基于的混凝土预制件驱动装置优化探索

贾海云、黄波、柏杨、彭颖、黄先成公

摘要:混凝土预制构件生产线的驱动装置是生产线循环的基础设备，决定着产品质量和生产效率。然而，典型的驱动装置存在生产和安装成本高、驱动力不稳定、噪音大和过度磨损等问题。通过运用TRIZ创新理论寻找问题的多种解决方案，并利用数字样机手段，利用MSC/Adams和ANSYS软件进行精确计算和比较，确定最佳优化方案，经实际应用取得了良好的效果。

关键词:数字样机；预制混凝土；主动齿轮

介绍

预制混凝土构件在生产线上的流动是由驱动装置驱动的，一条生产线大约需要一百台驱动装置。预制件流通的基本要求是高效稳定，更高的要求是环保降噪。低质量的流通可能会降低预制产品的质量和生产效率。优化驱动装置将直接提高流动质量，从而提高整个生产线的质量。

问题描述

目前主流的驱动装置由固定支架、移动支架、弹簧、减速电机、摩擦轮等部件组成。固定底座与车间地面连接，摩擦轮和减速电机安装在移动底座上。固定座和移动座之间装有弹簧，以弥补从动件与摩擦轮之间间隙的变化，使其紧凑，产生足够的摩擦力。

这种典型结构的问题如表1所示。

原因分析

根据问题描述，初步判断摩擦轮与从动件接触不良，造成偏磨和过度磨损；驱动力输出波动，导致驱动不稳定；整体结构复杂，安装调整大。为了找到问题的根源，还需要进一步的详细分析。

为了研究方便，设置了一个三轴坐标系，其中模台流向为X轴，垂直地面方向为Y轴，摩擦轮轴向为Z轴(如图1)。

由于结构特点，从X轴方向来看，由于负载与支架的位置关系，从动件对摩擦轮的压力会使摩擦轮的轴倾斜，导致摩擦轮与从动件的接触面积减小，从而降低驱动效果，使摩擦轮过度磨损。

从Y轴方向看，由于整体刚性，驱动力的反作用力会使摩擦轮的轴绕Y轴旋转，产生驱动力在Z轴方向的分量，以及摩擦轮与被驱动部分之间的滑动摩擦，这是驱动力不稳定、噪音过大的主要原因。

借助数字样机工具，反馈问题产生的原因和生产过程会更加直观和准确。在MSC/Adams软件中，采用刚柔耦合的方法，根据实际工况，得出以下结论。

1.摩擦轮工作时，会在Z轴方向平移，工作平稳时平移量在1.85mm左右。

2.摩擦轮工作时会绕X轴偏转，平稳工作时偏转角度在1.03°左右。

3.摩擦轮工作时会绕Y轴偏转，平稳工作时偏转角度约为0.63°。

在ANSYS软件中，经过静力加载计算，结构局部应力在150MPa以上，局部位移在1mm左右(图6)，结构整体刚度较差。

可以看出，计算结果与理论推断完全一致，驱动装置的结构刚度、支撑点和结构复杂程度存在较大问题，需要改进。

解决问题

运用TRIZ创新理论解决问题，经过因果分析、系统切割、物场分析、矛盾分析，得出如表2所示的方案。经过评估，选出第三、第八、第九方案，通过整合得出最佳方案。

最后，该方案优化了整体支撑位置，取消了固定支架，在现有结构导向装置上安装了活动支架，将活动支架的弯曲结构改为单板厚板结构，提高了局部刚度和工艺性。

实施效果

优化后的驱动装置已在100多条预制生产线上批量实施。根据质量跟踪反馈，新结构完全消除了速度波动因素，运行平稳无打滑。运行中无噪音(低于工厂背景噪音)；减少磨损，延长设备使用寿命3倍；减少30%的装配和安装调整；减少30%的钢材损耗。

综上所述，新方案在构件生产效率、备件损耗、节能环保、降低劳动强度等方面效果良好，是预制混凝土生产线一次成功的技术革新。

参考资料:

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编辑/范李星