研制人工叉车称重及夹抱装置

---研制人工叉车称重及夹抱装置xx公司物资保障项目部QC小组小组名称xx公司物资保障项目部QC小组活动课题名称研制人工叉车称重及夹抱装置注册时间2018年3月15日课题类型创新型活动次数8次出勤率95%小组成员情况姓名性别学历职务组内分工xx男硕士研究生组长组织策划实施分析xx男本科督导把控进度xx男本科指导把控质量xx男硕士研究生组员硬件测试xx男本科组员数据分析xx女硕士研究生组员数据收集xx男本科组员现场调试xx男本科组员现场调试小组获奖情况2019年，“具有AI视觉识别技术的线缆全自动行车研制”项目获得省公司年度优秀QC小组成果。2020年，“研制可自动制作盲样的机械手”项目获得省公司年度优秀QC小组成果。选择课题需求分析2020年7月，xx公司检储配一体化物资中心（以下简称：物资中心）建成投运，职责定位是为xx电网建设提供物资保障服务，设计配网仓储、质量检测、主动配送三项业务。其中配网仓储是最重要的一环，承担新区上百个开关站物资存储任务，存储物资涉及1066种，物资尺寸规格不一、重量跨度巨大，物资的快速装卸是制约运营效率的关键所在，对物资装卸设备提出更高要求。1.安全作业需求2021年，xx电网开启大规模开关站群建设后，物资中心需要同时保障50-60个开关站物资作业任务，其中涉及大量超重、超限物资高压开关柜、干式变压器装卸作业需求，极大超出物资中心设计预期。现有装卸设备——电动叉车，在应对开关柜、干式变压器装卸过程中，存在效率低、安全风险高的问题。表1.1超重、超限物资对比人工叉车作业能力类别尺寸（米）最大重量（吨）长宽高高压开关柜1.30.82.71-1.2干式变压器1.51.31.82-3.6人工叉车（额定数据）21.433.5设备高度和重心高度为正相关，重心越高安全系数越低；干式变压器有超载风险，综上所述，影响装卸作业的参数为设备高度和重量，参数图见图1。通过图1分析可得出，目前库存物资装卸存在临限或超限作业情况，图1.1高度和重量对比人工叉车作业能力数据图高压开关柜平均尺寸为1.3m*0.8m*2.7m左右，具有尺寸大、重心高等特点，干式变压器重量2吨-3.5吨之间，装卸、搬运及存储作业存在安全隐患。小组采用测振仪记录20次开关柜搬运过程最大震动偏差值平均值为1.10g，如表1.2所示序号震动偏差（g）序号震动偏差（g）11.10111.1820.92121.2531.03131.0741.12140.9650.98151.1561.30161.2471.14171.0281.05181.0990.94191.18101.21201.12平均值1.102.快速装卸需求物资中心涉及人工叉车作业的场景为：从车辆卸下设备至理货区、理货区送至存储区（入库）；存储区至理货区、理货区至车辆（出库）。叉车作业需要精准对准托盘进叉孔位，同时为保证存储密集性和最大装车量，需要设备之间缝隙小于5厘米。这就对叉车司机技术提出更高要求，需要司机反复调整叉车位置以保证最佳效果，小组对叉车20次的叉取时间进行了统计，其中进叉、装车调整平均时间为2:03，如表1.3所示。表1.3叉车作业时间统计表次数进叉调整时间行进时间装车调整时间返回行进时间总时长10:53:001:32:001:11:001:00:003:46:1520:48:001:05:001:04:000:57:002:33:3230:42:001:04:000:48:001:23:002:33:9940:39:001:16:000:51:000:59:002:46:1650:42:001:02:001:12:001:06:004:02:0060:48:001:04:001:16:001:13:004:21:0070:53:001:05:001:05:001:10:004:13:0080:58:001:16:001:10:001:08:004:32:0090:45:001:06:001:04:001:04:003:59:00101:05:001:17:001:04:001:08:004:34:00110:50:001:06:001:06:001:11:004:13:00120:49:001:03:001:07:001:11:004:10:00131:03:001:19:001:11:001:16:004:49:00140:43:001:02:001:15:001:06:004:06:00150:45:001:04:001:16:001:05:004:10:00160:58:001:14:001:04:001:20:004:36:00170:56:001:18:001:03:001:17:004:34:00181:08:001:02:001:19:001:06:004:35:00190:49:001:19:001:06:001:18:004:32:00200:59:001:17:001:19:001:14:004:49:00平均0:53:111:09:381:09:491:10:494:23:26对进叉调整时间、行进时间、装车调整时间、返回行进时间四个环节的平均作业时间进行对比分析发现，进叉和装车调整时间占比为47%，效率较低。