低。一方面，在可竖直吊装的同时，又可实现快速夹持，且吊装过程稳定、安全；另一方面，工具结构非常复杂，工具笨重，不便于携带。一方面，可实现快速夹持；简单易操作，吊点为咬合油桶边缘，桶边强度大，可实现油桶吊装；另一方面，具体结构需进行设计。结论由试验，小组成员决定采用方案三：钳夹式吊装方式制图：田庆利 2015.08.17（3）钳夹式：方案一方案二无支撑夹持有支撑夹持示意图结构分析一方面，装置简单、可完成吊装要求；但另一方面，至少需2个装置才能实现平稳吊装；虽然装置简单、可完成吊装要求，可实现单个竖直吊装，但是支撑方式需要进一步确定；结论经小组讨论，小组成员一致决定采用有支撑夹持的吊装方式。制图：刘亚 2015.08.22（4）有支撑夹持：方案一方案二类别点支撑弧形支撑示意图结构分析一方面，可实现直立吊装，满足设计要求；另一方面，点支撑的选择一方面使得吊装时支点不稳定，容易滑动；另一方面单位面积上的压力过大，会使油桶外壁发生凹陷，损坏油桶外壁。可实现直立吊装，可满足设计要求下支撑为弧状支撑，不但能够起到支撑、防止油桶左右滑动的作用，而且可以保护油桶外壁。结论由试验分析，小组成员决定采用弧形支撑方式制图：贾磊 2015.08.24（二）各部件结构设计：（1）钳体结构：方案一方案二方案三类别无框架型咬合板框架性定位挂钩框架型示意图结构分析无框架型旋转轴受力图 桶边被夹持时受力图咬合时对桶边有剪切力，容易撕裂桶边，安全系数低；旋转处受剪切力很大。咬合板框架型 咬合板结构 咬合面分析图吊耳长期受力时，易发生变形；钩齿呈直线，无法与弧形桶边紧密咬合；钻孔太多会降低其力学强度。定位挂钩框架型 咬合板结构 咬合面分析图部件强度足够，单吊耳受力不易变形；钩齿可与桶边紧密贴紧，咬合面大。结论由设计小组讨论后，对于钳体的结构决定使用定位挂钩框架型。制图：刘亚 2015.08.28（2）咬合板结构：方案一方案二方案三类别L型结构U型结构勺型结构示意图结构分析L型结构 油桶边缘结构受力分析 受力分析简图可竖直起吊，简单便捷，但无法与边缘进行强力咬合；其中只有纵向（竖直方向）受力，油桶的压力会使其沿O点旋转，因存在力矩，所以无法平衡。U型结构 油桶边缘结构受力分析 受力运动分析 咬合点受力分析可实现竖直起起吊，该结构在受到向上的拉力时整体会有围绕节点O按1的方向旋转的趋势，对于B点会有按照2的方向（垂直于L）运动的趋势；由对于B点的受力分析知，纵向和横向均受力，三力共点可实现紧密接触，达到平衡状态。勺型结构 U型结构有效活动范围 勺型结构有效活动范围将U型结构和勺型结构两者进行比较，两者在受力分析方面无明显差异。只是当选用勺型结构时咬合板的有效活动范围是大于U型结构有效活动范围的，而且咬合时，咬合口更大，更便于咬合桶边。在吊装时，对于吊耳处可更方便吊装。结论经小组讨论，决定咬合板的结构选用勺型结构。制图：刘亚 2015.09.02（3）定位挂钩定位方式：方案一方案二方案三类别凸台型耙子型凹槽型示意图结构分析凸台型油桶边缘结构受力分析 危险截面分析：定位点强度不足，只是单方向定位，定位不稳定，极易滑落。耙子型油桶边缘结构受力分析 危险截面定位凸台截面变大，强度足够，但依然只是单方向定位，定位不稳定，也易滑落。凹槽型油桶边缘结构分析 受力分析一方面强度足够；另一方面凹槽型使其定位稳定，使其无法前后晃动，不易滑落。总结对于定位挂钩的定位部分，我们选取凹槽型。（4）弧形支撑方式：在支撑的设计中，我们已经确定使用弧形支撑方式，但是对于支撑板的具体设计我们有以下几种方案：方案一方案二方案三类别弧条型弧面型橡胶皮垫组合型示意图结构分析弧条型 支撑接触面受力图 使用后效果分析：支撑接触面过小，支撑桶壁时，会挤压桶壁，造成桶壁损伤。弧面型 支撑接触面受力图 使用后效果分析：支撑面虽然变大，但支撑材质为钢板，会磨损桶壁，造成桶壁损伤。