地線樁起拔器的研發(fā)

西部鉆探工程有限公司試油公司戈壁金絲玉QC小組

（新疆克拉瑪依834000）

地線樁起拔器的研發(fā)

西部鉆探工程有限公司試油公司戈壁金絲玉QC小組

（新疆克拉瑪依834000）

1 小組概況

戈壁金絲玉QC小組采用自下而上的組建方式，成立于2014年3月18日，現(xiàn)有成員9名（表1）。自成立以來，本著“小、實(shí)、活、新”的原則，選擇課題，設(shè)立目標(biāo)，確定研究內(nèi)容，開展研究方向，實(shí)施工具設(shè)計(jì)，取得成果。其間組織小組成員學(xué)習(xí)QC基礎(chǔ)知識及不同類型的QC成果，使全組成員增長QC理念。

2 選擇課題

2.1 課題的提出

2.1.1 地線樁使用頻率

小組成員針對第三試油項(xiàng)目部2013年地線樁使用狀況開展調(diào)查，并綜合數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計(jì)（表2），得出結(jié)論：地線樁使用頻率很高。

表1 小組概況表

表2 2013年第三試油項(xiàng)目部地線樁使用現(xiàn)狀調(diào)查表/根

2.1.2 作業(yè)背景

油田各井施工作業(yè)、常用的移動設(shè)備設(shè)施都離不開可靠的接地保護(hù)，其能達(dá)到防火防爆又能有效地避免漏電傷人。而常用的接地線樁，是用直徑大于20mm長度大于1.2m的圓鋼作為標(biāo)準(zhǔn)的接地線樁，對經(jīng)常搬遷的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行可靠的接地保護(hù)。此處以試油作業(yè)為例，每口井施工完畢后，想要將扎埋在地里約為1m長的地線樁拔出，僅靠人力使用管鉗和撬杠拔出地線樁是很困難的，因此至少需2人同時(shí)操作，一口井作業(yè)時(shí)間約為4h，甚至更長時(shí)間，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還達(dá)不到預(yù)期的效果（表3）。如果就此遺棄地線樁，會導(dǎo)致材料浪費(fèi)。

表3 地線樁拔出時(shí)間調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.1.3 地線樁回用率

油田施工作業(yè)頻繁存在設(shè)施設(shè)備的搬遷，因此需要將接地樁從地表拔出并重復(fù)利用。目前沒有一款專用的工具能夠省時(shí)省力地將接地樁拔出，因此存在消耗，導(dǎo)致回用率較低。根據(jù)2013年的地線樁使用情況，做了一個(gè)詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)（表2），由表2知，一個(gè)項(xiàng)目部一年約消耗400多根接地線樁。假設(shè)有一款工具能快速便捷地將地線樁拔出，既能節(jié)約了材料消耗，又提高了施工效率。

2.2 確定課題

1）為安全、快速、省力、便捷地將地線樁完好的拔出，經(jīng)過小組成員共同研討，決定研制一種專用工具。因此確定課題是：地線樁起拔器的研發(fā)。

2）經(jīng)過調(diào)查查新，并無此類專用工具，因此可以開展研制。

3 設(shè)定目標(biāo)

為提高地線樁重復(fù)使用的頻率，力爭控制成本，小組為實(shí)現(xiàn)降本增效目的，設(shè)定小組目標(biāo)：拔出單根地線樁由原來的2人操作30min，降至一人操作15min完成。

4 目標(biāo)可行性分析

1）操作可行性：設(shè)計(jì)一款省力專用工具，達(dá)到省時(shí)省力的目的并提高回用率；利用省力工具實(shí)現(xiàn)單人即可完成操作。

2）技術(shù)能力可行性：小組具備方案設(shè)計(jì)人員、電氣焊施工人員等、除部分零配件需要機(jī)加工外其余部分均由本小組自行組裝制作。

3）設(shè)定目標(biāo)的原由：僅靠人力使用管鉗作業(yè)單根拔出時(shí)間約為30min，使用省力工具實(shí)現(xiàn)省力操作，考慮到工具搬遷、連接地線樁、打千斤的時(shí)間，因此設(shè)定目標(biāo)為15min。

