细土筛分斗的研制QC成果报告

2014年度全国工程建设QC小组活动成果报告细土筛分斗的研制小组名称：设备租赁中心QC小组发布人：张玮单位名称：中国石油天然气管道局第一工程分公司时间：2014年05月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、课题背景 -1-二、小组概况 -1-三、小组及获奖情况 -1-1、小组情况信息表 -1-2、小组荣誉证书 -3-四、选题理由 -3-五、确定目标 -4-1、目标值设置 -4-2、可行性分析 -4-六、提出各种方案并确定最佳方案 -5-1、提出总体方案 -5-2、总体方案技术经济比选 -6-3、确定最优整体方案 -6-4、最优整体方案分解 -7-5、确定最佳方案 -10-七、制定对策 -11-1、制作工艺流程 -11-2、制定对策实施表 -11-八、对策实施 -13-1、实施一：主体加工 -13-2、实施二：手工焊接滚笼筛网制作 -13-3、实施三：液压油管路连接 -14-4、实施四：装置总装 -15-九、确认效果 -16-1、技术效果确认 -16-2、经济效益确认 -17-3、社会效益确认 -17-十、标准化 -18-十一、总结与今后的打算 -18-1、总结 -18-2、下一步打算 -19-附：现场评审表 -20-附：获奖证书 -21-一、课题背景管道回填作为油气管道施工必不可少的一道施工工序，回填结果关系到管道是否损坏，如若损坏可能会造成质量安全事故的发生将直接影响到正常投产。这就要求回填细土必须达到石方段管沟回填细土的最大粒径不应超过10mm、戈壁段管沟回填细土的最大粒径不得超过20mm等规定要求。在管道细土回填过程中，回填细土主要来源于：一通过传统筛分现场土得到回填所用细土；二当不能满足现场土质筛分时（比如：戈壁段、岩石段）则需购买外运细土（如：图1）。传统筛分主要是由铁加工成2*3m的筛网，筛网由铁管支撑，形成一个坡度角来进行细土筛分（如：图2），存在劳动强度大、工作效率低等弊端，而购买外运细土虽然质量可以保证，但成本高。因此QC小组将“细土筛分斗的研制”作为本次活动的课题。图1岩石地段施工现场图2传统筛分实物图二、小组概况中国石油天然气管道局第一工程分公司设备租赁中心QC小组成立于2008年02月，注册于2013年05月，小组由10人组成，活动次数18次。2013年，小组针对管道细土回填施工开展活动（活动时间：2013.05-2013.12），并完成创新型课题《细土筛分斗的研制》（注册编号：YGQC-2013-KT-05）。三、小组及获奖情况1、小组情况信息表小组及成员具体情况如表1所示。表1管道一公司设备租赁中心QC小组概况小组名称中国石油天然气管道局第一工程分公司设备租赁中心QC小组成立日期2008年2月15日成员人数10人课题类型创新型注册日期2013年5月10日注册编号YGQC-2013-KT-05活动次数18次活动时间2013.5.22-2013.12.31活动地点设备租赁中心获奖情况先后获得国家级奖项、省部级奖项序号时间QC成果名称颁奖单位获奖等级12013年折叠式可拆卸防护箱的研制国家工程建设质量奖审定委员会全国工程建设优秀质量管理小组一等奖22012年焊接工程车驻车制动系统改造中国建筑业协会中国建筑业协会优秀奖32011年降低坡口机故障率中国质量协会石油分会石油工业优秀质量管理小组三等奖序号姓名性别年龄文化程度工作职务职务组内分工备注QC诊断师指导李超建、张艺新、那娜1王宝忠男52本科副经理专家全面指导2齐广伟男43大专副主任组长全面策划、实施3刘洪禄男41大专质量员组员策划、设计实施4张玮女25大专质量员组员方案实施5张东晨男42大专调度员组员组织协调6穆兆文男45大专安全员组员方案实施7陈洪祥男40大专调度员组员方案实施8王莹女31本科安全员组员方案实施9徐建男30大专技术员组员设计实施10王健男38大专设备员组员现场试验制表人：张玮时间：2013年05月23日2、小组荣誉证书管道下沟后，应进行细土回填，确保管道不被损坏。四、选题理由管道下沟后，应进行细土回填，确保管道不被损坏。