1、平板车运输钢轮压路机防侧移装置的研发平板车运输钢轮压路机防侧移装置的研发金丽温大中修QC小组一、工程概况 金丽温高速公路连接金华、丽水、温州三地市，主线总长234公里，该高速公路的大部分路段地处沿江、山岭重丘地段，全线道路隧道、桥梁、弯道众多、高落差路段密集，尤其是收费站匝道弯度更急、落差更大。路面专项工程主要进行罩面加铺、病害处理、桥头加铺等养护项目施工，为保证营运车辆正常通行，所有施工机械设备当天必须通过平板运输车运输进出施工区域。由于钢轮压路机滚轮与平板运输车平面均为金属表面相互摩擦系数小，所以在运输当中发现平板运输车经过急弯道路段或者进出匝道时钢轮压路机滚轮容易出现横向滑动，存在滑落风2、险，目前被广泛使用的钢丝绳和手拉葫芦的固定方法为柔性防护，无法很好的解决这一问题，存在重大安全隐患。图1 金丽温沿江高落差长弯道路段 图2 金丽温高速娄桥收费站鸟瞰图 图 3 钢轮压路机日常运输情况 拍摄：贾传红 日期：2016年5月10日二、小组简介 表 1 QC 小组简介小组名称金丽温大中修QC小组成立时间2016年4月1日课题名称平板车运输钢轮压路机防侧移装置的研发小组类型创新型组长陈日鸿活动时间2016年4月-2016年12月注册时间2016年4月1日课题组注册号小组注册号活动频率1次/月，出勤率100%小组人数9人序号姓名性别年龄学历职务职称组内职务组内分工1男35大专项目经理（工程3、师）组长统筹规划2男29本科总工（工程师）副组长协调沟通3男40大专经理助理（助工）组员安全指导4男32本科机料科长（工程师）组员规划设计5男28本科安全科长（助工）组员安全指导6男37高中外场负责（技师）组员现场检查7男35大专外场负责（助工）组员现场检查8男25本科机料员（助工）组员整理出图9男42初中电焊工（中级工）组员加工制作 制表人：贾传红 日期：2016年4月5日 表 2 活动计划及进度2016年计划步骤4月5月6月7月8月9月10月11月12月责任人选择课题陈日鸿、杨尔军设定目标余涛、杨尔军提出方案余涛、王文新P制定对策王文新、贾传红D对策实施王文新、上官成印C确认效果王文新、贾4、传红制定巩固措施杨尔军、贾传红A总结及下一步打算陈日鸿、杨尔军 实际实施进度 计划实施进度 制表人：贾传红 日期：2016年12月21日三、选择课题1、问题的提出 钢轮压路机在进出施工现场的运输过程中，在急弯路段在离心力的作用下会产生较大的位移，如果保护及固定措施不到位，压路机很容易挣脱约束从平板车上滑落酿成安全事故。据了解在一些施工项目中也发生过类似事故，造成较大的经济损失。采用钢丝绳和手拉葫芦固定的传统柔性防护方法不能有效地解决此隐患，为此项目部下决心研制新的防护装置解决钢轮压路机运输过程中侧移滑落问题。2、运输过程受力情况调查分析 经过对平板车运输钢轮压路机进出匝道或者转急弯时的受力情况5、进行分析发现，这一过程会产生向外的巨大离心力，当离心力大于钢轮压路机滚轮与运输平台的摩擦力和固定防护措施所施加的力时，滚轮就会发生位移。目前钢轮压路机运输的固定防护为钢丝绳加手拉葫芦固定，为柔性固定；行车方向前后使用三角枕木固定，为刚性固定。所以本次课题就是要将原有的柔性固定加强为刚性固定，降低安全风险。经过测算发现当平板车速度增大或者转弯半径r变小时，离心力会随之增大；而钢轮压路机和平板车运输平台之间摩擦系数是一定的，当离心力增大到钢丝绳或者手拉葫芦的承载上限值时，钢丝绳或者手拉葫芦就有发生断裂、失效的风险，使钢轮压路机被甩脱滑落。实例及数据分析如下：（1）以BW-202钢轮压路机为例，质量6、M满载时为13100kg，钢筒与板车平面之间的动摩擦系数约为0.15。