基于TRIZ的混凝土預制件驅動裝置優(yōu)化探索

賈海云　黃勃　楊波　彭英　黃獻　程功

摘? ?要：預制混凝土件生產(chǎn)線的驅動裝置，是生產(chǎn)線流轉的基礎設備，其決定著產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。但是，典型的驅動裝置存在生產(chǎn)和安裝成本高、驅動力不穩(wěn)定、運行噪音大、過度磨損等問題。利用TRIZ創(chuàng)新理論尋找解決問題的多種方案，并且利用數(shù)字化樣機手段，應用MSC/Adams及ANSYS軟件進行精確計算和對比后，確定了最佳優(yōu)化方案，在實際應用后取得了很好的效果。

關鍵詞：數(shù)字化樣機;預制混凝土;驅動裝置

引言

預制混凝土件在生產(chǎn)線上的流轉是由驅動裝置驅動的，一條生產(chǎn)線需要一百臺左右的驅動裝置。預制件流轉時的基本要求是高效、平穩(wěn)，更高的要求是環(huán)保、底噪。低品質的流轉可能會降低預制件成品的品質、降低生產(chǎn)效率。優(yōu)化驅動裝置，將直接提升流轉品質，從而提升整個生產(chǎn)線的品質。

問題描述

目前主流的驅動裝置，由固定支座、運動支座、彈簧、減速電機、摩擦輪等零件構成。固定底座與廠房地面相連，摩擦輪與減速電機一起安裝在運動底座上。在固定底座與運動底座之間安設彈簧，從而彌補被驅動件與摩擦輪之間的間隙變化使其壓緊產(chǎn)生足夠的摩擦力。

這種典型結構存在的問題如表1。

原因分析

根據(jù)問題描述，初步判斷為摩擦輪與被驅動件的接觸不良，因此產(chǎn)生偏磨和過度磨損;驅動力輸出有波動，因此產(chǎn)生驅動不穩(wěn);整體結構較復雜，因此安裝調節(jié)量較大。為了找到問題的根本原因，需要進一步詳細分析。

為了研究方便，設立一個三軸坐標系，模臺流轉方向為X軸，垂直地面方向為Y軸，摩擦輪的軸向為Z軸（如圖1）。

由于結構特點，從X軸方向看，由于載荷與支撐的位置關系，被驅動件對摩擦輪的壓力將使摩擦輪的軸產(chǎn)生傾斜，導致摩擦輪與被驅動件接觸面積減少，從而降低了驅動效果，使摩擦輪過度磨損。

從Y軸方向看，由于整體剛性影響，驅動力的反力將使摩擦輪的軸產(chǎn)生繞Y軸的旋轉，導致驅動力產(chǎn)生Z軸方向的分力，摩擦輪與被驅動件產(chǎn)生滑動摩擦，這是驅動力不穩(wěn)定、噪音過大的主要原因。

借助數(shù)字化樣機工具，將能更直觀和精確地反饋問題原因和產(chǎn)生過程。在MSC/Adams軟件中，利用剛柔耦合方法，按照實際工況加載，得出如下結論。

1、摩擦輪在工作中，會產(chǎn)生Z軸方向平移，平穩(wěn)工作時平移量約1.85mm

2、摩擦輪在工作中，會產(chǎn)生繞X軸偏轉，平穩(wěn)工作時偏轉角度約1.03°

3、摩擦輪在工作中，會產(chǎn)生繞Y軸偏轉，平穩(wěn)工作時偏轉角度約0.63°。

在ANSYS軟件中，經(jīng)過靜力加載計算，結構局部應力達到150MPa以上，局部位移約1mm（圖6），結構整體剛性較差。

由此可見，計算結果與理論推斷完全吻合，驅動裝置在結構剛性、受力支撐點以及結構復雜度方面均存在較大問題，需要改進。

解決問題

利用TRIZ創(chuàng)新理論解決問題的方法，經(jīng)過因果分析、系統(tǒng)裁剪、物場分析、矛盾分析后，得出如表2的方案，再經(jīng)過評價，選出第3、8、9項方案，整合得出最佳方案。

最終方案優(yōu)化了整體支撐位置，取消了固定支架，將活動支架安裝在已有的結構導向裝置上，把活動支架的折彎結構改為單板厚板結構，改善了局部剛性和制造性。

實施效果

優(yōu)化方案的驅動裝置，已經(jīng)在超過100條預制構件生產(chǎn)線批量實施，根據(jù)質量跟蹤反饋意見，新結構徹底消除了速度波動因素，運行平穩(wěn)不打滑;運行無噪音（低于工廠背景噪音）;減少磨損延長了設備壽命3倍;減少裝配與安裝調整量30%;減少鋼材損耗30%。

綜上所述，新方案在構件生產(chǎn)效率、備件損耗、節(jié)能環(huán)保、降低勞動強度等方面均有很好的效果，是對預制混凝土生產(chǎn)線一次成功的技術革新。

參考文獻：

[1]根里奇.阿奇舒勒.創(chuàng)新算法：TRIZ、系統(tǒng)創(chuàng)新和技術創(chuàng)造力[M]. 華中科技大學出版社，2008.

[2]陳曉曦，王玥琳，CHENXiao-xi，et al.數(shù)字化樣機技術在機械系統(tǒng)設計中的應用[J].天津職業(yè)技術師范大學學報，2008，18（2）：33-36.

[3]Liu J Y ， Lu H . Rigid-flexible coupling dynamics of three-dimensional hub-beams system[J]. Multibody System Dynamics， 2007，18（4）：487-510.

[4]劉子賡.預制混凝土構件循環(huán)生產(chǎn)線工藝布局設計[J].天津建設科技，2014，24（5）：79-80.

責編/樊力行