[QC成果]数控式虎钳松紧装置的研制

1、参加中国施工企业管理协会全国工程建设优秀质量管理(QC)小组成果发布会发表资料数控式虎钳松紧装置的研制注册号：YDX2014-01发布人：曾伶熙云南送变电工程公司云南电力线路器材厂铁塔雄鹰QC小组2015年7月目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc343504526一、小组概况3HYPERLINK l _Toc343504527二、选择课题4HYPERLINK l _Toc343504528（一）课题背景4HYPERLINK l _Toc343504529（二）提出问题4HYPERLINK l _Toc343504530（三）确定课题4HYPERLINK l

2、_Toc343504531三、设定课题目标5HYPERLINK l _Toc343504532（一）目标值确定5HYPERLINK l _Toc343504533（二）目标值分析5HYPERLINK l _Toc343504534四、提出方案并确定最佳方案6HYPERLINK l _Toc343504535（一）分析两种总体方案6HYPERLINK l _Toc343504535（二）提出三种可行性方案6HYPERLINK l _Toc343504536（三）二级方案的细化选择6HYPERLINK l _Toc343504537（四）确认最佳方案7HYPERLINK l _Toc3435045

3、42五、制定对策8HYPERLINK l _Toc343504543六、对策实施8HYPERLINK l _Toc343504544（一）齿轮式液压泵组装8HYPERLINK l _Toc343504544（二）活塞式液压缸组装8HYPERLINK l _Toc343504545（三）YFBH-L20H电磁溢流阀组装8HYPERLINK l _Toc343504546（四）编辑逻辑控制电路板FX2NPLC-20MR8HYPERLINK l _Toc343504547（五）设计结构图及编写运作原理8HYPERLINK l _Toc343504548（六）调试、检查8HYPERLINK l _To

4、c343504549七、效果检查9HYPERLINK l _Toc343504550（一）目标值实现程度的检查9HYPERLINK l _Toc343504551（二）经济效益分析9HYPERLINK l _Toc343504552（三）社会效益分析9HYPERLINK l _Toc343504553八、标准化10HYPERLINK l _Toc343504554九、总结及今后打算10一、小组概况 小组名称云南电力线路器材厂铁塔雄鹰QC小组课题名称数控式虎钳松紧装置的研制课题类型创新型成立时间2013年1月本课题注册日期2014年1月小组注册号YDX2014-01活动时间2014年1月2014

5、年10月活动次数72次小组人数8人出勤率100%序号姓名性别文化程度职务/职称组内分工QC诊断师编号1杨锦辉男大专副厂长/助工组长/策划及指导2潘玲女本科副主任/工程师副组长/设计及监督3李恒男大专主任/助工组员/数据分析4曾伶熙 男大专操作工/高级工组员/方案设计及成果汇报中国水利电力质量协会编号：2014004145夏梦良男本科维修师/助工组员/设计操作及改进6符萧男大专维修师/高级工组员/设备购买及检测7张娜女本科操作工/高级工组员/工程图制作8孙云翔男大专操作工/高级工组员/设计操作及改进本小组的QC课题“恢复LP15.34N生产线的加工范围”于2014年7月参加第十届“海洋王”杯全国

6、QC小组成果发表赛，获得二等奖。二、选择课题（一）课题背景：近年来紧凑型铁塔在输电线路工程中广泛使用，铁塔角钢之间的连接要求贴合紧密，为达到此要求，角钢加工需进行铲背或清根。我厂现所用于铲背或清根加工的设备是手摇螺旋式虎钳，通过手动转动摇柄，将运动传递到蜗轮、蜗杆结构实现紧固工作，不但生产效率底而且劳动强度大，需要两名操作工每天要旋转上万次松紧虎钳进行加工，工作至下班时双手已经非常麻木。（二）提出问题：表一：2013年10月至12月手摇旋转式虎钳生产线产量统计表（单位：根）项目10月11月12月合计铲背2954287925188351清根2874284523188037合计5828572448

