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1、QC小组活动成果报告盆式曲面结构层钻芯取样装置的研制中国交通建设CHINACOMMUNICATIONSCONSTRUCTION中交一公局第五工程有限公司北京试车场圣剑QC小组2015年2月一、前言11Tifc1二、小组简介21 .小组情况简介22 .1青52.2三、课题选择31.选题背景43.确定课题5四、目标设定6五、提出各种方案并确定最佳方案61 .钻芯取样设备发动机的选择72 .机架的组成方法选择103 .确定初步方案4 .确定最佳方案18六、制定对策18ts、20八、确认效果21九、标准化21.2223十、成果推广.十一、总结及下步计划一、前言近年来国内汽车试验场的修建越来越多，高速环
2、道盆式曲面是汽车试验场的标志性建筑，盆式曲面的大小决定着试验场的修建规模。路面结构层的强度、厚度等质量检测项目，国内通常采用钻芯取样机取得芯样后对芯样进行检测，以判定路面的各项技术指标是否符合要求，而盆式曲面结构层因形状特殊，一般钻芯取样机无法进行取样。高速环道盆式曲面常规道路路面1 .设备简介钻芯取样机是用于路面结构层钻芯取样的设备，目前国内的高速公路、市政道路等路面结构层均采用钻芯取样车进行芯样钻取，设备应用较为广泛。该设备主要由汽油发动机、钻头、机架、车轮等部分组成，钻芯作业时将钻芯取样车移至取样的位置，通过汽油发动机带动钻头快速的旋转，然后利用机架的升降装置控制钻头的升降，进行路面结构
3、层的钻芯工作。二、小组简介1.小组情况简介小组名称圣剑QC活动小组小组类型创新型课题名称盆式曲面结构层钻芯取样装置的研制成立时间2014年3月本课题注册时间2014年3月小组注册号GSW-237课题注册号QC2015-04活动时间2014年3月2014年4月活动次数10次活动方式通过现场调查，以集中讨论的方式分析、实施。2.小组成员情况姓名性别年龄职称职责小组分工TQC学习时间刘春杰男31工程师组长策划实施72h赵传来男39工程师组员质量检测72h杨思功男28助理工程组员质量检验72h赵亮男31助理工程IJrfi组员现场实施72h贾耀东男26助理工程IJrfi组员资料收集72h刘平男25助理工
4、程IJrfi组员测量72h李超男23助理工程Ijffi组员现场实施72h刘春男26JW理组员现场实施72h杀塔证书3.小组获奖情况椽“扁林工强柳公司全如四次201崎女北京市审政工若建衩QC小傲就劭优速成累二署奖北京市 物业例二O一西Jf五用三、课题选择1.选题背景钻芯取样机是垂直于路面进行芯样钻取，便于路面结构层的强度、厚度等路面技术指标的检测，一般钻芯取样机只能在平整的路面进行钻芯作业，而高速环道盆式曲面形状呈曲形，并且路面仰角大，普通钻芯取样机在曲面上移动非常困难，不能快速的移至取芯部位。移至取芯部位后，钻芯取样机还需有足够的稳定性，即要确保芯样的完整又要保护盆式曲面结构层不额外的造成损坏
5、。1）问题调查一由于路面钻取的芯样外观检测是路面质量检测评价中的重要一环，钻芯取样机的构造必须确保钻芯过程中的稳定和牢固，同时提供强劲的动力，对坚固的路面结构层进行钻芯作业。所以，钻芯取样机均采用汽油发动机做为钻芯的动力输出，同时将固定汽油发动机的机架采用较厚的钢材，增加钻芯取样车的重量，以便钻芯时提供足够的稳定性。这种构造使钻芯取样车的稳定性非常好，但也导致取样车非常笨重，重量在16Okg以上，至少需要4人才能抬动，在平整的路面上施工时非常方便，而无法对特殊的盆式曲面进行钻芯施工。2）问题调查二钻芯取样车的移动装置为3个车轮，前端两个固定车轮，后面一个360。可旋转的车轮，呈三角状布置。进行
6、施工时，取样机移至取样部位后，将后面一个360旋转的车轮收回至不可滚动的状态，使取样车后端的机架接触地面，即可使钻芯取样机固定。但盆式曲面仰角大，采用机架接触地面的方式也无法牢固的将钻芯取样机固定在曲面上钻芯作业。3）问题提出从以上调查可以看出，一般钻芯取样机的构造较为笨重，需要多个人同时工作才能将钻芯取样机抬动，增加了劳动力的投入。因为设备笨重，工作人员从运输车移至现场地面时容易出现磕、碰伤。由于一般取样钻芯机的结构设置不适宜在盆式曲面上工作，无法固定在盆式曲面进行钻芯。如何快速轻便的在盆式曲面上移动钻芯取样机确保稳固的进行钻芯施工是小组成员迫切需要探索和解决的任务。2 .提出课题针对钻芯取
