铁路局供电段QC小组成果汇报书-接触网高空防坠落装置的研制

一、小组概况小神龙QC小组隶属于XX铁路局XX供电段“XX创新工作室”。“XX创新工作室”是致力于铁路供电领域的接触网及电力设备检修、检测技术研究的科研团队。小神龙QC小组成立于2002年9月。2017年重新注册，注册号为：2016—010。小组成员概况表姓名性别文化程度小组分工职称XX男本科组长高级工程师女本科QC指导技师男本科方案制定技师女本科试验改进高级工男本科数据收集助理工程师男本科模拟试验工程师女专科资料整理技师女本科成果整理高级工程师二、选择课题2016年3月，根据段要求全面消除接触网安全隐患，XX供电段在全段接触网安全隐患大排查活动中，发现接触网安全隐患苗子94项，小组对此次排查中的94项接触网安全隐患进行统计。根据统计数据，我们绘制出饼分图，可以看出高空安全隐患达74项，撞轧安全隐患12项，触电安全隐患8项。从饼分图的比例分布可以看出高空安全隐患占比达78.7%，所以小组对高空安全隐患项目进行分析和统计。XX供电段3月接触网高空作业隐患问题统计表原因类型出现次数百分比累计百分比安全带问题5675.68%75.68%支柱问题810.81%86.49%脚扣问题45.41%91.90%违规问题22.70%94.60%其他问题45.41%100%XX供电段3月接触网高空作业隐患问题排列图由排列图可以看出，安全带问题数量最多，占比超过70%。小组对目前接触网工使用的安全带进行调查，目前接触网工使用的安全带为单腰带式双安全绳安全带，主要有以下缺点：1、只有腰带作用人体，受力不均，作业人员登杆后，不容易使安全带受力。2、双安全绳促使接触网工必须双打双带，但作业人员主观因素容易发生不执行、忘打情况。3、高空作业中，更换位置作业时，双安全绳更换操作繁琐，耽误作业时间同时，容易使作业人员产生焦躁情绪。根据小组对XX供电段2006年-2015年人身伤害事故进行调查，在发生的17次事故中，高空坠落事故达到9次，占全部人身故事的52.99%。经过以上分析，目前的安全带使接触网作业产生极大安全隐患，研制新型安全装置势在必行，所以小组把此次活动的课题定为：接触网高空防坠落装置的研制三、目标确定1、目标值确定根据XX供电段要求，QC小组设定的研发目标：月度作业安全隐患件数≤40件4009004009002、目标可行性分析我们如果研制出接触网高空防坠落装置，就可以将安全带问题全部消除，就可以将安全问题降至38件，达到≤40件的目标值。四、提出方案并确定最佳方案（一）确定总体方案1．制定总体方案小组成员对于“接触网高空防坠落装置”的总体方案进行头脑风暴，分别是顶端防坠落式、双安全绳防坠落式、地面防坠落式等三种大方案，如图所示。2．选择总体方案总体方案比较表总体选择方案研发难度作业人数装置体积安全系数使用方法天气影响投资成本顶端防坠落式中1一般高易无500元/件双安全绳防坠落式高1小中中无800元/件地面防坠落装置中2较大中较难大1000元/件通过对以上三大方案进行分析，从各方面比较。地面防坠落装置的制造难度大，投资大，难以执行；双安全绳防坠落式安全性差，依赖作业人员；顶端防坠落式具有全方位保护，携带方便等特点，所以只有研发顶端防坠落式接触网高空防坠落装置是最佳总体方案（以下简称高空防坠落装置）。（二）细分方案概述1.QC小组成员通过互联网搜索、设备商咨询、与现有安全带进行对比，发现目前还没有针对接触网作业设计的高空防坠落装置产品，没有任何可参考的模式。2.根据高空防坠落装置的设计思路，QC小组将高空防坠落装置的研发分为安全带、固定挂钩、自动投切装置、安全绳结构、绝缘杆结构五个组成部分。材料选择——安全带材料的选择小组在市场上选购涤纶安全绳和尼龙安全绳各50米，购回后将安全绳裁剪成5米长度各10根，用作试验，并选取5米长度的安全绳，使用拉力计连接发力设备作破坏试验10次。材料试验结果对比表尼龙涤纶1次251218102次257618603次259718904次253819905次254617506次267018017次259018048次263518459次2539187010次26301901材料试验结果柱状图结论：我们以一个成年人正常体重65KG计算，根据测试，两种材料均可满足安全带基本要求，但尼龙材料的耐力情况更好。材料选择——安全绳材料的选择安全绳材料性能对比表验证性能尼龙安全绳涤纶安全绳试验方法受力程度受力好受力差试验10次，各选取5米长度的安全绳，使用拉力机连接汽车作破坏试验色牢度光泽度比较亮光泽度比较暗试验1次，各截取5米长度的安全绳，在阳光下暴晒一周，观察其变色程度成本价格高价格低询问网店或实体店，了解方案产品的售价。