7、3616388统计人：孙云翔 记录时间：2014年1月5日结论：由表一统计2013年10-12月加工总数16388根角钢。今年我厂中标南网框招500kV威镇多输变电工程，我们车间的四台虎钳设备已经不能满足每月的生产需求，车间需要更新设备来提高生产效率。表二：手摇螺旋式虎钳操作时间统计表项目次数最低值（秒）最高值（秒）平均值（秒）改造空间紧料2019 25 22 可以减少时间 塔材调整20101211不能改变时间 塔材铲背、清根加工20505050不能改变时间 松料20182220可以减少时间 合计8097109103角钢规格：100mm 操作员：符萧 统计人：孙云翔 记录时间：2014年1月6

8、日表二结论：按流程进行80次操作，需要的平均时间为103秒，因此，我们做如下分析：塔材铲背、清根加工：设备定制好的时间，不能改变时间； 塔材调整：由于人工操作，根据操作流程，时间改变空间不大；紧料、松料：紧料时间22秒，松料时间20秒，合计时间为42秒，人工手摇螺旋杆松紧非常费时，如果能够实现自动松紧，则可以减少时间。为此，我们QC小组酝酿研制一款数控化虎钳松紧装置，缩短加工时间减少劳动力，实现减人增效，满足现在大批塔材的铲背或清根加工的需要。（三）确定课题：小组成员潘玲及曾伶熙赴昆明理工大学设备技术研究所进行技术交流，并查阅多方面的书籍，同行业调查，机械市场调查。没有发现新型数控式虎钳松紧装

9、置。表三：调查报告 查询单位昆明理工大学设备技术研究所XX电力线路器材厂书籍、网络昆明机械市场查询范围中国电力科技成果数据库实际操作设备中国学术论文库、百度百科现场考察查询内容数控式虎钳松紧装置替代人工手摇虎钳松紧装置结论经调查发现，国内目前没有一款数控式虎钳松紧装置。调查人：潘玲、曾伶熙 调查实际：2014年1月9日至2014年1月13日基于以上情况，我们小组急需研制一种数控化虎钳松紧装置，以数控化代替手摇螺旋式虎钳。因此，小组将本次研究的QC课题设定为：数控式虎钳松紧装置的研制三、设定目标（一）目标值设定如果能通过机械自动化实现松紧角钢的装置，那么能使铲背或清根加工速度大幅度提高，这样不但

10、能提高生产效率还能减轻劳动强度，我们就能满足我们今年10月至12月的生产任务。紧料平均时间为22秒，松料平均时间为20秒，合计时间为42秒，如果能实现自动送紧装置就能减少时间。为此我们设定课题目标为：装置的松、紧料时间由42秒减少30秒。（二）目标可行性分析首先对设备生产率进行评估。 以2013年10月产量进行统计，上班日27天，按照流程操作需要103秒，10月份产量5828根；平均每天生产产量5828/27=215根；平均每天需要小时：（215103）/60/60=6（0.360）=6小时18分钟；通过测试后，手摇式平均每天需要6小时18分钟才能生产215根。 因此，我们运用计算机进行模拟测

11、试：表三：操作流程时间统计表分析表手摇螺旋式松紧装置计算机模拟数控松紧装置紧料22秒5秒松料20秒5秒合计42秒10秒制表人：曾伶熙 统计人：李娜 操作工：夏梦良 时间：2014年1月8日结论：如果按照模拟操作流程共可以节约32秒的时间。根据计算机模拟测试，可以节约32秒，按照流程操作需要75秒；（21575）/60/60=4（0.4760）=4小时28分钟；由于500kV威镇多输变电工程今年10月至12月每月需完成8000根，每天需要完成近300根加工任务。（30075）/60/60=6（0.2560）=6小时15分钟；研制数控化虎钳松紧装置平均每天只需要6小时15分钟就才能生产300根 如