7、样车在盆式曲面上施工时无法移动和固定的问题，小组提出了3个课题:盆式曲面钻芯取样的解决方案采用起重机和钻芯取样机配合施工3.确定课题课题调查分析特点结论采用起重机和钻芯取样机配合施工1、效率：施工时人员、机械需要紧密配合，施工难度大，效率低。2、效果：钻芯设备较为笨重，起重机起吊时，容易造成曲面的磕碰。3、成本：施工时人员、机械投入大，约3000元。优点：不用另行研究，使用常规钻芯取样设备就能施工。不采用缺点：1、钻芯取样施工时人员、机械投入大；2、容易造成路面结构层的额外损伤；3、需要人、机配合操作，现场施工难度非常大。时间：2014年3月10B地点：施工现场负责人：刘春使用手持电动钻机进行
8、钻芯施工1、效率：施工时1个人即可完成钻芯取样工作，操作简单快捷。2、效果：由于采用的手持电动钻机，钻芯过程中无法稳定手持电动钻机，容易造成取样失败。3、成本：施工时人员、设备投入小，但取样失败后造成非常大的损失。优点：1、人员、设备投入小；2、施工速度快，操作简单轻便。不采用缺点：钻芯取样最重要的就是确保芯样的完整性，而手持电动钻机容易造成芯样的损坏，对盆式曲面也容易造成损伤。时间：2014年3月10日地点：施工现场负责人：贾耀东研制适合盆式曲面钻芯的新1、研发思路：通过创新将钻芯取样车改为便于在盆式曲面上移动和固定的设备。优点：1、小组成员具备研制能力；2、研制投入成本低；3、便于现场简便
9、、快速的施工。采用型钻芯取样机2、成本：研发投入小，并可用于盆式曲面以外的其他路面钻芯。缺点：钻芯设备既要确保钻芯的稳固又要确保移动轻便，研制过程有一定的难度。时间：2014年3月10日地点：施工现场负责人：杨思功根据以上调查分析，小组成员将此次活动的课题确定为:盆式曲面钻芯取样设备的研制四、目标设定目标设定分析:从前面的调查我们可以看出，钻芯取样机在盆式曲面上施工,首先要解决设备重量的问题,减轻钻芯取样机的重量,便于在曲面上移动和固定,然后对钻芯取样机的移动装置进行改装，减少施工操作人员。最终小组设定活动的目标为：1个人在盆式曲面上独自完成钻芯工作。五、提出各种方案并确定最佳方案经小组成员咨
10、询，未发现行业内有可以直接使用和借鉴的设备。小组成员运用“头脑风暴法”，针对本次活动的课题“盆式曲面钻芯取样设备的研制”，对新型盆式曲面钻芯取样设备的研制提出了多种技术方案，并用亲和图归纳整理如下：机架更改发动机型号更换小功率发 动机，减轻重 量改装普通机研制新型机架更换机架的钢 材，减少重量重量变化小， 动力输出影响 大将钻芯取样车车 轮进行更换重新设计机架组 成将车轮调整为适 合曲面行走的四 轮构造更换发动 机将汽油发动机 换为电动机重量变化大， 动力输出影响小改装难度大，不 易实施车架稳定配重设 计成本投入小，组 装简单根据亲和图，小组成员决定从以下方案进行试验和分析:1.钻芯取样设备发
11、动机的选择方案L更换发动机型号试 验 分 析1、更换钻芯取样机的汽油发动机，改为小功率发动机。2、预计费用：小型汽油发动机预计采购费用1500元。优点：更换汽油发动机后重量减少40队并且改装方便快捷。特点缺点：发动机功率降低，施工时钻芯时间增长，影响工作效率，容易造成卡死现象。时间：2014年3月20日地点：实验室负责人：刘平方案2：电动机替换汽油发动机1、将钻芯取样机的汽油发动机替换为电动机。2、汽油发动机的转速为800-1200rmin,电动机的转速为28003600rmin,转速提高弥补了电动机的扭矩力不足。3、预计费用：小型电动机预计采购费用1200元。优点：1、将汽油发动机替换为电发
12、动机后重量减少60%,并且改装方便快捷，功率影响小。特2、根据试验发现路面结构层使用高速旋转的电动机比低速高点扭矩的汽油发动机更适合钻芯工作。缺点：电动机需要电源供应，施工时需要外接电源。时间：2014年3月20日地点：实验室负责人：刘平钻芯取样设备发动机的选择方案比较方案方案1：更换发动机型号方案2：电动机替换汽油发动机改装难度简单简单费用1500元1200元功率降低升高比较分析两个方案的改装难度和费用相差不大，但方案2的功率较高。结论选择方案2：电动机替换汽油发动机2.机架的组成方法选择方案L改装普通钻芯取样机试验分析1、更换钻芯取样机的两根立柱、底部支架以及钻头升降装置。2、在钻芯取样机