图1.2叉车作业各环节时间占比饼图当前人工叉车在应对高压开关柜、干式变压器等超限、临限物资作业时，存在一定的安全作业隐患和效率低下的问题，急需对现有人工叉车进行适应性改造，实现称重、夹抱和平移功能，提高作业效率和安全性。综上所述，物资中心在装卸高压开关柜和干式变压器时存在需求如下：（1）实现取货自动称重功能（2）实现叉车平移功能（3）叉车具备夹抱设备功能广泛借鉴小组经过反复讨论，借鉴现有的技术和产品，寻找创新思路，以实现课题需求表1.3课题借鉴及需求表序号借鉴对象摘要借鉴点差异分析启发1《高安全性工业机器人抓手部件》抓手部件由抓手本体和四个部件组成，分别为两个衔接侧板和两个架接板组成，提高抓手的安全性。利用机械夹板组成抓手，进行设备夹抱文献中的抓手对象是工业机器人，而本活动为人工叉车。利用夹板的压力来固定设备，提高人工叉车作业安全性。2人工叉车叉齿均具备上下抬升功能。利用链条或液压装置改变叉齿横向行进方向，具备小位移平移功能。一般人工叉车叉齿为上下移动，而本活动要改造为上下、左右均可移动。利用叉齿左右平移，减少叉车反复调整时间。3测重传感器具备自动称重功能用于叉齿改造将测重传感器置于叉齿重，叉取设备自动称重。确定课题小组依据借鉴确定本次QC活动的课题为：研制人工叉车称重及夹抱装置。设定目标及目标可行性论证设定目标结合关键需求，小组成员根据物资中心作业频率和物安全作业要求，将本次QC活动的目标设定为：自动称重范围0-5T，测量精度1/10；开关柜搬运过程最大震动偏差值平均值为0.5g以下；进叉、装车调整平均时间为1:00以内。目标可行性论证为确保目标的可行性，在物资中心搭建模拟试用场景，分别对称重、搬运震动偏差和进叉、装车调整时间进行模拟测试，对三种性能进行类比试验。图2.1模拟改装测试环境小组成员对叉齿进行简单改装，记录10次模拟搬运装车，记录测重、震动偏差和作业时间。结果如表2.1所示。表2.1模拟验证试验结果序号测重（T）震动偏差（g）作业时间是否达到预期10.8230.380:58是20.8230.320:49是30.8230.350:50是40.8230.310:55是50.8230.290:56是60.8230.340:55是70.8230.310:57是80.8230.350:52是90.8230.380:54是100.8230.370:52是综上所述，测重结果、震动偏差值、作业时间要求均达到预期，目标可行。提出方案并确定最佳方案提出总体方案小组成员通过借鉴相关技术成果和文献专利，召开头脑风暴会议，围绕课题目标，小组将“人工叉车称重及夹抱装置”作为总体方案。整体设计思路如图3.1所示。图3.1总体方案架构图总体方案的创新点：将自动称重、叉齿夹抱和平移三个功能集中设计到叉齿中，可提高人工叉车装卸超限、临限物资的安全稳定性和作业效率，实现安全作业“又好又快”。提出分级方案小组围绕总体方案三个模块，针对技术难题提出三个模块的功能需求和分级方案，如图3.2所示。图3.2总体方案细化分解对总体方案分解后，小组对每个分级方案提出需求和性能指标，形成需求分析表。表3.1需求分析表序号需求模块主要性能指标1称重精度高自动称重模块测量精度<1/102称重范围覆盖5T称重范围>=5T3具备无线传输距离传输距离>8m4夹抱稳定性高叉齿夹抱模块震动偏差<0.5g5夹抱不影响密集存储存储间距<5cm6平移稳定性高叉齿平移模块震动偏差<0.5g7平移噪音低噪音分贝<60dB方案选择小组成员采用现场测量、试验以及调查分析的方法对分级方案进行对比，确定最优分级方案。1.自动称重模块选择图3.3自动称重模块选择表3.2自动称重模块需求分析表序号自动称重模块需求方案设计主要性能指标1称重精度高设计能满足需求同时可以防止在叉齿重的自动称重模块测量精度<1/102称重范围覆盖5T称重范围>=5T3具备无线传输距离传输距离>8m表3.3自动称重模块方案对比表模块类型电磁力平衡称重传感器电阻应变式称重传感器数字式称重传感器图例试验方法将传感器模拟放置托盘中，称重样品选择5T线缆盘。测量精度1/20001/1001/100称重范围0.01kg-10kg0.1kg-5000kg0.1kg-5000kg传输距离有线传输有线传输最大传输距离12米（蓝牙）方案评价精度足够，测量范围远小于需要，传输方式局限于车内使用。精度满、测量范围满足要求，传输方式局限车内使用。精度、测量范围。传输距离均满足使用需求。结论不选用不选用选用2.叉齿夹抱模块选择图3.4叉齿夹抱模块选择表3.4叉齿夹抱模块需求分析表序号叉齿夹抱模块需求方案设计主要性能指标1夹抱稳定性高设计能满足夹抱稳定性和密集存储需求的叉齿装置。