优点耐磨性强，受力好，色牢度强，且不易产生死皱价格便宜缺点价格较贵耐磨性差，受力差，色牢度差结论采用不采用结论：经对比使用尼龙安全绳。结构——固定挂钩选择小组成员为对比锁扣型挂钩与螺纹型挂钩性能，分别记录100次挂钩拆挂时间，分析结果如下：固定挂钩拆挂时间测试对比表固定挂钩拆挂时间测试结果(S)样本数=100锁扣型挂钩螺纹型挂钩2.5442.93.512.310.312.813.112.82.63.63.633.612.412.812.911.212.92.73.53.53.13.712.512.612.710.310.32.83.43.43.23.812.712.112.112.812.82.93.93.93.13.912.112.612.612.912.13443.5412.611.511.512.712.63.13.53.53.63.611.513.113.112.112.83.23.13.13.73.513.111.211.212.811.53.13.53.53.63.411.210.310.313.113.13.53.63.63.53.910.312.812.811.211.23.63.13.13.4412.812.912.910.312.73.73.53.53.53.512.912.710.912.812.13.63.63.63.63.910.412.113.112.812.63.53.73.73.7410.412.611.212.911.53.42.62.63.83.512.712.110.312.713.13.52.72.73.93.712.112.612.812.911.23.63.63.53.73.612.611.512.910.912.33.73.73.53.63.511.513.110.313.112.43.83.82.73.53.413.111.212.811.212.53.93.92.83.43.511.210.311.510.312.7平均值=3.47S平均值=12.09S固定挂钩拆挂时间测试折线图固定挂钩性能对比表验证性能锁扣型挂钩螺纹线挂钩试验方法拆解速度速度快速度慢试验100次，分别记录拆解挂钩速度，进行比较成本价格低价格高询问网店或实体店，了解方案产品的售价。优点拆解速度快、价格低缺点成本高结论采用不采用结构——自动投切装置选择对于自动投切装置小组从卡快止动和绳索止动两个方案中选择：小组对两种止动模块的性能进行模拟试验测试，记录100次动作距离数据：自动投切装置动作距离对比表止动卡块制动距离测试数据（cm）10.119.111.819.312.519.813.619.713.918.615.320.518.818.923.214.614.615.715.616.221.619.212.423.516.921.520.117.219.619.418.920.219.619.220.519.115.220.618.317.117.217.817.617.517.114.521.821.814.121.624.519.717.222.519.520.816.33021.418.819.416.824.623.91912.520.916.422.914.527.118.814.517.325.723.117.221.317.921.717.425.118.726.417.619.319.221.121.219.523.32011.219.119.913.718.717.718.918.4绳索止动制动距离测试数据（cm）21.722.722.616.227.522.522.621.123.221.123.426.827.92420.220.320.72121.222.527.820.427.223.324.428.124.224.317.820.620.829.722.322.420.623.118.322.623.725.629.125.220.225.92327.424.821.62523.323.929.328.728.922.119.123.625.121.924.631.922.425.719.828.527.618.921.625.423.521.535.921.333.130.222.422.826.325.528.319.225.323.220.930.419.622.923.826.426.218.531.322.529.523.425.633.525.821.618.6结论：有直方图可以看出，止动卡块为理想型分布，绳索卡块为能力不足型，所以小组选择止动卡块。