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關(guān)鍵詞:雙鋼輪壓路機(jī);TRIZ;振動(dòng)烈度
1 技術(shù)背景
目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的全液壓雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)大部分配置駕駛室,起到冬暖夏涼的作用。一般采用三級(jí)減振設(shè)計(jì):第一級(jí)減振來(lái)自于鋼輪和前后車架的減振器,第二級(jí)減振來(lái)自于車架和駕駛室之間的減振器,第三級(jí)減振來(lái)自于機(jī)械懸浮式駕駛座椅。
根據(jù)2014年華北、華南、華中三個(gè)大區(qū)的所有品牌雙鋼輪壓路機(jī)的客戶使用調(diào)研報(bào)告,操作手普遍反映駕駛室內(nèi)振動(dòng)較大,連續(xù)施工一天感覺(jué)很疲憊。眾所周知,雙鋼輪壓路機(jī)最主要工作裝置是振動(dòng)輪,振動(dòng)輪的激振裝置產(chǎn)生圓周方向的a激振力,促使振動(dòng)輪振動(dòng)。振幅越大,壓實(shí)瀝青層厚度越大。在振動(dòng)輪、駕駛室、座椅等三級(jí)隔振裝置保持不變的情況下,振動(dòng)輪的振動(dòng)加速度越大,駕駛室的振動(dòng)也越大,駕駛室舒適性就越差。這就是振動(dòng)壓路機(jī)行業(yè)內(nèi)普遍存在一個(gè)問(wèn)題盾,同時(shí)兩個(gè)鋼輪存在頻率差,雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)或大或小存在拍振現(xiàn)象,這也會(huì)影響駕駛室舒適性。
2 問(wèn)題分析
既要鋼輪振動(dòng)較大,又要駕駛室內(nèi)振動(dòng)盡量小,這就是本技術(shù)問(wèn)題的矛盾所在。目前解決振動(dòng)壓路機(jī)這個(gè)主要矛盾的措施就是增加隔振裝置。理論計(jì)算并選型的鋼輪隔振裝置和駕駛室隔振裝置的傳遞率均≤10%,但是由于鋼輪激振力心的偏差、每個(gè)減振器的個(gè)體差異、車架和駕駛室的制造誤差以及焊接變形、車架和駕駛室重心偏差、裝配誤差等因素的影響,實(shí)際測(cè)試的傳遞率很多位置均大于10%,如表1所示。
表1 樣機(jī)改進(jìn)前駕駛室減振器振動(dòng)傳遞率
根據(jù)對(duì)4X4組安裝了不同個(gè)體的同型號(hào)減振器的駕駛室減振效果進(jìn)行測(cè)試,并得出結(jié)論:駕駛室底部四個(gè)減振器的壓縮量不一致是導(dǎo)致減振效果差的主要原因之一。
目前采用的工藝方法是將車架四個(gè)安裝平板銑加工保證平面度在0.6mm以內(nèi),同時(shí)采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量駕駛室底部安裝面高度差用于增減調(diào)整墊。車架寬度1950mm,前后1140mm,需要用大型鏜銑中心加工。單臺(tái)銑加工成本約450元(包括工人工時(shí)和設(shè)備工時(shí)),見圖1和圖2。加工成本較高。
裝配班在裝配駕駛室之前,需用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量每臺(tái)前車架減振器安裝面的高度差,見圖3,需要2個(gè)工時(shí),生產(chǎn)效率低下。
圖1 車架銑加工
圖2 加工后的減振器安裝平面
圖3 三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量安裝面高度差
3 TRIZ模型建立和求解過(guò)程
根據(jù)TRIZ理論,解決發(fā)明問(wèn)題的核心是克服沖突。TRIZ中沖突解決原理是在分析全世界大量專利的基礎(chǔ)上提出的。通過(guò)多年的研究、分析、比較,G.S.Altshuller提出了沖突矩陣,該矩陣將描述技術(shù)沖突的39個(gè)工程參數(shù)與40條發(fā)明原理建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系,很好地解決了設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇發(fā)明原理的難題。
