摘 要：预制混凝土件生产线的驱动装置，是生产线流转的基础设备，其决定着产品质量和生产效率。但是，典型的驱动装置存在生产和安装成本高、驱动力不稳定、运行噪音大、过度磨损等问题。利用TRIZ创新理论寻找解决问题的多种方案，并且利用数字化样机手段，应用MSC/Adams及ANSYS软件进行精确计算和对比后，确定了最佳优化方案，在实际应用后取得了很好的效果。
关键词：数字化样机；预制混凝土；驱动装置
引言
预制混凝土件在生产线上的流转是由驱动装置驱动的，一条生产线需要一百台左右的驱动装置。预制件流转时的基本要求是高效、平稳，更高的要求是环保、底噪。低品质的流转可能会降低预制件成品的品质、降低生产效率。优化驱动装置，将直接提升流转品质，从而提升整个生产线的品质。
问题描述
目前主流的驱动装置，由固定支座、运动支座、弹簧、减速电机、摩擦轮等零件构成。固定底座与厂房地面相连，摩擦轮与减速电机一起安装在运动底座上。在固定底座与运动底座之间安设弹簧，从而弥补被驱动件与摩擦轮之间的间隙变化使其压紧产生足够的摩擦力。
这种典型结构存在的问题如表1。
原因分析
根据问题描述，初步判断为摩擦轮与被驱动件的接触不良，因此产生偏磨和过度磨损；驱动力输出有波动，因此产生驱动不稳；整体结构较复杂，因此安装调节量较大。为了找到问题的根本原因，需要进一步详细分析。
为了研究方便，设立一个三轴坐标系，模台流转方向为X轴，垂直地面方向为Y轴，摩擦轮的轴向为Z轴（如图1）。
由于结构特点，从X轴方向看，由于载荷与支撑的位置关系，被驱动件对摩擦轮的压力将使摩擦轮的轴产生倾斜，导致摩擦轮与被驱动件接触面积减少，从而降低了驱动效果，使摩擦轮过度磨损。
从Y轴方向看，由于整体刚性影响，驱动力的反力将使摩擦轮的轴产生绕Y轴的旋转，导致驱动力产生Z轴方向的分力，摩擦轮与被驱动件产生滑动摩擦，这是驱动力不稳定、噪音过大的主要原因。
借助数字化样机工具，将能更直观和精确地反馈问题原因和产生过程。在MSC/Adams软件中，利用刚柔耦合方法，按照实际工况加载，得出如下结论。
1、摩擦轮在工作中，会产生Z轴方向平移，平稳工作时平移量约1.85mm
2、摩擦轮在工作中，会产生绕X轴偏转，平稳工作时偏转角度约1.03°
3、摩擦轮在工作中，会产生绕Y轴偏转，平稳工作时偏转角度约0.63°。
在ANSYS软件中，经过静力加载计算，结构局部应力达到150MPa以上，局部位移约1mm（图6），结构整体刚性较差。
由此可见，计算结果与理论推断完全吻合，驱动装置在结构刚性、受力支撑点以及结构复杂度方面均存在较大问题，需要改进。
解决问题
利用TRIZ创新理论解决问题的方法，经过因果分析、系统裁剪、物场分析、矛盾分析后，得出如表2的方案，再经过评价，选出第3、8、9项方案，整合得出最佳方案。
最终方案优化了整体支撑位置，取消了固定支架，将活动支架安装在已有的结构导向装置上，把活动支架的折弯结构改为单板厚板结构，改善了局部刚性和制造性。
利用TRIZ创新理论解决问题的方法，经过因果分析、系统裁剪、物场分析、矛盾分析后，得出如表2的方案，再经过评价，选出第3、8、9项方案，整合得出最佳方案。
借助数字化样机工具，得到更精准的优化数据。在MSC/Adams软件中，利用刚柔耦合方法，按照实际工况加载，得出如下结论。
4、摩擦轮在工作中，平稳工作时，Z轴方向平移接近0
最终方案优化了整体支撑位置，取消了固定支架，将活动支架安装在已有的结构导向装置上，把活动支架的折弯结构改为单板厚板结构，改善了局部刚性和制造性。
5、摩擦轮在工作中，X轴偏转明显减小，平稳工作时偏转角度约0.32°。
6、摩擦轮在工作中，绕Y轴偏转明显减小，平稳工作时偏转角度约0.04°
在ANSYS软件中，经过静力加载计算，结构局部应力110MPa，局部位移约0.4mm，结构整体刚性较好。
经过比较可知，基于数字化样机的计算结果，优化方案在各项指标中均大幅超越原方案，预计能够解决所有存在的问题。
实施效果
优化方案的驱动装置，已经在超过100条预制构件生产线批量实施，根据质量跟踪反馈意见，新结构彻底消除了速度波动因素，运行平稳不打滑；运行无噪音（低于工厂背景噪音）；减少磨损延长了设备寿命3倍；减少装配与安装调整量30%；减少钢材损耗30%。
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均有很好的效果，是对预制混凝土生产线一次成功的技术革新。
参考文献：
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责编/樊力行