皮垫组合型 支撑接触面受力图 使用后效果分析：可实现支撑作用，增加的皮垫可有效保护桶壁，增加摩擦力。总结经小组讨论，对于支撑部分，我们选用皮垫组合型。制图：刘亚 2015.09.08（5）连接方式：方案一方案二方案三类别双头螺栓连接普通螺栓连接销轴连接示意图优点可实现部件连接，两端预紧拆卸灵活。可实现部件连接可实现部件连接；转动灵活，稳定性高；拆装非常简单。缺点两端预紧，稳定性不高，螺帽易脱落；拆卸繁琐。稳定性相对较高，拆卸简单。无明显缺点总结经小组研究后，决定使用销轴连接方式。制图：刘亚 2015.09.10（6）绘制三维实体结构图：视图1 视图2 视图3 制图：刘亚 2015.09.16（三）工具各部件尺寸的设计在对各部件进行设计时，我们先确定相关部件的结构形状，然后利用UG三维作图软件做出实体图，同时利用AutoCAD 作出部件加工图纸。（1）油桶上边缘相关尺寸的确定制图：孙峰 2015.09.18在对工具结构的设计时需要确定油桶两端边缘的尺寸，因工地无油桶尺寸标准，所以随机抽取油库10桶油桶进行以下规格测量，相关数据如下表：深度单位:mm编号12345678910深度18.519.018.818.818.418.218.619.018.719.0宽度L单位：mm编号12345678910宽度8.58.88.78.88.79.08.68.69.08.8厚度单位：mm编号12345678910厚度8.78.88.78.88.98.78.78.99.08.9宽度单位：mm编号12345678910宽度6.56.86.76.86.76.97.06.67.06.8制表：孙峰 2015.09.19为了能够使尺寸更具综合性，综上表格我们以油桶最大值为参考标准：深度 =19.0mm；宽度L=9.0mm；厚度=9.0mm；宽度=7.0m（2）定位挂钩尺寸的确定：定位挂钩尺寸的确定零件实体图成型图纸设计内容说明由油桶边缘尺寸图我们令设计的定位挂钩宽为10mm，深度为15mm；总长为150mm，总宽为80mm，所用材料厚度8mm。其它相关设计参数如上图制图：刘亚 2015.9.23咬合板尺寸的确定 : 咬合板尺寸的设计零件实物图成型图纸设计内容说明咬合板厚度为15mm，吊柄设计为向上倾斜15，使其便于吊装，考虑到吊装工具需安全、简单、便携，定设计相关参数如图纸标注制图：刘亚 2015.9.27定位挂钩车床钻孔：定位挂钩钻孔零件实体图成型图纸设计内容说明确定焊接销及销轴的位置，进行钻孔，力学性能满足使用要求。其相应位置参数及表面粗糙度如上图。制图：刘亚 2015.10.02咬合板车床钻孔：咬合板钻孔零件实体图成型图纸相关计算齿钩吊耳结构受力分析图： 图1 图2已知齿钩吊耳起吊质量m=200kg，中心孔直径D=20mm，齿钩吊耳端部的弧长半径R=20mm，齿钩厚度S=15mm；对于制作材料Q235钢，许用应力=116 MPa，许用拉应力104.4 MPa。解：设吊耳内侧为均匀受力，通过力的平行四边形法则合成后，垂直于钢丝绳方向的合力为0，沿钢丝绳方向的力为:=G=mg对于吊耳危险断面为图2中aa、bb红线部分的，而沿吊耳方向的最大拉应力（偏保守）：=即综上所述，齿钩吊耳强度合格。设计内容说明确定焊销轴孔的位置，进行钻孔。相应位置参数及表面粗糙度如上图制图： 杨永恒 2015.10.10焊接销的选取：焊接销的尺寸确定零件实体图成型图纸组合图设计内容说明使用长为30mm，直径为10mm的销子，连接两个定位挂钩板，并焊接里外各接口处，最后用磨光机打磨平整，要求表面粗糙度为Ra12.5。制图：田庆利 2015.10.13销轴结构：销轴的尺寸确定零件实体图成型图纸组合图相关计算销轴结构受力分析：图1 图2 已知200L油桶总重约200kg；所用销轴材料为Q235，其材料许用剪切应力 =98MPa；解：销轴受力如图所示。根据受力情况，销轴中段相对于左、右两段，沿m-m和n-n两个截面向下错动。