5 分析原因

因地線樁扎地深度約1m，地線樁本體與大地形成了較大的過盈配合，在不同的大地介質(zhì)中摩擦阻力各不相同，但僅靠人力無法實(shí)現(xiàn)拔出。

通過以上調(diào)查和分析，要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，小組要研制的專用工具應(yīng)具備兩個(gè)特點(diǎn)：①利用省力機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)降低操作人員的勞動強(qiáng)度；②不應(yīng)過大，若過大會導(dǎo)致一個(gè)人移運(yùn)不方便。

6 確定主要原因,提出各種方案并確定最佳方案

由于簡單的常用工具無法滿足施工要求，使用管鉗和撬杠等作業(yè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力?？咳肆ψ鳂I(yè)，提拉強(qiáng)度不夠，且易使人疲勞，因此設(shè)計(jì)一款利用液壓原理起拔地線樁的專用工具。

6.1 各種省力方案提出

6.1.1 方案一：使用手搖絞盤

設(shè)計(jì)一款使用手搖絞盤機(jī)構(gòu)，建立一個(gè)支架，將絞盤固定在支架頂端，利用鋼絲繩將地線樁拔出，如圖1所示。此方案優(yōu)點(diǎn)：手搖絞盤能夠?qū)崿F(xiàn)省力，可實(shí)現(xiàn)部分地線樁拔出。缺點(diǎn)：手搖絞盤易導(dǎo)致鋼絲繩變形，手搖圈數(shù)過多易使人疲勞，且提拉強(qiáng)度不夠。

圖1 手搖絞盤省力機(jī)構(gòu)

6.1.2 方案二：建立支點(diǎn)使用吊葫蘆作業(yè)

建立一個(gè)三角支架，懸掛手拉吊葫蘆，將地線樁拔出，如圖2所示。此方案優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)地線樁拔出。缺點(diǎn)：框架移運(yùn)不便，操作起來比較繁瑣，拆裝都比較麻煩。

圖2 手拉吊葫蘆式省力機(jī)構(gòu)

6.1.3 方案三：利用液壓原理設(shè)計(jì)起拔地線樁的專用工具

利用液壓原理，創(chuàng)建一個(gè)支點(diǎn)，將液缸上頂?shù)牧α扛淖優(yōu)閷Φ鼐€樁的（向上）拔力，如圖3所示，液壓原理做工示意圖如圖4所示。此方案優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)地線樁拔出。缺點(diǎn)：與前2款相比結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

6.2 最佳方案選型和確定

經(jīng)過小組全員討論與研究，確定研究方向?yàn)槔靡簤簷C(jī)構(gòu)開展創(chuàng)新。小組開始根據(jù)這個(gè)方向展開設(shè)計(jì),分過程進(jìn)行實(shí)施。

最終QC小組活動研討一致通過的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案是：單輪導(dǎo)向滑輪設(shè)計(jì)，改變鋼絲繩受力方向；3t單層細(xì)長型液壓油缸選型，根據(jù)油缸伸縮量選用；定位油缸的底座形狀設(shè)計(jì)為錐度開口底座，底板厚度選用8mm厚度設(shè)計(jì)?；喍ㄎ环绞竭x用鋼銷定位安裝。經(jīng)過小組活動探討對比選型的設(shè)計(jì)如下。

圖3 液壓省力機(jī)構(gòu)

圖4 液壓原理做工示意圖

6.2.1 卡樁器設(shè)計(jì)與選型

卡樁器設(shè)計(jì)與選型見表4。

表4 卡樁器設(shè)計(jì)與選型

6.2.2 底座定位鋼絲繩方案設(shè)計(jì)選型

底座定位鋼絲繩方案設(shè)計(jì)與選型見表5。

6.2.3 移運(yùn)方式設(shè)計(jì)選型

移運(yùn)方式設(shè)計(jì)與選型見表6。

表5 底座定位鋼絲繩方案設(shè)計(jì)與選型

表6 移運(yùn)方式設(shè)計(jì)與選型

6.2.4 選型與對比，確定出最佳方案

研制地線樁起拔器最佳方案如圖5所示。

7 制定對策

根據(jù)示意圖設(shè)計(jì)3D零部件構(gòu)造并選型，經(jīng)過QC小組活動研討、選型最終確認(rèn)出優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)方案制定對策表（表7）。

8 對策實(shí)施

8.1 根據(jù)方案進(jìn)行材料選型

選用3t細(xì)長型液壓油缸，選用12#槽鋼，選用厚度為8mm的45#鋼板，選用3t單滑輪小鉤進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、組裝。QC小組嚴(yán)格按照對策表進(jìn)行實(shí)施，組裝完成后開始調(diào)試試用，到現(xiàn)場進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5 研制地線樁起拔器最佳方案圖