12、果能按照计算机模拟时间内研制数控化虎钳松紧装置，我们就能满足我们今年10月至12月的生产任务。我们小组设定的目标可行！四、提出方案并确定最佳方案（一）、分析两种总体方案1、人工助力式传动机构2、机械自动化传动机构两种总体方案分析表项目人工助力式传动机构机械自动化传动机构传动机构半自动自动速度慢快推动力量6N10N保养范围大小结论不采用采用由于我们需要研制数控式虎钳就需要全自动设备来实现减人增效，所以我们总体方案采用机械自动化传动机构。（二）、提出三种传动机构可行性方案如何实现数控式虎钳松紧装置的研制，小组首先需要研制机械自动化传动机构，让虎钳通过机械化松紧实现数控式操作。小组需要对气压式、电动

13、机式、液压式进行传动力测试，并制定了测试标准值，小组对推动力数据进行记录。1、方案一：气压式传动机构项目固定位置 200mm固定位置100mm固定位置50mm推动速度531拉回速度421推动力量7N7N7N拉回力量7N7N7N偏差值4mm2mm1mm测量人：曾伶熙 制表人：李娜 时间1月17日气压式传动机构图2、方案二：电动机式传动机构 项目固定位置100cm固定位置50cm固定位置20cm推动速度321拉回速度321推动力量13N13N13N拉回力量12N12N12N偏差值7mm5mm3mm测量人：曾伶熙 制表人：李娜 时间1月17日 电动机式传动机构图3、方案三：液压式传动机构 项目固定位

14、置100cm固定位置50cm固定位置20cm推动速度321拉回速度321推动力量10N10N10N拉回力量10N10N10N偏差值1mm00测量人：曾伶熙 制表人：李娜 时间1月17日液压式传动机构图4、总体方案可行性对比机械自动化传动机构传动方式气压式传动机构电动机式传动机构液压式传动机构数控化虎钳松紧装置动力源利用空气压力传动力利用马达形成传动力利用液压压力传动力利用液压压力传动力安全低低高高使用年限10年8年15年15年偏差值4mm7mm1mm1mm推动力7N13N10N13N推动速度5335结论不采用不采用采用液压式传动机构测量人：曾伶熙 制表人：李娜 时间：2014/1/17通过对比

15、分析，小组确定可行性方案选择为“液压式传动机构”。（三）、二级方案的细化选择液压式传动机构如何最佳部件，我们将设备研制方案进行分解如下：油路链接管（1）液压泵的方案选择项目齿轮泵叶片泵柱塞泵液压虎钳需求体积235254(mm)275275(mm)366320(mm)235254(mm)吸油性能13N10N15N13-15N滤油精度3.54um2.26 um3.25 um3-3.8 um油液污染敏感度1.1um0.98um1.1um1-1.3um力量最大值10MPa8MPa15MPa10-12MPa价格1000元800元1500元1000元结论采用不采用不采用齿轮泵制表人：李娜 测量人：曾伶熙（

16、2）液压缸的方案选择项目伸缩式活塞式柱塞式液压虎钳需求力量25Mpa29Mpa31Mpa31Mpa耐磨性1.181.360.9851.36油液污染敏感度0.2um0.7um0.5um0.7um维修方便方便不方便方便价格1300150023001500结论不采用采用不采用活塞式制表人：李娜 测量人：曾伶熙（3）电磁溢流阀的方案选择液压虎钳需求型号YFBH-L20HYFBH-L32H2压力值20Mpa32Mpa20Mpa保护强度强强强价格380元560元低价格动作灵敏度95/10098/10090/100以上结论采用不采用YFBH-L20H制表人：李娜 测量人：曾伶熙（4）控制电路板的方案选择型号