GB50369GB50369—2006《油气长输管道工程施工及验收规范》中明确要求。细土回填细土回填极其重要，其回填质量直接影响工程安全质量及投产。细土回填细土回填是油气管道施工必不可少的一项施工工序。在管道施工中，由于在管道施工中，由于地区的土质有很大区别，现场土质条件往往无法满足回填规定要求，通常以传统筛分、购买外运细土等方式对管道进行细土回填。存在劳动强度大、施工成本高、工作效率低等弊端存在劳动强度大、施工成本高、工作效率低等弊端未发现有可直接借鉴的技术资料，并且国内尚无同类产品。未发现有可直接借鉴的技术资料，并且国内尚无同类产品。小组与同行业咨询及对本课题技术资料及网络信息的查询小组与同行业咨询及对本课题技术资料及网络信息的查询选择课题选择课题细土筛分斗的研制细土筛分斗的研制五、确定目标1、目标值设置研制一种不同尺寸的筛网且多型号挖掘机通用、拆装简单快捷、可对现场回填土进行筛分的铲斗，实现杂物与细土的分离，筛分后的细土能够达到回填标准。将目标值定为：（1）能够筛分出10mm、20mm细土。（2）细土筛分斗功效较传统筛分功效提高1倍。2、可行性分析（1）对施工现场采用传统筛分功效和预期构思筛分斗功效进行对比。并以芬兰ALLU细土回填功效做此次对比的参考。序号内容传统筛分芬兰ALLU筛分1筛分粒径可制作不同尺寸的筛网筛分出不同粒径的细土制作不同尺寸的滚轴，来筛分出10mm、20mm细土2每斗可筛分细土量0.5m³1m³31分可筛分斗数1-1.5斗1-1.7斗2工作效率30-45m³/h60-100m³/h芬兰ALLU筛分功效较传统功效高约1-1.2倍研制的筛分斗是制作出不同尺寸筛网，通过对筛网的更换筛分出10mm、20mm的细土。在功效上，由于预期制作的筛分斗与芬兰ALLU筛分设备斗容存在差异，因此小组将目标值定为细土筛分斗功效较传统筛分功效提高1倍。（2）人员：制作该装置预计需要:1名质量管理专家进行指导、1名技术人员、安全员1名、质量员1名、调度员2名、设备员1人、维修工人2名、钣金工2名、操作手2名。此次成果预定公司专家王宝忠全面指导、而单位在岗技术员1名、安全员4名、质量员3名（其中1名聘为公司质量管理专家）、调度员2人、设备员4人、挖掘机操作手55人、维修操作工50人、钣金工2人；在人员方面满足制作该装置人员要求。（3）能力：对该装置的研制，需要设备知识丰富、技术精湛、懂设备性能、懂设备配件原理的管理人员、技术人员和操作人员；而单位有主任工程师、多名助理工程师等管理人员、其中一名质量员不仅被聘为公司质量专家且多年担任设备维修车间主任进行设备维修保养指导工作、技术员曾专业学习机械制图能够满足绘制图纸需求、挖掘机操作手（技师3人、高级工15人、中级工10人）、维修操作工（高级工4人、中级工4人）在能力方面能够满足对该装置研制需求。（4）物资：预计研制该筛分斗需要：挖掘机一台、主体材料加工、零配件安装。而单位是集公司设备租赁、维修保养于一体的综合性设备管理单位，管道回填需使用的挖掘机为现有设备共计50台，零配件和主体材料也为现有物资，在管理上业有相应管理部门对其进行管理，并与公司物资管理部联系保持畅通，若零配件及主体材料供不应求时能及时配送。（5）试验：小组所在单位拥有机械加工车间和足够大的试验场地，且通过与施工一线领导沟通，可在施工现场进行筛分试验。通过几个方面的可行性分析，本小组经过努力，可实现制定的目标值。六、提出各种方案并确定最佳方案1、提出总体方案细土筛分斗摆动式滤网可拆卸筛分斗滚笼式滤网可拆卸筛分斗小组成员采用“头脑风暴法”，提出细土筛分斗摆动式滤网可拆卸筛分斗滚笼式滤网可拆卸筛分斗2、总体方案技术经济比选表2方案1和方案2技术经济比选表方案方案一方案二摆动式滤网可拆卸筛分斗滚笼式滤网可拆卸筛分斗方案构思在铲斗内安装减速机一台，通过速度与扭矩的转换传到摆动轴，摆动轴带动筛分筛板对材料进行处理，细土由底部筛出落入管沟。铲斗内安装液压马达一台，工作时马达旋转带动筛分滤网，将铲斗内的碎石等杂物留在筛网内部，细土由底部筛出落入管沟。结构简介1、整体分为四部分：主体框架、筛分筛板、减速机、摆动轴；2、框架由主体材质焊合；3、筛分筛板分为三部分：主板、旋转刀板和格栅装置，旋转刀板与格栅装置分别将零件一一焊合。