摩擦力Ff=FN=Mg=13100kg*9.8N/Kg*0.15=19.26(KN)（2）由于13mm钢丝绳抗拉强度大于常用的3吨手拉葫芦，所以3吨手拉葫芦为例，最大可承受拉力（防护约束力）Ft约为29.4KN,钢丝绳与水平方向夹角约为30度。钢丝绳横向破断拉力Ft1=/2*Ft=/2*29.4KN=25.46（KN)（3）假如平板车以车速40km/h在匝道行驶或转弯时，转弯半径为r离心力F=mv/r=（13100*（40000/3600）/r（4）当离心力FFf+Ft1 时钢丝绳就有断裂的可能。1618284/r 19.27、6+25.46=44.72KN 当r36.19m时手拉葫芦就有可能会失效或者断裂。相对的即设定转弯半径大于36.19米时，如果平板车车速v大于40km/h的时候，手拉葫芦也会存在失效、断裂的危险。将钢轮压路机发生侧移的临界离心力设定为F=44.72KN，以作为后期设计、选材计算的依据。由于金丽温高速公路地处沿江、山岭地区，大多数匝道弯度和匝道坡度均比较大，以娄桥收费站出口为例，下高速匝道弯度最大处达360，平均转弯半径约25米，匝道横向坡度高差约4cm，当平板运输车以33.3km/h进入该匝道时，钢轮压路机就存在横移滑动的可能，以此速度经过3次该匝道行驶试验，侧移量分别为19mm、22mm、28、0mm，平均侧移量为20.33mm。因此需要研制出一种可以将钢轮压路机滚轮横向固定在平板运输车运输平台表面的装置。图 4 钢轮压路机发生侧移时受力分析图 制图：王文新 日期：2016年4月10日3、确定课题平板车运输钢轮压路机防侧移装置的研发四、目标设定33 该装置可保证钢轮压路机在运输过程中无侧移，且为刚性防护，研发费用低廉；拆装方便；不破坏原有车辆配置，无需过度改装车辆。目标分析:（1）经试验后装置需满足钢轮压路机滚轮刚性固定的要求；（2）该装置能有效防止钢轮压路机在运输当中发生侧移，将侧移量限制为零。五、提出方案 根据第三阶段课题选择及第四阶段目标设定所建立的测算数据及目标方向，QC小组9、成员于2016年5月5日在项目部会议室进行QC小组活动，小组所有成员一起进行头脑风暴，提出几种方法和设计设想，分别有以下几种：1、平板车运输平台两侧安装防护栏，通过护栏来防止钢轮压路机发生侧移；2、选用类似涨紧轮的防护装置从两侧拉紧钢轮压路机滚轮，防止钢轮压路机滚轮发生侧移；3、具有可伸缩机构的防护装置，从钢轮压路机滚轮两侧顶住滚轮，以防止滚轮侧移。小组组员对以上方案进行比较分析，以客观数据为依据确定最佳方案，分析方法见下表 3 表 3 最佳方案分析评价表序号方案技术可行性选材经济合理性制作时间制作工艺结论1平板车运输平台两侧安装防护栏通过四片防护栏挡在前后滚轮两侧，以起到防止滚轮侧移的效果需10、选用要求高强度钢材制作，制作两侧四只护栏大约需耗用钢材约0.8吨高强度钢材市场价格约4000元/吨，材料费4000*0.8+人工费150*2*7合计5300元7天需使用电气焊切割由于防护栏位置无法确定，并且经济合理性及选材均有难度，因此不选择此方案2类似涨紧轮式防护装置涨紧轮的原理是根据皮带不同的松紧程度自动调节张紧力，使保护带稳定，当涨紧轮涨紧时，保护带固定不动，起到防护钢轮侧移的效果需定制涨紧轮、采购张紧带作为保护带、重型卸扣定制涨紧轮400元，80元/根，12吨卸扣50元/只，材料费400*2+80*4+50*4+人工费150*1*1合计1320元1天无需加工虽然可以固定钢轮，但是依然属11、于柔性固定，并且张紧带存在被钢轮压路机侧边和平板车边缘割断的风险，因此不选用此方案3具有可伸缩机构的防护装置可伸缩机构可以根据不同型号钢轮压路机来调整，该装置为刚性固定，可以防止钢轮压路机因为侧移而产生横向加速度，有效防止离心力的持续增大需选用槽钢及螺杆、螺帽等材料，四只防护装置大约90公斤槽钢约200元/根，螺杆约40元/米，螺母2元/只，材料98.6*4+人工150*1*5合计1144.4元5天需使用电气焊和切割可伸缩机构可以满足不同型号钢轮压路机的固定，并且槽钢及螺杆螺母的机构可以起到刚性固定的效果，因此选用此方案制表：贾传红 