17、FX2NPLC-20MRFPGA-20MR液压虎钳需求开发能力数字控逻辑控数字控逻辑编辑速率12m-27m15m-38m10m-30m价格860元790元价格适中持续能力128小时97小时100小时以上结论采用不采用FX2NPLC-20MR制表人：李娜 测量人：曾伶熙（5）油路链接管的方案选择油路链接管YC-21CYC-22C项目YG-21CYG-22C液压虎钳需求压力值20-30Mpa25-35Mpa20-22Mpa压力值平衡值3pa5pa小于3pa价格21元25元低价格油路冲击力95N90N90N结论采用不采用YG-21C制表人：李娜 测量人：曾伶熙（四）、确认最佳方案数控式虎钳松紧装置人

18、工助力式传动机构机械自动化传动机构电动机式传动机构气压式传动机构液压式传动机构FX2NPLC-20MRYFBH-L20HFPGA-20MPYFBH-L32H2伸缩式活塞式YG-21C油路链接管控制电路板电磁溢流阀液压缸液压泵YG-22C柱塞式柱塞泵叶片泵齿轮泵五、制定对策制 定 对 策 表课题序号对策目标措施地点责任人完成时间研制液压式传动机构数控虎钳松紧装置1制作齿轮式液压泵工作台，进行液压泵组装放置尺寸标准【长235(mm)至240(mm)之间，宽255(mm)至260(mm)之间】按照所选定的工作台尺寸运用工具组装并固定好。维修室李恒符萧5月6日5月9日2活塞式液压缸组装紧料时间为2m，

19、紧料压力为7N；松料时间为2m,松料压力为7N。1、将虎钳和液压油缸作为一个整体安装于机架上。2、液压油缸输出轴销孔连接在虎钳运动端上，虎钳固定端固定连接在支架的支撑板上。 维修室夏梦良符萧5月10日5月13日3YFBH-L20H电磁溢流阀组装位置传感器与电磁溢流阀灵敏度延迟小于0.5m让虎钳的运动端处设有位置传感器，位置传感器与电磁溢流阀组电气连接，调节灵敏度。车间符萧曾伶熙5月16日5月20日4编辑逻辑控制电路板FX2NPLC-20MR高压溢流阀启动160200mm之间，中压溢流阀启动100159mm之间，7099mm之间低压溢流阀启动。使传感器感应角钢尺寸的大小来选择高、中、低压溢流阀并

20、通过电机带动液压泵开始工作。车间杨锦辉李恒潘玲5月23日5月27日5设计结构图及编写运作原理1、完整的结构图2、合理的运作原理运用CAD软件设计结构图编写设计运用原理办公室杨锦辉张娜5月28日5月29日6调试、检查1、按照步骤实现自动化加工角2、查找是否存在问题1、把三位四通换向阀切换到A、P联通状态，油液从油箱被泵压入工作的溢流阀，推动虎钳向右运动夹紧角钢，铲背或清根完成之后，油液便从液压油缸右端流入带动恢复初始状态，油液流回油箱。2、多次加工角钢，查找是否存在问题，如发现问题根据PDCE循环解决问题。 车间杨锦辉夏梦良符萧5月30日6月3日六、对策实施对策实施一：齿轮式液压泵组装制作齿轮式

21、液压泵工作台尺寸，运用工具组装并固定好。由于空间有限我们放置齿轮齿轮式液压泵尺寸标准【长235(mm)至240(mm)，宽255(mm)至260(mm)】之间才能控制好间距。测量齿轮齿轮式液压泵尺寸制作测量情况位置5月6日尺寸5月7日尺寸5月8日尺寸5月9日尺寸长230(mm)233(mm)240(mm)238(mm)宽260(mm)259(mm)259(mm)260(mm)情况不采用不采用不采用采用测量人：李恒 制作人：符萧 措施实施情况检查：小组成员在规定时间5月6日5月9日完成工作，小组根据5月9日的尺寸组装并放置齿轮液压泵至工作台尺寸为：长238(mm)，宽260(mm)（符合目标要求