13、后端新增两个360旋转车轮，便于在盆式曲面上移动。3、预计费用：立柱、发动机承载平台和升降装置需要单独配套生产,费用较大，预计2000元。优点：更换钻芯取样机钢材后重量减少50%,在盆式曲面上移动钻芯取样机相对容易。特缺点：1、机架钢材减小后支撑力减小，耐久性差，长时间使用后容点易使机架产生变形。2、即使将汽油发动机改为电动机后，电动机的重量也是整个钻芯设备较重的一个部位，而原构造改装后重心太高，在盆式曲面上施工时稳固性差。时间：2014年3月20日地点：实验室负责人：刘平方案2：研制新型机架试 验 分 析新型机架俯视图1、将钻芯取样机的机架使用槽钢焊接成长方形；前端、后端底部各焊接一根钢棍连
14、接车轮；靠前端3处焊接一块钢板；钢板中部使用螺栓连接支撑柱和升降装置。2、新型钻芯取样机前端两个车轮设为360可旋转车轮，便于在盆式曲面上移动。3、预计费用：机架所用材料均可采用现场施工余料，费用预计300兀O优点：将钻芯取样设备组装成方形小车形状，能方便快捷的在盆式曲特面上移动和固定，并且组装费用低。点缺点：组装结构简单，重量轻，需要额外增加配重提高钻芯的稳定性。时间：2014年3月20日地点：实验室负责人：刘平钻芯取样设备的组成方案比较方案方案1：改装普通钻芯取样机方案2：研制新型机架改装难度困难简单费用2000元300元操作情况3人同时操作1人操作比较分析方案2的改装难度、费用、操作情况
15、均比方案1效果好。结论选择方案2：研制新型机架3.确定初步方案通过对钻芯取样设备构造的调查分析，小组成员认为新型盆式曲面钻芯取样设备的研制分为以下两个部分:确定初步方案后，小组成员根据设备各部件的功能特点，逐一进行分解1）电动机替换汽油发动机：电动机替换、汽油发动机型号选择安装方式选择220V高速 380V高速电动力Ir 电动机焊接螺栓连接发动机型号选择待选设备220V高速电动机380V高速电动机调查分析优点：220V供电连接方便，施工现场常用的小型发电机即可满足电压要求。缺点：载荷启动能力弱。优点：载荷启动能力强。缺点：供电连接时多数需要进行变压处理，较麻烦。结论采用不采用参与人：赵亮、贾耀
16、东、杨思功时间：2014年3月30日发动机安装方式选科待选方案焊接螺栓连接调查分析l优点：安装灵活，可做调整。缺点：施工前需要检查其牢固性。优点：稳定性强，不易产生间隙和松动。缺点：焊接难度大，焊接完成后不易调整。结论不采用采用参与人：赵亮、贾耀东、杨思功时间：2014年3月30日经分析对比，小组决定采用220V的电动机做为钻芯取样的动力输出，与钻芯取样机架的连接方式为螺栓连接。2）研制新型机架：研制新型机架组装方式选择新型机架材料选择待选材料圆柱形钢材方形槽钢调查分析除优点：圆柱形钢材各方面承载能力均匀。缺点：连接方式只能采用焊接，损坏后不易更换。优连焊连缺匀点：某个面承载能力较强。接方式可
17、选择螺栓连接或接，连接灵活。如采用螺栓接，槽钢损坏后更换方便。点：各个面承载能力不均,需注意连接方向。结论不采用采用参与人：赵亮、贾耀东、杨思功时间；2014年3月30日新型机架组装方式选择待选方案焊接螺栓连接调查分析IrMi优点：机架采用焊接的方式，连接较牢固不易松动。缺点：损坏后更换较费事。2.优点：螺栓连接比较灵活，损坏后容易更换。缺点：需要对螺栓连接的部位进行钻孔，受力部位容易松动。结论采用不采用参与人：赵亮、贾耀东、杨思功时间：2014年3月30日经分析对比，小组决定采用方形槽钢为钻芯取样机的机架，方形槽钢采用焊接的连接方式。钻芯取样车配重方案分析小组成员以现场模拟试验的方式来确定钻
18、芯取样车配重的增加方案。增加配重方案的选择试验次数第一次试验示意图/钢索3900钢板试验方法考虑到钻芯取样车是在盆式曲面上进行作业，所以在前端设置一段钢索牵引设备，后端焊接一个呈90的钢板，在钢板上放置重物，利用钻芯取样车向下滑的重力提供配重。结论提供配重后钻芯施工较稳固，但每次施工都需要在取样车上设置重物，比较繁琐。而且在钻芯过程中需要人员操作，人员没有设置站立的位置，无法方便的操作设备。试验次数第二次试验示意图二、电动卷扬机画4陆可调节承试验方法本次试验在钻芯取样车前端设置了一个小型电动卷扬机，将钢索的一端固定在曲面上方，通过电动卷扬机将钻芯取样车拉向盆式曲面。同时在钻芯取样车后端设置了一
