基于TRIZ的混凝土預制件驅動裝置優化探索

賈海云　黃勃　楊波　彭英　黃獻　程功

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

關鍵詞：數字化樣機;預制混凝土;驅動裝置

引言

預制混凝土件在生產線上的流轉是由驅動裝置驅動的，一條生產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，更高的要求是環保、底噪。低品質的流轉可能會降低預制件成品的品質、降低生產效率。優化驅動裝置，將直接提升流轉品質，從而提升整個生產線的品質。

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，因此產生偏磨和過度磨損;驅動力輸出有波動，因此產生驅動不穩;整體結構較復雜，因此安裝調節量較大。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生繞Y軸的旋轉，導致驅動力產生Z軸方向的分力，摩擦輪與被驅動件產生滑動摩擦，這是驅動力不穩定、噪音過大的主要原因。

借助數字化樣機工具，將能更直觀和精確地反饋問題原因和產生過程。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，會產生Z軸方向平移，平穩工作時平移量約1.85mm

2、摩擦輪在工作中，會產生繞X軸偏轉，平穩工作時偏轉角度約1.03°

3、摩擦輪在工作中，會產生繞Y軸偏轉，平穩工作時偏轉角度約0.63°。

在ANSYS軟件中，經過靜力加載計算，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創新理論解決問題的方法，經過因果分析、系統裁剪、物場分析、矛盾分析后，得出如表2的方案，再經過評價，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

優化方案的驅動裝置，已經在超過100條預制構件生產線批量實施，根據質量跟蹤反饋意見，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，新方案在構件生產效率、備件損耗、節能環保、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線一次成功的技術革新。

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責編/樊力行