震动偏差<0.5g2夹抱不影响密集存储存储间距<5cm表3.5叉齿夹抱模块方案对比表模块类型左右式夹抱上下式夹抱图例试验方法将利用夹板模拟夹抱装置，对其进行10次参数模拟试验。震动偏差存储间距方案评价夹抱稳定性满足需求，存储间距受叉齿左右移动影响，间距大于目标需求。夹抱稳定性、存储间距均优于左右夹抱方式，且满足目标需求。结论不选用选用3.叉齿平移模块选择图3.5叉齿平移模块选择表3.6叉齿平移模块需求分析表序号叉齿平移模块需求方案设计主要性能指标1平移稳定性高设计能满足平移稳定性和低噪音需求的叉齿装置。震动偏差<0.5g2平移噪音低噪音分贝<60dB表3.7叉齿平移方案对比表模块类型液压式平移结构链条式平移结构图例试验方法利用市面上常用的液压式、链条式结构叉车进行模拟测试，对其进行10次参数模拟试验。震动偏差噪音分贝方案评价液压式平移结构震动偏差、噪音分贝情况均满足需求。链条式平移结构震动偏差满足需求，但是噪音分贝高于液压式结构。结论选用不选用确定最佳方案小组根据以上分级方案比选结果，确定本次活动最佳方案，如图12所示。图3.6最佳方案制定对策小组根据最终确定的最佳方案，按照5W1H的原则制定了对策实施表，如表4.1所示。表4.1对策实施表序号对策（what）目标（why）措施(how)负责人(who)地点(where)完成日期(when)1定制安装叉齿平移模块震动偏差<0.5g噪音分贝<60dB1.设计平移叉齿大小和样式，并定制生产。2.对叉车门架进行改造安装。3.测试叉齿平移功能。xx物资中心2022年6月282定制安装叉齿夹抱模块震动偏差<0.5g存储间距<5cm1.设计夹具大小和样式，并定制生产。2.对叉车门架进行改造安装。3.测试上下夹抱功能。xx物资中心2022年7月103安装自动称重模块测量精度<1/10称重范围>=5T传输距离>8m1.购买符合需求的称重传感器。2.定制可安全传感器的叉齿。3.安装带有传感器的叉齿。4.测试自动称重功能。xx物资中心2022年7月20日4整体组装调试测试成功率100%1.整体组装2.叉齿上下、平移调试3.整体搬运装卸测试。xx物资中心2022年7月28日对策实施对策实施一：定制安装叉齿平移模块由于叉齿平移模块需要更换叉车门架，夹抱模块同样需要在门架上做改造安装，所以叉车门架改造优先级最高。由于电动叉车属于特种设备，小组邀请专业叉车生产厂家评估定制门架、叉齿改造的可行性和安全性，保证门架、叉齿改造不影响叉车本体的电气和机械性能。向叉车生产厂家明确液压改造需求，由厂家进行定制化生产，并进行安装调试。小组对安装完成后的震动偏差和噪音分贝进行测试，并统计分析。表5.1定制安装叉齿平移模块测试结果次数12345678910震动偏差(g)0.200.190.220.210.230.210.240.220.230.25噪音分贝（dB）36354238454238374240对策目标检查：图5.1叉齿平移模块测试结果对比图结论：从统计表可以看出，定制安装叉齿上下夹抱模块符合目标要求，对策一目标实现。对策实施二：定制安装叉齿夹抱模块根据高压开关柜尺寸确定夹抱装置尺寸，请叉车厂家定制生产夹抱装置，并进行安装调试。小组随后对定制叉齿进行进行了震动偏差和存储间距测试，并进行了统计分析。表5.2定制安装叉齿夹抱模块测试结果次数12345678910震动偏差(g)0.360.340.310.330.290.320.300.330.340.35存储间距（cm）1213213121对策目标检查：图5.1定制安装叉齿夹抱模块测试结果对比图结论：从统计表可以看出，定制安装叉齿夹抱模块符合目标要求，对策二目标实现。对策实施三：安装自动称重模块自动称重模块需要隐藏安装在叉齿上，方可实现叉取货物，自动称重功能。为便于改造，根据原有叉齿尺寸定制一对叉齿外壳，将称重模块内置到叉齿外壳中，按照调试后可直接使用。小组对自动称重模块的测量精度、测量范围、数据传输距离进行测试，并对数据进行统计。表5.3自动称重模块测试结果测试项目数据目标值测量精度1/1001/10测量范围0-5T>=5T数据传输距离12m>=8m结论：从统计表可以看出，安装自动称重模块符合目标要求，对策三目标实现。对策实施四：整体组装调试将各个模块组装完成后，在物资中心进行整体装卸流程测试，对策目标检查结果如下表所示：表5.4整体组装测试结果测试项目成功率目标值是否符合震动偏差100%100%是否符合存储间距100%100%是否符合作业时间100%100%结论：从统计表可以看出，整体组装调试符合目标要求，对策四目标实现。效果检查目标检查小组将本项目在物资中心进行实地应用，小组成员在效果检验周期内，对物资中心高压开关柜、干式变压器装卸进行观察、测试统计，统计结果如表6.1所示。表6.1高压开关柜、干式变压器装卸结果统计物资类型台数超重台数平均震动偏差（g）进叉、装车作业平均时间(min）高压开