日期：2016年5月5日 确定最佳方案具有伸缩机构的防护装置12、六、制定对策1、方案细化：图表 1 方案细化表 图表:王文新 日期：2016年5月12日2、建立对策表表 4 平板车运输钢轮压路机防侧移装置的研发对策表序号方案对策目标措施地点完成时间责任人1设计和绘图利用力学及机械原理设计装置结构并绘图设计出结构相对简单，便于加工制作且具备刚性固定的装置组内成员利用头脑风暴法讨论并同电焊技师进行交流，设计出便于实行且满足要求的装置结构，并绘图项目部会议室、办公室2016年6月15日杨尔军王文新贾传红上官成印2材料的选择选用规格合适的槽钢及螺杆、螺母使装置能承受钢轮侧移时的巨大力量，并满足刚性固定要求通过力学计算，确认材料所需强度，然后到钢材市场选取强度、刚度13、足够，且在规格上可以嵌套的槽钢，并选购合适的螺杆、螺母钢材市场、标准件商店2016年6月30日王文新贾传红上官成印3伸缩机构的研发参考日常生活中常见的已具有伸缩功能的装置并向专业机械从业人员请教做出可伸缩的机构，且无需电机驱动，人力操作即可完成借鉴台虎钳、卧式机床等设备的伸缩机构进行研发，到机械加工厂向专业师傅请教，根据设计设想研发可伸缩机构办公室修理车间机械加工厂2016年7月10日余涛王文新贾传红上官成印4加工制作根据图纸及伸缩机构原理加工制作防侧移装置装置可满足设计要求，并能自由伸缩，便于操作电焊技师根据图纸要求对材料进行处理加工后，根据伸缩机构原理和装置设计要求，加工制作出防护装置修理14、车间2016年8月25日王文新贾传红上官成印5厂内试验通过厂内试验确认装置的可行性和安全性通过对比试验，确认防侧移装置防护效果和是否安全1、钢轮压路机在平板运输车平台上处于静止状况下，原有防护措施下利用20吨千斤顶顶推滚轮侧壁2、安装防护装置后，再用20吨千斤顶顶推滚轮侧壁修理车间施工现场及高速公路匝道2016年9月2日杨尔军王文新余涛贾传红6施工使用在路面专项施工过程中使用该装置通过实际使用确认防护效果和安全性，查找不足平板车运输钢轮压路机时在原有钢丝绳和手拉葫芦防护措施下安装防侧移装置进行防护施工现场2016年10月16日杨尔军王文新余涛 制表：王文新 时间2016年10月30日七、实施对15、策1、对策实施一：设计和绘图 QC小组成员一起进行头脑风暴，对钢轮压路机产生侧滑的根本原因进行讨论和分析，配合选择课题时计算得出的相关力学数据及受力情况，并根据最佳方案目标，得出能解决问题的装置的结构及外形，并对装置的选材、性能、材质等方面提出相应要求。设计思路整理完成后，由组内成员根据设计方案和电焊技师提出的的相关要求绘制出装置图纸，并制作三维图像以方便电焊技师后期加工制作。图 5 装置图纸 制图：贾传红 日期：2016年7月5日 实施效果验证：根据小组成员的设计思路，可伸缩防护装置放置到平板车运输平台预先加工完成的方形槽内，由该装置紧靠钢轮压路机两侧平面，起到刚性固定作用，防止钢轮压路机滚16、轮发生侧移。2、对策实施二：钢材的选择 钢轮压路机的重量较大，在转弯和急刹车时会产生较大的惯性力和离心力，需选用强度和刚度足够大的钢材来进行制作，在充分考察市面上的几种钢材后决定选用厚壁槽钢，经过测量和数据运算分析后选用8#和10#两种规格槽钢，截面尺寸分别为80*43*5 mm和100*48*5.3 mm，两者可以互相嵌套，选择M24高强螺杆及螺母，以便进行下一步的伸缩机构的研发。