地線樁起拔器的研發

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

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，現有成員9名（表1）。自成立以來，本著“小、實、活、新”的原則，選擇課題，設立目標，確定研究內容，開展研究方向，實施工具設計，取得成果。其間組織小組成員學習QC基礎知識及不同類型的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目部2013年地線樁使用狀況開展調查，并綜合數據做出統計（表2），得出結論：地線樁使用頻率很高。

表1 小組概況表

表2 2013年第三試油項目部地線樁使用現狀調查表/根

2.1.2 作業背景

油田各井施工作業、常用的移動設備設施都離不開可靠的接地保護，其能達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的圓鋼作為標準的接地線樁，對經常搬遷的設備設施進行可靠的接地保護。此處以試油作業為例，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人同時操作，一口井作業時間約為4h，甚至更長時間，不僅費時費力，還達不到預期的效果（表3）。如果就此遺棄地線樁，會導致材料浪費。

表3 地線樁拔出時間調查統計表

2.1.3 地線樁回用率

油田施工作業頻繁存在設施設備的搬遷，因此需要將接地樁從地表拔出并重復利用。目前沒有一款專用的工具能夠省時省力地將接地樁拔出，因此存在消耗，導致回用率較低。根據2013年的地線樁使用情況，做了一個詳細的統計（表2），由表2知，一個項目部一年約消耗400多根接地線樁。假設有一款工具能快速便捷地將地線樁拔出，既能節約了材料消耗，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。

2）經過調查查新，并無此類專用工具，因此可以開展研制。

3 設定目標

為提高地線樁重復使用的頻率，力爭控制成本，小組為實現降本增效目的，設定小組目標：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 目標可行性分析

1）操作可行性：設計一款省力專用工具，達到省時省力的目的并提高回用率；利用省力工具實現單人即可完成操作。

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

3）設定目標的原由：僅靠人力使用管鉗作業單根拔出時間約為30min，使用省力工具實現省力操作，考慮到工具搬遷、連接地線樁、打千斤的時間，因此設定目標為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，在不同的大地介質中摩擦阻力各不相同，但僅靠人力無法實現拔出。

通過以上調查和分析，要實現目標，小組要研制的專用工具應具備兩個特點：①利用省力機構實現降低操作人員的勞動強度；②不應過大，若過大會導致一個人移運不方便。

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費時費力?？咳肆ψ鳂I，提拉強度不夠，且易使人疲勞，因此設計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

設計一款使用手搖絞盤機構，建立一個支架，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。此方案優點：手搖絞盤能夠實現省力，可實現部分地線樁拔出。缺點：手搖絞盤易導致鋼絲繩變形，手搖圈數過多易使人疲勞，且提拉強度不夠。

圖1 手搖絞盤省力機構

6.1.2 方案二：建立支點使用吊葫蘆作業

建立一個三角支架，懸掛手拉吊葫蘆，將地線樁拔出，如圖2所示。此方案優點：結構簡單，可實現地線樁拔出。缺點：框架移運不便，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構

6.1.3 方案三：利用液壓原理設計起拔地線樁的專用工具

利用液壓原理，創建一個支點，將液缸上頂的力量改變為對地線樁的（向上）拔力，如圖3所示，液壓原理做工示意圖如圖4所示。此方案優點：結構簡單，實用性強，可實現地線樁拔出。缺點：與前2款相比結構相對復雜。

6.2 最佳方案選型和確定

經過小組全員討論與研究，確定研究方向為利用液壓機構開展創新。小組開始根據這個方向展開設計,分過程進行實施。

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

圖3 液壓省力機構

圖4 液壓原理做工示意圖

6.2.1 卡樁器設計與選型

卡樁器設計與選型見表4。

表4 卡樁器設計與選型

6.2.2 底座定位鋼絲繩方案設計選型

底座定位鋼絲繩方案設計與選型見表5。

6.2.3 移運方式設計選型

移運方式設計與選型見表6。

表5 底座定位鋼絲繩方案設計與選型

表6 移運方式設計與選型

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

根據示意圖設計3D零部件構造并選型，經過QC小組活動研討、選型最終確認出優選設計方案，并根據方案制定對策表（表7）。

8 對策實施

8.1 根據方案進行材料選型

選用3t細長型液壓油缸，選用12#槽鋼，選用厚度為8mm的45#鋼板，選用3t單滑輪小鉤進行設計、加工、組裝。QC小組嚴格按照對策表進行實施，組裝完成后開始調試試用，到現場進行驗證。

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法驗證實施，總結存在的問題

PDCA驗證方法如圖6所示。

圖6 PDCA驗證方法圖

8.3 通過現場驗證,發現設計的不足

1）多次使用后出現部分地線樁上的螺栓開始變形拉彎，至拉脫現象。改進后，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

改進前

改進后

2）加長原設計的承載底板的長度，由原先的50cm改為65cm。

3）加厚原設計的承載底板的厚度，由原先的8cm改為12cm。

4）將原設計的細長型3t液壓千斤頂改為細長型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口井位共計拔出地線樁約218根，整體非常實用便捷。結果顯示，使用地線樁起拔器作業，輕巧便捷，快速實用。

QC小組從2004年3月開動以來，經過多次現場試用及驗證，根據現場使用狀況整改了存在的弊端，最終優化了各項設計方案并加以實施。

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

1）經濟效益的確認。起拔器的使用降低了人員的勞動強度，減少了材料的消耗。根據數據分析，與2013年相比較起拔器的研制有效地降低了人員的勞動強度；降低了地線樁的消耗，共計降低地線樁消耗400多根（圖9），因此降低了材料消耗，提高了地線樁的回用率；實現降本增效凈收入約2萬元。

表8 效益分析表

圖9 近2年回收與消耗數量對比圖

2）從現場認可到媒體報道，共計約15家網站及4家報紙予以宣傳推廣。

3）推廣應用后根據需求開始小批量生產。各試油隊預定后加工出的成品如圖10所示。

圖10 各試油隊預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）制定操作規程，作業人員進行檢查、使用、維護保養時有操作規程可依。

2）加強操作使用培訓，學習操作規程，嚴格按照操作規程操作，做好施工前的各項安全檢查，及時做好巡回檢查，定期進行專用工具的保養。

3）申報地線樁起拔器專利并繼續推廣應用至各個行業，如油田、建筑工地、電氣焊場所、移動基地、基站等。

4）通過申報目前已獲得國家發明專利和國家實用新型專利2項專利資格。

11 總結和下一步打算

經過小組活動及多次改進后成功研制新型專用工具，且取得了良好的經濟效益，實現了降本增效，降低了勞動強度，提高了生產力。本次QC活動既解決了生產中的實際問題，又提高了小組成員分析問題、解決問題的能力，達到了預期的效果。QC小組打算再接再厲計劃明年再創新成果。

王梅

2015-11-14