结构——安全绳结构选择对于安全绳的结构选择，小组拟定了单挂点全身型和三挂点全身型安全绳结构对比表验证性能单挂点全身型三挂点全身型试验方法活动范围次数动作距离13.5m23.5m33.6m平均3.53m次数动作距离12.1m22.0m32.1m平均2.07m分别使用单挂点全身型与三挂点全身型安全带进行3次最大动作距离测试，并记录数据。安全性次数破坏负荷11831N21745N31875N平均1817N次数破坏负荷13151N23214N33360N平均3242N使用单挂点全身型进行单挂点破坏试验，试验三挂点全身型进行三挂点破坏试验，记录3组数值。成本价格低价格高询问网店或实体店，了解方案产品的售价。优点活动范围大，安全性能满足接触网作业要求，价格低安全性能强缺点价格较贵活动范围小，价格高结论采用不采用结构——绝缘杆选择绝缘杆的选择小组拟定了伸缩型和组合型两种方案小组对两种绝缘杆分别在相同时间内进行组装抬举试验，并根据数据绘制散布图。伸缩型操作次数散布图合型操作次数散布图结论：从散布图可以看出伸缩型绝缘杆成强正相关分布，组合型绝缘杆成弱正相关分布，所以小组选择伸缩型绝缘杆。绝缘杆性能对比表验证性能伸缩型组合型试验方法拆解速度速度快速度慢试验30次，分别记录拆解挂钩速度，进行比较。受力程度次数破坏负荷11543N21572N31560N平均1558N次数破坏负荷11862N21910N31813N平均1862N小组对两种绝缘杆进行破坏试验3次，并记录试验数据。成本价格低价格高询问网店或实体店，了解方案产品的售价。优点拆解速度快，韧性好，价格低韧性好缺点耐磨性差，受力差，色牢度差结论采用不采用五、确定最佳方案通过以上一系列的方案梳理、细化分析和测试验证，QC小组确定了高空防坠落装置各部件的最佳选择方案。六、制定对策我小组根据以上研究所得的最佳方案，按照装置的设计实施顺序制定了具体的实施对策表。对策表序号对策目标措施地点负责人完成时间1制作尼龙安全绳安全带宽≥315mm；直径≥13mm1、采购尼龙安全绳，裁剪安全为制作样品作准备2、抽样测量20组安全带宽度；抽样测量20组安全绳截面直径高铁车间刘嘉杰2016年7月2制作锁扣型挂钩挂钩解锁强度≥200公斤；锁扣最大孔径≥50mm1、根据设计图纸制作锁扣型挂钩；2、试验拉力计连接发力设备，测试锁扣型挂钩的破坏强度；3、分析接触网零部件与线索满足打挂安全带位置，测试挂钩是否大于最大直径创新工作室牟瑜婷2016年7月3制作止动卡块止动卡块的止动速度50cm/s测试20次止动卡块止动距离，记录止动时间，计算出止动速度高铁车间赵瑞建2016年7月4制作单点式全身型安全带作业人员在高空悬挂≥120分钟后，观察安全带整体变形小于等于10mm按照顺序制作全身型安全带，使用沙袋模拟人体，在高空悬挂120分钟后查看安全带是否变形高铁车间白桂芳2016年7月5采购伸缩型绝缘杆耐压强度3kV/cm；伸缩长度≥8m对绝缘杆进行耐压试验；测量伸缩长度检修车间XX2016年8月6组装及验证高空作业上下模拟成功10次使用PDPC法对安全带进行整套组织，作业人员上身试验高铁车间姬昌健2016年8月实施一：尼龙安全带制作1、目标值：安全带宽≥315mm；直径≥13mm2、实施过程：小组在网店采购尼龙绳材料1卷，对材料进行剪裁，剪裁成10m一段的材料备用。购买的整卷尼龙绳裁剪尼龙绳3、效果检查：小组对剪好的安全绳进行测量，抽取20段样品，测量安全带宽度。测量结果如下：安全带宽度调查表试验次数实验结果（mm）试验次数实验结果（mm）1320113312323123223331133254337143275324153316325163377321173248321183259324193211033120321小组对安全带进行抽样测量，抽取20段样品，测量安全带截面直径，得出测试结构：安全带截面直径调查表试验次数实验结果（mm）试验次数实验结果（mm）115111521512153151315416141551515166151615715171581718159151915101520154、结论：测量结果20段样品截面直径全部在13mm以上、对策目标实现。实施二：锁扣型挂钩制作1、目标值：挂钩解锁强度≥200公斤；锁扣最大孔径≥50mm2、实施过程：小组采购锁扣型挂钩后，抽取10组挂钩进行破坏实验检测，如下表所示：锁扣型挂钩设计图完成的锁扣型挂钩3、效果检查：小组采购锁扣型挂钩后，抽取10组挂钩进行破坏实验检测，如下图所示：锁扣试验结果试验次数试验结果12712275327342705274627972818272927110274结论：经测量，10段破坏强度全部在200公斤以上。