8#和10#槽钢材质为Q235型号的碳素钢，结构容许应力b=1400kg/cm2，即137.2 N/mm2，通过测算截面抗弯承载力分别为84.35KN和107.62KN。M24螺杆为8.8级高强度螺杆，容许应力值为17、800N/mm2，截面承载力为800N/mm2*363mm=282.4KN,两根则为564.8KN。表 5 材料分析对比表材料类型8#槽钢10#槽钢M24螺杆、螺母装置结构抗弯/截面承载力84.38KNN107.62KN282.4KN发生侧移临界离心力44.72KN44.72KN44.72KN对比分析抗弯承载力大于离心力抗弯承载力大于离心力截面承载力大于离心力 制表：王文新 日期：2016年7月9日 实施效果验证：两种规格的槽钢可以嵌套在一起，并可以沿水平方向自由滑动，符合可伸缩机构的基本要求；并且8#和10#槽钢结构抗弯应力、M24螺杆截面承载力均大于钢轮压路机滚轮发生侧移的临界离心力F，因18、此以上材料满足设计要求。图 6 两种规格槽钢 图 7 相互嵌套 拍摄：贾传红 日期：2016年7月10日 3、对策实施三：伸缩机构的研发小组成员通过对常见的具有伸缩和移动机构的台虎钳和卧式机床进行研究分析,并且咨询具有丰富工作经验的机械厂机床操作师傅后，依据方便快捷、操作简单的原则研发出以螺杆、螺母、相互嵌套的槽钢为组合的伸缩机构，并能通过该伸缩结构来适应不同型号的钢轮压路机使用。实施效果验证：伸缩机构设在有效伸缩范围内可适应常用型号钢轮压路机使用，并且机构简单、方便操作。4、对策实施四：加工制作材料准备完毕和伸缩机构研发成功后，小组成员开始着手制作防侧移装置的第一批试验样品共四只，经过3天加19、工制作，第一只试验品于2016年8月18日制作完成，8月20日完成另外三只制作完成，第一批防侧移装置试验品制作完成。图 8 切割材料 图 9 焊接制作 拍摄：贾传红 日期：2016年8月16日 图 10 平板车运输平台开槽 图 11 试验成品展示 图10 平板车平台开槽放置槽钢 图11 试验样品制作完成 拍摄：贾传红 日期：2016年8月19日5、对策实施五：场内试验场内试验共分两个阶段：1、钢轮压路机在平板运输车平台上处于静止状况下，原有钢丝绳和手拉葫芦拉紧防护措施下，利用10吨液压千斤顶从左侧顶推滚轮侧壁，以千斤顶伸长距离为20mm为基准，观察钢轮压路机滚轮侧移情况，并记录数据；2、钢轮压20、路机在平板运输车平台上处于静止状况下，在安装防侧移装置防护措施下，利用10吨液压千斤顶从一侧顶推滚轮侧壁，以千斤顶伸长距离为20mm为基准，观察钢轮压路机滚轮侧移情况，并记录数据；表 6 对比试验表防护类型钢丝绳与手拉葫芦防护防侧移装置防护试验时间2016年9月1日2016年9月1日责任人王文新、贾传红、上官成印王文新、贾传红、上官成印侧移情况+20mm0mm防护装置情况钢丝绳与手拉葫芦固定位置发生轻微变化防侧移装置无变形，紧靠滚轮侧壁 制表：王文新 日期：2016年9月2日 图 12 钢丝绳和手拉葫芦防护下侧移情况 图13 防侧移装置防护下侧移情况 拍摄：贾传红 日期：2016年9月1日实施21、效果验证：进行试验后，钢丝绳和手拉葫芦防护状态下，受千斤顶作用，钢轮压路机随千斤顶伸出长度发生侧移，钢丝绳发生轻微变形；安装防侧移装置的钢轮压路机在防侧移装置的保护下，千斤顶顶杆无法伸出，钢轮压路机为发生侧移，防侧移装置固定牢靠、无变形折断。