19、个可调节的承载板，可供施工操作人员站立。结论操作人员站立在承载板上提供了足够的配重，同时可调节的承载板提供了操作人员的站立位置，试验效果非常好。4.确定最佳方案发动机选择电动机型芯样备新钻取设钻芯取样车架选择槽钢车架采用焊接连 接钻芯取样车配重选择可调节承载板钻花取样设备最佳设计方案六、制定对策序号方案对策(what)目标(why)措施(how)地点(where)时间(when)负责人(who)1电动机选择1 .确保电动机的转速满足要求；2 .确保电动机的电源提供方便。电动机的转速达到28003600rmin,电动机工作电压为220VO1.购买电动机时，查看设备说明书和技术参数电动机市场201
20、4年4月刘平2槽钢车架的牢固和灵活性L在固定部位使用焊接的连接方式；2.有调整空间的部位使用螺栓连接。确保钻芯施工时槽钢车架的牢固，对于不同角度的曲面可进行调整。L方形车架使用焊接的方式进行连接，确保牢固性；2.中间支撑钢板采用螺栓连接确保其钢板能增加垫片，调整钻芯的角度。现场2014年4月刘春七、对策实施实施一电动机工作电压和转速满足要求目标实施过程结果实施二目标电动机的转速达到28003600rmin,电动机工作电压为220V。通过市场调查，寻找合适的电动机型号。满足钻芯的动力要求槽钢车架组装方式牢固而灵活确保钻芯施工时槽钢车架的牢固，对不同角度的曲面可进行调整。1.方形槽钢车架采用焊接的
21、方式连接，确保牢固；实施过程2.中间支撑钢板采用螺栓连接确保其钢板下方能增加垫片，调整钻芯的角度。结果满足现场复杂地形的施工要求八、确认效果目标值检查新型钻芯取样设备研制完成后，小组对北京奔驰试车跑道盆式曲面结构层进行钻芯取样工作，最终实现了一个人独自完成盆式曲面钻芯取样的工作。现场操作照片活动后效果明显，目标实现!九、标准化通过该项目经验取得显著效果后，项目部将新型曲面钻芯取样车设备的相关图纸和数据纳入公司标准化文件。序号提供项目标准化形式文件名称1北京奔驰试车跑道项目纳入盆式曲面施工资料相关文件盆式曲面钻芯取样车的组装十、成果推广项目实施完成后，由于效果明显，实用性好，该新型钻芯取样设备不
22、仅适用于盆式曲面结构层的钻芯取样工作，在其他道路结构层也可采用钻芯取样车进行取样。简单的构造，方便的操作具有推广和应用的价值。目前该钻芯取样车己取得了实用新型专利证书。实用新型专利证书实用新型名称:种曲面道路结构U钻芯取样不发明人：刘春杰;耿志军;降海健;刘平专利V：ZL201420159505.8专利申请日:2014年04月03IlV利权人：中交一公同第五工程仃限公司授权公告II：2014年08月06Il本实用新型经过本局依照中华人民共和国米利法进行初步审查，决定投于专利权，硬发卡证书并在专利整记簿上予以蜃汜.专利权自校权公告之日起生效.本专利的专利权期限为十年,自中请日起算.专利权人应当依
23、照卡利法及其实施细财规定.版纳年费.木步利的年费应当在每年04月03日前版纳.未按照搜定城纳年费的,专利权门应当慨纳年费期满之日起终止.专利证书汜戏专利权将记时的法律状况.专利权的“移,质押.无效，终止，饮发和专利权人的h名或名林.a.地址支更等事项记收在令利赛记簿上.IiuiHlllllNllllllHlllllllllllllllllllllliniIIIIII卜一、总结及下步计划通过本次QC活动，解决了盆式曲面钻芯取样工作的难度，大大提高了钻芯取样的工作效率，从劳动力和机械设备投入方面节约了费用。活动结束后，在总结会议上，小组成员从创新能力、QC知识等几个方面对活动前后进行了比较，并作出综合素质评价。小组自我评价雷达图小组自我评价表序号评价内容活动前活动后备注1创新能力7.09.52分析问题能力7.08.53QC知识6.58.04团队精神8.09.05解决问题的信心7.58.5今后的施工中还会有很多的工法需要改进，我们QC小组将继续发扬齐心协力、不怕困难的团队精神,为降低施工成本、提高施工效率与施工质量进行研究。下一步，我们QC小组将针对“混凝土盆式曲面的施工问题”开展攻关活动。