參考39個(gè)工程參數(shù),可將目前振動(dòng)壓路機(jī)駕駛室減振問(wèn)題的工藝方法歸納為三組技術(shù)沖突,并查閱沖突矩陣獲得對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理,如表2所示。
將抽象的發(fā)明原理具體為工程解:
1)利用分割原理:將原駕駛室底部安裝四個(gè)減振器的底板與駕駛室分離,變成裝配結(jié)構(gòu)。同時(shí)將車架上安裝四個(gè)減振器的車架板形成一個(gè)整體并與車架分離,變成一個(gè)裝配結(jié)構(gòu)。單獨(dú)加工這兩個(gè)上下安裝板,形成備選方案一。
2)更進(jìn)一步地利用分割原理,將功能與結(jié)構(gòu)分割。車架只保留安裝減振器的功能,采用專用的等高裝配工裝實(shí)現(xiàn)壓縮量一致的功能。形成備選方案二。
3)利用機(jī)械系統(tǒng)的替代原理:橡膠減振器制造一致性較差,根據(jù)本原理,選用液壓減振器,完成對(duì)原減振系統(tǒng)的替代。形成備選方案三。
4)利用預(yù)操作原理:為消除駕駛室底部安裝面和車架安裝面的焊接變形產(chǎn)生的誤差,在裝配之間就在壓縮量小的減振器處增加調(diào)整墊片。同時(shí)應(yīng)用分割原理,將原不同厚度的調(diào)整墊分割成同一厚度0.5mm,形成備選方案四。
5)根據(jù)TRIZ資源分析理論:利用場(chǎng)資源中的超系統(tǒng)資源―駕駛座椅,保持現(xiàn)有駕駛室減振系統(tǒng)不變,駕駛室減振器和車架上減振器安裝面不予加工。在駕駛室座椅機(jī)械結(jié)構(gòu)下方增加一級(jí)減振,或者選用帶阻尼減振的座椅。形成備選方案5。
4 最終解決方案
結(jié)合工程機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)、制造、工藝能力與現(xiàn)狀,對(duì)備選方案形成解的評(píng)價(jià),如表3所示。
表3 備選方案評(píng)價(jià)表
圖4 裝配工裝
綜合評(píng)價(jià),最終解決方案采用方案一和方案四的組合,采用專利設(shè)計(jì)的減振器等高裝配工裝,見圖4。裝配前在駕駛室4個(gè)減振器安裝位置各放置一個(gè)工裝,三點(diǎn)共面,那么在第4個(gè)工裝處增加相應(yīng)的調(diào)整墊片。調(diào)整墊片分為0.1mm、0.2mm、0.5mm和1mm四種,這樣既可保證4個(gè)減振器壓縮量的最大誤差為0.1mm。
5 實(shí)施效果
將以上最終解決方案應(yīng)用于STR130雙鋼輪壓路機(jī),并在東常高速公路路面3標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比工地測(cè)試,該樣機(jī)駕駛室減振效果達(dá)到良好級(jí),振動(dòng)烈度從9.08mm/s提升至1.04mm/s,行業(yè)領(lǐng)先,超過(guò)國(guó)際知名壓路機(jī)品牌。如表4和表5所示。
單臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)節(jié)約制造成本500元,按年產(chǎn)量300臺(tái)計(jì)算,為公司節(jié)省成本15萬(wàn)元/年。同時(shí)節(jié)省了一臺(tái)車架加工專用機(jī)床,成本約50萬(wàn)。
表4 STR130雙鋼輪壓路機(jī)駕駛室振動(dòng)烈度測(cè)試(單位:mm/s)
表5 某國(guó)外品牌雙鋼輪壓路機(jī)駕駛室振動(dòng)烈度測(cè)試(單位:mm/s)(單位:mm/s)
參考文獻(xiàn)
[1] 檀潤(rùn)華. TRIZ及應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程與方法 第1版 北京:高等教育出版社 2010