6、对策实施六：施工使用 图 14 平板运输车开槽安装防侧移装置 图15 防侧移装置防护下运输钢轮压路机 拍摄：贾传红 日期：2016年10月15日场内试验完成后，证明该装置防护效果可行，为刚性固定。2016年10月15日对项目部所使用的平板运输车运输平台加工开槽安装防侧移装置，并于10月16日利用防侧移装置配合原有的钢丝绳和手拉葫芦防护运输钢轮压路机进入22、高速公路行驶、进出施工现场、上下匝道。实施效果验证：平板车运输钢轮压路机时加装防侧移装置后在高速公路行驶、进出施工区域、上下收费站匝道后，钢轮压路机滚轮未发生侧移，防侧移装置无变形、折断，钢丝绳与手拉葫芦也未发生形变。证明具有可伸缩机构的防侧移装置为刚性防护，可有效防止钢轮压路机在运输过程中发生侧移，避免滑落，降低安全风险。8、确认效果 表7 效果确认表目标与对比项目防侧移装置效果钢丝绳与手拉葫芦防护效果对比结果分析刚性防护防侧移装置紧贴滚轮侧壁，装置位置和伸缩长度无变化钢丝绳与手拉葫芦固定位置发生轻微变化防侧移装置抗变强度及防护效果均满足刚性防护要求，钢丝绳与手拉葫芦由于均为线性物体，固定位23、置受力后会发生变化限制侧移量为零0mm20.33mm前文中第三项选择课题时在原有防护措施下的平板车运输钢轮压路机在娄桥收费站下匝道匀速行驶3次获取平均侧移量为20.33mm，当安装防侧移装置的平板车和钢轮压路机相同路段行驶后，钢轮压路机滚轮未发生侧向位移，钢丝绳及手拉葫芦未发生断裂和变形等问题，该装置也无变形、断裂现象，证明该装置防侧移效果良好。防护装置变形无变形钢丝绳变长11mm选用新的4000mm长钢丝绳与手拉葫芦一起固定钢轮压路机后，施工期间行驶一周后，测量钢丝绳长度被拉长11mm；选用防侧移装置固定钢轮压路机后施工期间行驶一周后，测量防侧移装置无变形发生。制表：王文新 日期：2016年24、12月3日 确认效果：具有可伸缩机构的防侧移装置为刚性防护，可有效防止钢轮压路机在平板车运输过程中发生侧移，防侧移装置自身未发生变形、折断等现象，满足目标设定要求。九、巩固效果与标准化 钢轮压路机防侧移装置全长110cm，可伸缩距离为45cm，为方便日常使用，将原有的扳手转动改进为摇手柄机构，既省时又省力，经测试装置伸出和收回时间均为90秒左右，符合方便、快捷的使用原则。图 16 防侧移装置全部伸出后长度 图17 防侧移装置全部收回后长度拍摄：王文新 日期：2016年12月5日 外场施工使用后效果很好，QC小组决定批量制作该防侧移装置，在本项目部在用的钢轮压路机和平板运输车上进行安装使用后，检25、验日常施工过程中，该装置对钢轮压路机在平板车运输时进行刚性固定和有效防止侧移的同时是否存在其他待解决的问题，截止到2016年12月15日2016年外场施工全部结束未发现缺陷问题。QC小组队相关数据记录及图纸文件进行整理，通过验证分析，形成相应技术标准，为下一步大批量生产推广该防护装置打好基础。十、总结和下一步打算经过此次QC活动，小组成员的团队合作能力、创新能力、动手能力等方面都有显著提升，团队成员的QC水平和业务知识也得到了锻炼。QC小组活动前后状态对比如下图表2所示。表8 小组活动前后综合素质评价表项 目活动前活动后团队精神6586创新能力6897业务能力6183进取精神6082动手能力7290QC技巧6382制表：王文新 日期：2016年12月15日 图18 小组活动前后综合素质评价雷达图 制图：贾传红 日期：2016年12月15日 QC活动结束后，金丽温大中修QC小组得到了的锻炼和成长，并且获得了些许成绩，小组打算在原有研究基础上继续巩固、改进平板车运输钢轮压路机防侧移装置的不足之处，例如使可伸缩机构更加快捷方便的方法将可伸缩改进为类似货车紧线器装置类型的机构，通过该机构解决可伸缩机构无法快速收放的问题。