三者采用螺栓紧固。减速机与摆动轴分别安装于筛分斗框架两侧，采用螺栓与主机紧固。4、主体尺寸长*宽*高为1990x1300x1500mm1、整体分为三部分：主体框架、滚笼、液压马达；2、框架由主体材质焊合；3、滚笼分为两部分：滚筒和筛网，滚筒整体焊合，两者用螺栓紧固。液压马达与主体框架、滚笼分别用螺栓进行连接紧固。4、主体尺寸长*宽*高为1990x1300x1500mm，筛分斗的筛网孔径可以选择更换，如5*5mm、10*10mm、20*20mm尺寸的筛网。方案效果图预计制作周期4个月3个月成本估算材料费：13万元、改进材料费：1.5万元、燃料费：1.2万元、试验费：2.3万元，合计费用：18万元；材料费：12万元、改进材料费：1万元、燃料费：1万元、试验费：2万元，合计费用：16万元；预期功效每分筛分量：1斗；每斗筛分时间：50s；每斗筛出量：0.85m³；每分筛分量：1.5斗；每斗筛分时间：40s；每斗筛出量：0.8m³；制表人：张玮日期：2013年05月27日3、确定最优整体方案经上述技术经济比选，虽然方案一每斗筛出量高于方案二0.05m³细土，但是在结构方面，方案二相较于方案一结构制作简单，便于拆装、维修、保养；在制作周期方面，方案二比方案一提前1个月完成制作，通过现场试验能够及时完善该装置；在制作成本方面，方案二比方案一节省2万元；而且方案二比方案一的筛分量多0.5斗，每斗筛分时间少10s。因此，基于能够便于拆卸、周期短和功效较高的突出性优点，QC小组确定滚笼式滤网可拆卸筛分斗为最优方案。4、最优整体方案分解滚笼式滤网可拆卸筛分斗方案，主要从五个方面进行分解比选，并针对分解内容设置目标值，作为比选的评判标准。（1）抗拉强度：400-800Mp（1）抗拉强度：400-800Mpa；（2）屈服强度：200-400Mpa；（1）抗拉强度：400-800Mpa；（2）屈服强度：200-400Mpa；（3）筛网材质利于料土的研磨；（1）转速：2500-3000r/min；（2）扭矩：3000-4000n.m；（1）易控制；（2）长时间输出动力；细化方案目标值（1）压力范围：200-300Bar；（2）尺寸范围：20-30mm；（1）主体材质的选择表3主体材质方案技术比选表方案编号方案名称技术比选评判标准结论方案一主体采用钢板硬度范围:250～450HB；抗拉强度:620MPa；屈服强度:310MPa；延伸率:30%；重量：1150kg；（1）抗拉强度：400-800Mpa；（2）屈服强度：200-400Mpa；采用方案二主体采用铝合金硬度范围:20～150HB；抗拉强度:124MPa；屈服强度:55.2MPa；延伸率:25%；重量：380kg；不采用制表人：张玮日期：2013年06月06日（2）滚笼筛网制作方式的设计表4滚笼筛网制作方案技术经济比选表方案编号方案名称技术经济比选评判标准结论方案一手工焊接式滚笼筛网材质：钢质地滚笼筛网；抗拉强度:620MPa屈服强度:310MPa；费用：360元制作周期：10天；（1）抗拉强度：400-800Mpa；（2）屈服强度：200-400Mpa；（3）筛网材质利于料土的研磨；采用方案二机器冲压式滚笼筛网材质：铝板冲孔筛网；抗拉强度:124MPa屈服强度:55.2MPa；费用：540元制作周期：5天；不采用制表人：张玮日期：2013年06月28日（3）驱动马达的选型表5驱动马达方案技术经济比选表方案编号方案名称技术经济比选评判标准结论方案一液压马达转速：2800r/min；扭矩：3500n.m；重量：96kg；价格：2万元（1）转速：2500-3000r/min；（2）扭矩：3000-4000n.m；采用方案二电动马达转速：1460r/min；扭矩：2800n.m；重量：126kg；价格：6000元；不采用制表人：张玮日期：2013年07月10日（4）液压管路连接方式的设计表6液压管路连接方案技术比选表方案编号方案名称方案说明技术比选评判标准结论方案一卡套接头连接由三部分组成：接头体、卡套、螺母。