所以其受双剪切力的作用。由平衡方程容易求出 = 销轴横截面上的切应力为= = = = 其销轴安全系数K（安全系数）=39.2综上所述，其销轴的强度完全符合设计要求。设计说明销轴的强度需要和相应的力学性能，我们选取材质为Q235；其销轴销管直径=16mm，销管长度L=50mm，帽沿直径=20mm。选取开口销及垫片的相关参数如上图制图：张刚 2015.10.20弧形面支撑尺寸的确定：弧形面支撑的设计零件实体图成型图纸钢板皮垫铆钉支撑板设计内容说明支撑是由支撑钢板、皮垫和铆钉三部分组成。首先将钢板做成半径R=2405mm的弧钢片，然后按照设计参数进行钻孔组合成上图，焊接到吊装工具支撑位置。制图：刘亚 2015.10.25（四）确定最佳方案五、制定对策（一）方案细化制图：贾磊 2015.11.01（二）、制定对策表序号对策目标措施时间地点负责人1材料准备定位挂钩板材质为Q235的钢板，其规格为：长L=200mm，宽W=100mm，厚度D=8mm；并且达到车床切削条件现场气割截取Q235的钢板规格为：长L=200mm，宽W=100mm，厚度D=8mm2015.9.10现场刘树财尚继伟咬合板材质为Q235的钢板，其规格为：长为L=150mm，宽W=100mm，厚度D=15mm；并达到车床切削条件现场气割截取Q235的钢板规格为：长为L=150mm，宽W=100mm，厚度D=15mm2015.9.10张刚房体昌支撑板钢板材质为Q235的钢板，其规格为：L=200，宽W=30mm厚度D=5mm；并达到车床切削条件现场气割截取Q235的钢板规格为：L=200，宽W=30mm厚度D=5mm2015.9.10刘树财商广魁皮垫材质为橡胶的皮垫，其规格为：长L=200 ，W=30mm，厚度D=5mm的皮垫现场截取橡胶的皮垫规格为：长L=200 ，W=30mm，厚度D=5mm2015.9.10孙峰马鑫铆钉材质为铝质的铆钉，其规格为：铆管直径=5mm；铆管长度L=20mm；帽沿直径=9.5mm。提计划报物资公司购买2015.9.10张刚刘树财连接销焊接销材质为Q235的圆钢，其规格为：L=30mm，直径=10mm现场截取Q235的圆钢规格为：L=30mm，直径=10mm2015.9.10孙峰刘亚销轴材质为Q235D的销轴，其规格为：销管直径=16mm；销管长度L=50mm；帽沿直径=20mm提计划报物资公司购买2015.9.10刘树财刘亚2加工制作定位挂钩、钻孔表面加工精度IT12；钻孔表面加工精度为IT10 1、 委托车床加工厂加工2、 进行各部件力学性能试验。2015.9.12加工厂田庆利刘亚咬合板、钻孔表面加工精度IT12；钻孔表面加工精度为IT10 田庆利刘树财支撑板钢板与皮垫紧密结合且钢板的弧形半径误差在 5mm田庆利孙峰焊接销长度不小于30mm田庆利张刚3组合安装完毕后，部件摆动灵活，销轴牢固按照组装图正确组装2015.9.15班组刘树财尚继伟4试验能实现安全高效作业，并且可承受油桶自身3倍的重力现场进行吊装试验2015.9.15现场刘树财刘亚制图：张刚 2015.11.06六、对策实施对策实施一：材料准备小组准备好圆钢、板钢，经检查，尺寸满足车床切削需求；各连接销规格检验合格，销轴的销管直径=16mm、销管长度L=50mm、帽沿直径=20mm，强度满足设计要求，与其配合的销子和垫片性能良好。对策实施二：加工制作 定位挂钩 尺寸定位挂钩切割 咬合板尺寸 咬合板切割 定位挂钩钻孔 咬合板钻孔 定位挂钩的焊接 支撑皮垫的钻孔 焊接支撑板制图：田庆利 2015.11.08经检查，各部件表面加工精度为IT12，钻孔表面加工精度为IT10，加工件表面平整；各连接销长度均大于30mm，检查合格；钢板与皮垫紧密结合且钢板的弧形半径误差在5mm。已经达到对策设定目标。3、各部件的力学强度试验在我们试验中所设定的承受的拉力基数为1=（250Kg）。我们于材料实验室进行了拉力强度试验。