22、）对策实施二：活塞式液压缸组装1、将虎钳和液压油缸作为一个整体安装于机架上。制图人：张娜 时间：2014年5月8日2、液压油缸输出轴销孔连接在虎钳运动端上，虎钳固定端固定连接在支架的支撑板上，虎钳的运动端下方设有轨道，轨道的横截面为矩形或T形。两组连接虎钳情况统计表项目紧料时间松料时间紧料压力松料压力一号液压推动2秒2秒7N7N二号液压推动2秒2秒7N7N测试情况一致一致一致一致记录人：符萧 测试人：夏梦良 时间：2014年5月13日措施实施情况检查：小组成员在规定时间5月10日5月13日完成工作，经检测虎钳和液压油缸作为一个整体安装于机架上，两组接虎钳松紧速度一致，紧料时间为2m，紧料压力为

23、7N；松料时间为2m,松料压力为7N。（符合目标要求）对策实施三：YFBH-L20H电磁溢流阀组装让虎钳的运动端处设有位置传感器，位置传感器与电磁溢流阀组电气连接，电磁溢流阀组与三位四通电磁换向阀管道连接。 制图人：张娜 时间：2014年5月8日位置传感器与电磁溢流阀灵敏度延迟调节测试记录表时间9：0010:0011:001:302:303:304:305:305月16日组装、安装时间5月17日0.5m重新调试重新调试0.4m重新调试重新调试0.3m0.3m5月18日0.3m0.3m0.3m重新调试重新调试0.4m0.4m0.4m5月19日0.4m0.4m0.4m0.4m0.4m0.4m0.4

24、m0.4m5月20日0.4m0.4m0.4m0.4m0.4m0.4m0.4m0.4m措施实施情况检查：小组成员在规定时间5月16日5月20日完成工作。位置传感器与电磁溢流阀灵敏度延迟为0.4 m小于目标值0.5m。（符合目标要求）对策实施四：编辑逻辑控制电路板FX2NPLC-20MR编辑电磁溢流阀与FX2NPLC-20MR之间的逻辑控制程序，根据感应角钢的大小来选择溢流阀启动，分别为低压6Mpa、中压7Mpa、高压8Mpa，并通过电机带动液压泵开始工作。角钢规格在160200mm之间高压溢流阀启动，100159mm之间中压溢流阀启动，7099mm之间低压溢流阀启动。FX2NPLC-20MR可编

25、程逻辑控制器是整个设备最核心的部件，它控制着液压的推动力。逻辑控制程序编辑测试表项目测试次数低压溢流阀中压溢流阀高压溢流阀溢流阀压力值70mm100次启动不启动不启动6Mpa80mm100次启动不启动不启动6Mpa90mm100次启动不启动不启动6Mpa99mm100次启动不启动不启动6Mpa100mm100次不启动启动不启动7Mpa110mm100次不启动启动不启动7Mpa120mm100次不启动启动不启动7Mpa130mm100次不启动启动不启动7Mpa140mm100次不启动启动不启动7Mpa150mm100次不启动启动不启动7Mpa159mm100次不启动启动不启动7Mpa160mm1

26、00次不启动不启动启动8Mpa170mm100次不启动不启动启动8Mpa180mm100次不启动不启动启动8Mpa190mm100次不启动不启动启动8Mpa200mm100次不启动不启动启动8Mpa编辑人：杨锦辉 操作人：李恒 记录人：潘玲 时间：2014年5月26日措施实施情况检查：小组成员在规定时间5月23日5月27日完成工作，程序编辑后根据角钢规格分别启动高压、中压、低压溢流阀。（符合目标要求）对策实施五：设计结构图及编写运作原理制图人：张娜 时间：2014年5月8日注:（1）油泵、（2）液压泵、（3）电磁溢流阀组、（4）高压电磁溢流阀、（5）中压电磁溢流阀、（6）低压电磁溢流阀、（7）