当卡套和螺母套在钢管上插入接头体后，旋紧螺母时，卡套前端外侧与接头体锥面贴合，内刃均匀地咬入无缝钢管，形成有效密封。压力范围：250–800Bar；尺寸范围：4–42mm；无需加垫圈、焊接；节省材料；（1）压力范围：200-300Bar；（2）尺寸范围：20-30mm；采用方案二承插焊接连接承插焊接连接是将管道伸入阀体进行焊接，成型后和内螺纹连接外形相似。压力范围：400-600Bar;尺寸范围：6–150mm；需焊接材料、操作工人加工流程多不采用制表人：张玮日期：2013年07月25日（5）液压马达转速调节的设计表7液压马达转速调节方案技术比选表方案编号方案名称方案说明技术比选评判标准结论方案一节流调速回路在油管与马达连接处加一个可调节流阀，通过对节流调阀的开度的控制，实现油流流量可调，从而控制马达转速。1、通过改变阀口的通流面积来改变流量；2、可实现无级调速，可长时间输出动力；3、转速易控制；（1）易控制；（2）长时间输出动力；采用方案二容积调速回路通过改变液压马达的排量来调节液压马达速度的回路。1、液压马达转速调节范围大，但不可长时间输出动力；2、排量不易掌握，从而转速不易控制；不采用制表人：张玮日期：2013年07月31日（6）钢板型号的选择经市场调查，选择出锰钢、45钢、低合金结构钢、焊接结构用耐候钢板、复合钢钢板共5种作为研制滚笼式筛网可拆卸筛分斗的主体材质，经过对5种材质的比选，由于有些材质适用于桥梁、容器的制造且费用较高，初步选定为锰钢和45钢为研制主体材料。表8钢板型号方案技术比选表方案编号方案名称技术比选评判标准结论方案一锰钢C≤0.20％；Mn：1.00～1.60％；Si≤0.55％；P≤0.045；S≤0.045％；V：0.02～0.15％；Nb：0.015～0.060％；Ti：0.02～0.20％；综合性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好采用方案二45钢C：0.42～0.50％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.50～0.80％；Cr≤0.25％；Ni≤0.30％Cu≤0.25％；不采用制表人：张玮日期：2013年06月06日（7）液压马达型号的选择表9液压马达型号方案技术比选表方案编号方案名称技术比选评判标准结论方案一GM35L额定输出扭矩:3500n.m；马达最大排量:140.5cc/rev；马达最大压力：350kg/cm2扭矩：3000-4000n.m；排量：130-150cc/rev；采用方案二k3v112额定输出扭矩:1590n.m；马达最大排量:112.14cc/rev；马达最大压力：420kg/cm2不采用制表人：张玮日期：2013年07月10日5、确定最佳方案采用钢板采用钢板滚笼式滤网可拆卸筛分斗细土筛分斗采用锰钢液压马达转速调节液压管路连接驱动马达主体材质滚笼筛网制作手工焊接式滚笼筛网液压马达提供动力卡套接头连接节流调速回路型号：GM35L七、制定对策1、制作工艺流程筛分斗设计图筛分斗设计图件安装零部件配备主体材质选择主体加工液压油管路连接装置总装手工焊接滚笼筛网制作马达、筛网、主体的组装江架设2、制定对策实施表根据制作工艺流程和确定的最佳方案，按照5W1H原则制定了以下对策表。表10对策实施表序号步骤对策目标措施地点完成时间负责人1主体加工采用锰钢进行加工加工尺寸同构思尺寸误差≤10mm1、绘制图纸并标注尺寸齐全；2、对主体加工尺寸逐一测量；1、办公室2、加工车间2013年06月26日徐建刘洪禄2筛网制作采用手工焊接式进行筛网的制作1、设计适用不同地质的筛网；2、筛网间隙误差≤1mm；1、针对施工现场常见地形加工不同尺寸的筛网。2、对筛网间隙进行逐一测量加工并调整。