由于接触网线索与零部件中，零部件的最大直径为30mm，所以锁扣型挂钩的最大孔径必须不小于30mm，小组对制作的的锁扣型挂钩进行测量：安全挂钩孔径尺寸示意图安全挂钩打挂位置示意图结论：测量后，锁扣挂钩的最大孔径为50mm，满足目标要求，对策目标实现。实施三：制作止动卡块1、目标值：止动卡块的止动速度50cm/s2、实施过程：按照设计图纸，制作止动卡块止动卡块设计图制作的止动卡块3、效果检查：使用止动卡块进行20次制动速度试验，得出数据如下：安全挂钩止动卡块止动速度试验表试验次数止动速度（cm/s）试验次数止动速度（cm/s）163.21164.5264.51261.2361.21362.6460.21461.2560.81564.5666.51661.2767.61767.6868.21868.2964.51964.51066.52063.5实施四：制作单挂点全身型安全带1、目标值：安全带整体变形长度小于等于10mm。因素位级表因素腰带宽度（mm）调节带距单挂点位置（mm）腿部安全绳程度（mm）背块面积（m²）ABCD位级160405080位级270506090位级3806070100正交试验法记录表列号试验号腰带宽度（mm）调节带距单挂点位置（mm）腿部安全绳程度（mm）背块面积（m²）变形力矩（kN）ABCD111328.01221117.35331238.07412217.65522337.98632128.15713137.85823227.86933317.47位级1求和23.5123.4323.3522.47总和=70.39位级2求和23.1923.7823.5824.02位级3求和23.6923.1823.4623.90极差0.500.600.231.552、实施过程：在单挂点式安全带应用中，有感应器展角，灯光频闪次数，超声波频率和覆盖范围等4个因素直接影响感应器有效感应距离，其中这4个因素相互制约，若调整不合适会使有效感应距离降低。QC小组采用正交试验法确定最佳配置，并组合成一张因素位级表。我小组采用L9（34）正交试验法，对硬件模块进行连续9次不同配置的实验，得出实验结果记录表。因素最佳组合表因素腰带宽度（mm）调节带距单挂点位置（mm）腿部安全绳程度（mm）背块面积（m²）ABCD位级80507090Lg(34)正交试验法结果分析：（1）经分析得出使用A3B2C1D2配置时，单点式全身型安全带变形力矩最大，所以组合A3B2CID2是最好配置。（2）通过对各因素位置的最大变形力矩求和，得出组合A3B2C3D2是最好配置。（3）从试验结果发现只有C项不同，根据压缩因子越大越好的原理，初步判断A3B2C3D2是最佳配置。（4）针对以上两种组合进行跟踪试验，测试20次，得出其平均值跟踪试验表。跟踪试验表序号参数组合最大变形力矩（kN）是否达标1A3B2C1D28.18是2A3B2C3D28.25是由绘制后的跟踪试验表看出，组合A3B2C3D2最大变形力矩比组合A3B2C1D2较大，效果最佳，因此，最终确定组合A3B2C3D2配置。3、效果检查：使用100kg的沙袋，将单挂点全身型安全带绑在沙袋上，模拟人员意外坠落情况，吊在空中使得安全带完全受力，120分钟后解下，测量10条安全带的变形长度。试验次数变成长度（mm）12.322.136.740.352.563.171.581.492.3100.8平均值2.3结论：模拟实验后，安全带变形长度平均值为2.3mm，达到目标要求。实施五：采购绝缘杆1、目标值：耐压强度3kV/cm；伸缩长度≥8m。2、实施过程：在市场上采购，伸缩型环氧树脂材料绝缘杆。3、效果检查：对绝缘杆进行高压耐压实验，记录测量结果；同时测量绝缘杆展开的最大长度。试验次数耐压强度(kV/cm）试验次数耐压强度(kV/cm）17.1118.627.8128.938.4137.747.6147.857.5158.467.8167.678.5177.588.5187.897.5198.5107.4207.54、结论：对绝缘杆进行高压耐压实验，绝缘杆耐压强度大于等于33kV/cm，绝缘杆最大长度8.5m，达到目标要求。实施六：组装及验证（一）组装样品组装PDPC流程图（二）验证小组成员将接触网高空防坠落装置在XX供电段高铁车间试用，测试10次均可以正常动作。测试次数正常动作测试次数正常动作1√6√2√7√3√8√4√9√5√10√制表人：XX