表7 方案對策表

8.2 采用PDCA法驗(yàn)證實(shí)施，總結(jié)存在的問題

PDCA驗(yàn)證方法如圖6所示。

圖6 PDCA驗(yàn)證方法圖

8.3 通過現(xiàn)場驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不足

1）多次使用后出現(xiàn)部分地線樁上的螺栓開始變形拉彎，至拉脫現(xiàn)象。改進(jìn)后，卡樁器不再依靠地線樁上的螺栓受力，而是依靠地線樁圓鋼本體受力，關(guān)閉了存在的不足?？镀髡那昂髮Ρ热鐖D7所示。

圖7 卡樁器整改前后對比圖

改進(jìn)前

改進(jìn)后

2）加長原設(shè)計(jì)的承載底板的長度，由原先的50cm改為65cm。

3）加厚原設(shè)計(jì)的承載底板的厚度，由原先的8cm改為12cm。

4）將原設(shè)計(jì)的細(xì)長型3t液壓千斤頂改為細(xì)長型5t液壓千斤頂，用于滿足冬季凍硬的地表施工。

最后地線樁起拔器整改前后對比如圖8所示。

圖8 地線樁起拔器整改前后對比圖

9 效果檢查

整改后在石南60井、金215井、金220井、金龍生活基地、車545井等18口井位共計(jì)拔出地線樁約218根，整體非常實(shí)用便捷。結(jié)果顯示，使用地線樁起拔器作業(yè)，輕巧便捷，快速實(shí)用。

QC小組從2004年3月開動以來，經(jīng)過多次現(xiàn)場試用及驗(yàn)證，根據(jù)現(xiàn)場使用狀況整改了存在的弊端，最終優(yōu)化了各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案并加以實(shí)施。

在第三試油項(xiàng)目部內(nèi)進(jìn)行了推廣使用，從2014年5月至12月，使用地線樁起拔器共計(jì)回收了約600多根地線樁，收到了良好的效果。具體效益分析見表8。

1）經(jīng)濟(jì)效益的確認(rèn)。起拔器的使用降低了人員的勞動強(qiáng)度，減少了材料的消耗。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，與2013年相比較起拔器的研制有效地降低了人員的勞動強(qiáng)度；降低了地線樁的消耗，共計(jì)降低地線樁消耗400多根（圖9），因此降低了材料消耗，提高了地線樁的回用率；實(shí)現(xiàn)降本增效凈收入約2萬元。

表8 效益分析表

圖9 近2年回收與消耗數(shù)量對比圖

2）從現(xiàn)場認(rèn)可到媒體報(bào)道，共計(jì)約15家網(wǎng)站及4家報(bào)紙予以宣傳推廣。

3）推廣應(yīng)用后根據(jù)需求開始小批量生產(chǎn)。各試油隊(duì)預(yù)定后加工出的成品如圖10所示。

圖10 各試油隊(duì)預(yù)定后加工出的成品圖

10 鞏固措施

為鞏固QC成果，制定以下鞏固措施：

1）制定操作規(guī)程，作業(yè)人員進(jìn)行檢查、使用、維護(hù)保養(yǎng)時(shí)有操作規(guī)程可依。

2）加強(qiáng)操作使用培訓(xùn)，學(xué)習(xí)操作規(guī)程，嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，做好施工前的各項(xiàng)安全檢查，及時(shí)做好巡回檢查，定期進(jìn)行專用工具的保養(yǎng)。

3）申報(bào)地線樁起拔器專利并繼續(xù)推廣應(yīng)用至各個(gè)行業(yè)，如油田、建筑工地、電氣焊場所、移動基地、基站等。

4）通過申報(bào)目前已獲得國家發(fā)明專利和國家實(shí)用新型專利2項(xiàng)專利資格。

11 總結(jié)和下一步打算

經(jīng)過小組活動及多次改進(jìn)后成功研制新型專用工具，且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了降本增效，降低了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)力。本次QC活動既解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題，又提高了小組成員分析問題、解決問題的能力，達(dá)到了預(yù)期的效果。QC小組打算再接再厲計(jì)劃明年再創(chuàng)新成果。

王梅

2015-11-14