拉力强度试验实施表试验位置试验部件位置图与拉力试验分析图承受拉力倍数（是否）变形破损(是/否)合格咬合板吊耳 1否合格2否合格3否合格销 轴 1否合格2否合格3否合格咬合板齿端部 1否合格2否合格3否合格定位挂钩定位槽 1否合格2否合格3否合格结论通过对吊装工具全方位的力学分析后，并对其进行了力学强度试验。细到每个部件的每个位置的强度试验。通过此次试验对其吊装工具的实用安全性进行了进一步的巩固，对于工具的推广使用提供了良好的参考标准与说服力。对策实施三：组合 定位挂钩连接 支撑板的组合 咬合齿定位 销轴定位 销固定 完成组合制图：田庆利 2015.11.10经检查，销轴与销孔为间隙配合，旋转顺畅，将咬合齿与定位挂钩牢固连接，符合设计要求。对策实施四：吊装试验 油桶吊装试验 安放吊装工具 缓慢起吊 油桶吊起 吊装运输 拆下吊装工具 快速起吊制图：田庆利 2015.11.12使用200L（约180kg）油桶分别装 油、水、干砂子、湿砂子、石子和混凝土六种物质分别试吊，达到吊装工具可吊起自身3倍重力的目标设定。试验物质密度表 单位：1000kg/m3名称油水干砂子湿砂子石子混凝土密度0.81.01.51.72.22.5制图：刘亚 2015.11.13我们知道，我们使用200L油桶做容器，所以其体积V是固定的。由密度计算公式在这里当V一定时，其质量与密度成正比，所以有 = ;我们制定了试验实施表，缓慢增加吊装重量，以此验证对策目标。吊装工具承重力试验实施表试验试验名称试验密度（g/m3）标准密度（g/m3）相对承重比例 ()实际载重（kg）(有/无)异常(是/否)合格试验1油0.80.8100%180.0无是试验2水1.00.8125%225.0无是试验3干砂子1.50.8188%338.4无是试验4湿砂子1.70.8212%381.6无是试验5石子2.20.8275%495.0无是试验6混凝土2.50.8312%561.6无是制图：刘亚 2015.11.13经过试验后，我们可以知道，所设计工具已完成吊起自身3倍重力的目标，并且可实现安全高效作业。七、效果检查 1、目标值检查从2015 年12月 01日，该吊装工具正式投入使用。使用过程中，销轴与销孔配合顺滑良好，与咬合齿与定位挂钩连接牢靠。我们对吊装效率进行统计：测量使用工具后各油桶吊装用时：单桶吊装计时记录 表1 （单位：s） 41524346455248534746514948454652455547434737495354484656494753474943484942364748584743574747445938464952495241605249555050475440495343484744444248494747534953495546614348424937494243465655385049454753制图：贾磊 2015.11.15根据上述数据我们可得最大值最小值6136我们将100桶油桶吊装用时的记录数据进行整理分组，如下表吊装用时数据分组 表2组名数组范围中间值出现的次数A35.538.5374B38.541.5404C41.544.54315D44.547.54624 E47.550.54926F50.553.55214G53.556.5558H56.559.5583I59.562.5612制图：贾磊 2015.11.15最后我们将所整理的数据绘制了直方图，如下：制图：张刚 2015.11.15由直方图可以看出使用吊装工具以后单桶吊装用时仅仅需要48.07s（即0.8min）。由我们计算可以得出使用小组研制的工具后，吊装效率已经大大增加，时间缩短显著。 活动前后设定指标比较图制图：张刚 2015.11.16活动后的实际效果超出了我们活动前的预期，时间缩短到原来的四分之一，只需短短的0.8分钟，有效的提升了工作效率。为今后的施工作业提供了有效的保