27、三位四通电磁换向阀、（8）液压油缸、（9）虎钳运动端、（10）虎钳、（11）虎钳固定端、（12）位置传感器、（13）支架、（14）支撑板、（15）轨道。1、小组成员张娜同志，运用CAD软件设计机构图，2、杨锦辉同志构件结构并写出运作原理。运作原理为：首先虎钳固定连接的支撑板上，支撑板（14）上至少固定连1组接虎钳（10）及其液压油缸（8），液压油缸输出轴连接在虎钳上，虎钳固定端（11）固定连接在支架（13）上，虎钳的运动端（9）下发设有轨道（15），虎钳的运动端下部设有位置传感器（7）位置传感器与电磁溢流阀组（3）电气连接，电磁溢流阀组（3）与三位四通电磁换向阀（7）管道连接，电磁溢流阀组与液

28、压泵（2）连接，液压泵与油缸（1）连接，电磁溢流阀组（3）中设置有高压电磁溢流阀（4）、中压电磁溢流阀（5）、低压电磁溢流阀（6）。虎钳的可动端装有连接于电磁溢流阀组（3）上的位置传感器（12）并连接于液压油缸（8）上，通过传感器（12）感应角钢的大小来选择高、中、低压溢流阀并通过电机带动液压泵（2）开始工作，电磁溢流阀组（3）与三位四通电磁换向阀（7）连接来控制液压油缸的向左向右运动，实现自动夹紧虎钳。措施实施情况检查：小组成员在规定时间5月28日5月29日完成工作，1、完整的结构图（符合目标要求）2、合理的运作原理（符合目标要求）对策实施六：调试、检查1、按照步骤实现自动化加工角：把三位四

29、通换向阀切换到A、P联通状态，油液从油箱被泵压入工作的溢流阀，通过溢流阀、三位四通电磁换向阀从液压油缸左端流入推动虎钳向右运动夹紧角钢，铲背或清根完成之后，将三位四通换向阀切换到P、B联通A、T联通状态，油液便从液压油缸右端流入带动虎钳左移恢复初始状态，油液流回油箱。2、查找是否存在问题，通过加工角钢，查找是否存在问题，如发现问题根据PDCE循环方法解决问题。100-5000次试验记录表 角钢规格100mm运行次数100次1000次2000次5000次液压油泵正常正常正常正常液压泵正常正常正常正常电磁溢流阀正常正常正常正常虎钳运动端正常正常正常正常传感器正常正常正常正常记录人：夏梦良 操作人:

30、符萧 调试人：杨锦辉 时间：2014年 6月21日措施实施情况检查：小组成员在规定时间5月30日6月3日完成工作，1、按照步骤实现自动化加工角（符合目标要求）2、查找是否存在问题完整的结构图（符合目标要求）七、检查效果（一）目标值实现程度的检查我们通过操作流程：首先启动电源开关，把需要加工的角钢放入支架内，通过踩脚踏板后，虎钳根据位置传感器感应角钢大小，并启动高、中、低压溢流阀固定角钢，固定好角钢后机器开始进行铲背、清根加工，加工完成后踩脚踏板，虎钳自动松开。通过以上步骤已经解决手动松紧装置虎钳的问题，已经实现松紧装置数控化操作，现在只需要一个人就能操作虎钳设备。操作50次流程平均值记录时间表

31、 角钢规格100mm 统计人：李娜分析表数控式虎钳模拟数控式虎钳手摇螺旋式虎钳紧料2秒3秒22秒松料2秒3秒20秒合计4秒6秒42秒通过测试后实际操作时间比模拟数控式虎钳时间减少2秒，松、紧料时间减少38秒已经超出之前所设定的目标。2014年7月至9月数控式虎钳生产线产量统计表（单位：根）统计人：曾伶熙 时间：2014年10月8日项目7月8月9月合计铲背48955125505715077清根45284987515714672合计9423101121021429749为此我们通过研制数控式虎钳松紧装置后对该条生产线进行产量统计。根据2013年10月12月产量统计铲背、清根总根数为16388根，自研制出数控式虎钳松紧装置后2014年7月9月产量已到达29749根，已经超过181% （29749/16388）100 % 的