加工车间2013年07月25日刘洪禄张玮3液压管路连接采用卡套接头连接液压管路液压管路一次连接成功1、绘制油路设计图；2、安装可调节流阀，来控制液压油量；3、按油路设计图进行液压管路的连接1、办公室2、加工车间2013年08月27日徐建刘洪禄4装置总装主体、筛网、马达、油路等与主机组装1、多型号挖掘机通用；2、拆装简单快捷按图纸将各部件及配件进行总装和调试；加工车间2013年09月12日刘洪禄王莹5筛分试验加工车间试验施工现场试验能够筛分出10mm、20mm细土；较传统功效提高1倍1、针对不同施工现场不同土质，对筛网进行不同尺寸的更换；2、使用该筛分斗进行细土回填计算功效并与传统筛分功效进行对比；施工现场2013年9月至12月刘洪禄王健制表制表人：张玮日期：2013年08月08日八、对策实施1、实施一：主体加工2013年5月22日～6月26日小组成员徐建采用CAD软件绘制滚笼式滤网可拆卸筛分斗的总装配图和三视图，尺寸标注齐全。由成员刘洪禄带领其他成员及操作人员于加工车间对细土筛分斗主体制作进行实施，并对主体加工尺寸逐一测量检查。图3细土筛分斗结构图与三视图实施效果：细土筛分斗主体加工尺寸：长x宽x高：1990x1300x1500mm。无指定偏差，达到预期目标。2、实施二：手工焊接滚笼筛网制作2013年6月27日～7月25日，操作人员按照细土筛分斗筛网设计要求，制作不同尺寸的滚笼筛网，完成后与主机、马达进行组装。小组成员刘洪禄对操作人员进行现场指导，并与成员张玮进行筛网制作的实施情况与制作效果进行监督和检查。（1）分别制作间隙尺寸为：5*5mm、10*10mm、20*20mm的筛网。图4滚笼筛网制作指导图5手工焊接滚笼筛网制作完成（2）筛网分为8片，整体与滚筒螺栓连接紧固，能够简单快捷的拆装适用不同地质的筛网，进行细土筛分。图4滚笼筛网制作指导图5手工焊接滚笼筛网制作完成实施效果：成功制作出三种不同尺寸的筛网，能够满足石方段、戈壁段细土回填标准，制作筛网间隙误差≤1mm，达到预期设计。3、实施三、液压油管路连接2013年7月26日～8月27日，小组成员徐建绘制油路设计图，成员刘洪禄对安装可调节流阀、液压管路连接实施情况进行现场指导、检查和试验。（1）液压油管路连接中安装了可调节流阀，能够控制液压油油量；（2）液压油管路又安装了先导阀，来控制液压油的油流方向，从而决定了滚笼筛网的正转和反转。（3）液压油管路将液压马达、可调节流阀、先导阀、油箱、主液压泵进行连接，连接后能够平稳有效的控制细土筛分斗的施工作业。图6液压油管路连接设计图图7液压油管路连接实物图实施效果：按照设计图液压油管路一次连接成功，并对管路连接后的筛分斗进行试验能够控制油流流量和筛网的正转与反转且转动平稳，达到预期设计。4、实施四：装置总装2013年8月28日～9月12日按照细土筛分斗设计要求进行：加工、组装、除锈、打磨、喷漆和液压管路的总装，并对总装设备进行调试。小组成员刘洪禄指导装置总装和调试，成员王莹对总装过程进行安全监督。图8细土筛分斗总装实物图实施效果：通过对细土筛分斗的总装与调整，该装置适用多型号挖掘机通用且拆装简单快捷，达到预期目标。九、确认效果1、技术效果确认（1）样机筛分细土试验2013年9月13日在试验场地对该筛分斗筛分细土情况进行试验，并对该设备进行了功能性调试。图9不同筛网型号的细土筛分斗进行细土筛分试验（2）施工现场筛分试验2013年9月20日至10月31日在西气东输三线西段工程进行该筛分斗的试验，该筛分斗能够筛分出10mm、20mm细土；根据施工现场的地质条件，每斗筛分时间约为40秒，每斗约能筛出0.8方细土，细土回填一根管大约需要一小时.而最传统的筛网进行细土回填大约需要两个小时，细土筛分斗筛分效率比传统筛网筛分方式提高了2倍。经过细土筛分的试验证明该筛分斗能够筛分出10mm、20mm细土、较传统筛分功效提高2倍且具有拆装简单快捷、效果好、系统调节好、多型号挖掘机通用等特点。因此达到了预期研究效果，实现目标。通过此方法研制的细土筛分斗结构能够形成一套专业指导性的技术手册，其回填细土标准符合标准规范及施工要求。2、经济效益确认假设管沟深2.5m、开口宽3.5m、底宽2m，经计算(φ1016管道所占空间不计算在内)，按要求回填细土至管顶0.5m处，回填1米所需细土量大约3.47m³，筛分斗每斗可筛分细土量约0.8m³，每分钟约筛分1.5斗，3分钟所筛分细土量约等于此管沟每米所需细土量。使用筛分斗时，回填设备以小松pc220-6挖掘机为例，每小时耗