基于創(chuàng)新理論的叉車液壓油箱呼吸器改進(jìn)

朱節(jié)霞　徐家祥

【摘 要】闡述了通過應(yīng)用創(chuàng)新理論分析和解決工程實(shí)際問題——叉車液壓油箱呼吸器漏油問題，并具體說明了改進(jìn)方案的原理。

【關(guān)鍵詞】TRIZ；六西格瑪；液壓油箱呼吸器；滲漏

叉車是一種用于物料搬運(yùn)的工業(yè)車輛，需要在有限的空間內(nèi)完成物料的搬運(yùn)工作，這就要求叉車的載重量要大，而車輛的車身體積及轉(zhuǎn)彎半徑則越小越好，從而增加叉車搬運(yùn)貨物過程中的靈活性，故叉車的液壓油箱在設(shè)計(jì)時(shí)的容積也受到車輛體積的限制，普通工業(yè)液壓系統(tǒng)液壓油箱的體積是按照液壓系統(tǒng)最大流量的3～5倍進(jìn)行設(shè)計(jì)，而這一數(shù)值在叉車液壓油箱設(shè)計(jì)值只能是0.5～1倍，所以叉車的液壓系統(tǒng)熱平衡液壓油溫相對(duì)于普通工業(yè)液壓系統(tǒng)的熱平衡液壓油溫偏高；同時(shí)因?yàn)槿莘e受限，又導(dǎo)致了叉車液壓油箱的液位較高，油箱中熱交換的空氣體積受限，而叉車的靈活性，又會(huì)導(dǎo)致叉車液壓油箱中的油液因慣性在油箱中晃動(dòng)。叉車液壓油箱呼吸器作為叉車液壓油箱上唯一溝通油箱內(nèi)外空氣的通道，一般通用結(jié)構(gòu)的呼吸器結(jié)構(gòu)在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)液壓油從呼吸器處泄漏的現(xiàn)象。

TRIZ理論的優(yōu)點(diǎn)在于不回避產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的工程矛盾，不采取折中矛盾或者妥協(xié)設(shè)計(jì)的做法，而強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是完全解決矛盾，并最終以最低成本，最小的缺陷而獲得最理想的產(chǎn)品性能。

應(yīng)用TRIZ理論解決叉車液壓油箱呼吸器滲漏的思路：首先進(jìn)行的是系統(tǒng)問題的描述，定義技術(shù)系統(tǒng)名稱及其功能，然后通過叉車液壓呼吸器的組件分析，找到系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，通過分析系統(tǒng)中的矛盾，辨別矛盾類型是屬于技術(shù)矛盾還是物理矛盾，再使用對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新原理尋找問題解決方案，或者是通過物場分析法，建立物場模型，再通過物場分析后應(yīng)用76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解法尋找實(shí)現(xiàn)解決問題的方法。本文是通過物場分析的方法結(jié)合叉車液壓油箱呼吸器滲漏的工程問題進(jìn)行的創(chuàng)新改進(jìn)，以下是使用創(chuàng)新方法解決問題的過程，最后結(jié)合六西格瑪進(jìn)行方案驗(yàn)證，從而獲得最優(yōu)的解決方案。

首先，根據(jù)TRIZ解題流程進(jìn)行叉車液壓油箱呼吸器滲漏的問題描述：當(dāng)液壓油溫較高時(shí)，液壓油箱內(nèi)的空氣中所含液壓油蒸發(fā)出的液滴數(shù)量增加，在呼吸器呼出油箱內(nèi)的氣體時(shí)，空氣中的部分油液顆粒在濾芯上吸附并沿著濾芯下流后經(jīng)下蓋流到油箱外，污染環(huán)境及車體；更糟糕的是若不及時(shí)檢查液位還有可能因?yàn)橛拖涮澯投斐梢簤罕脫p壞。

其次，叉車液壓油箱呼吸器組件分析，明確了叉車液壓油箱呼吸器各結(jié)構(gòu)組件之間存在的有用、有害功能和不足、過度的功能，發(fā)現(xiàn)滲漏的主要原因有三個(gè)方面：1.液壓油箱內(nèi)空氣中的液壓油滴含量過高；2.液壓油箱中的空氣中的油氣在接觸濾芯前沒有得到有效的氣液分離；3濾芯過濾后的油液通過下端蓋沉積后流出了油箱。

根據(jù)組件分析的結(jié)果再通過對(duì)各個(gè)主要原因進(jìn)行進(jìn)一步的因果分析，得出幾種主要原因的根本原因：1.車輛體積受限，導(dǎo)致液壓油箱容積受限，同時(shí)液壓系統(tǒng)效率低，導(dǎo)致油溫過高，導(dǎo)致液壓油箱內(nèi)空氣中的液壓油滴含量過高（空氣中液壓油液滴含量過度）；2.油箱中的含有大量液壓油滴的空氣在和濾芯接觸前只是通過套管直接引流至濾芯，沒有很好的得到油氣分離（油氣分離功能不足）；3。濾芯上分離出的油液在下端蓋上沉積，流出油箱，其主要原因是濾芯的位置高度等于了下端蓋的上端面（防濾芯沉積出油液流出的功能缺失）。通過上述分析，再結(jié)合實(shí)際，選擇原因2和原因3作為問題解決的入手點(diǎn)。

運(yùn)用TRIZ理論中的物場模型分析出叉車液壓油箱泄漏的原因2，建立原物場模型，發(fā)現(xiàn)模型的種類屬于效應(yīng)不足的完整模型，即組成物場的元素齊全，功能體現(xiàn)不足。根據(jù)物場分析結(jié)果選用標(biāo)準(zhǔn)解中的第二類，即增強(qiáng)物場模型，選用其中子類2.1的轉(zhuǎn)化成復(fù)雜的物場模型中標(biāo)準(zhǔn)解法2.1.2雙物場模型，形成了如圖2中改進(jìn)的物場模型，增加擋油片來增強(qiáng)系統(tǒng)的油氣分離能力。在套管內(nèi)增加兩個(gè)擋油片，兩個(gè)擋油片上的開孔為錯(cuò)位布置，用來改變液壓油箱呼出的氣流方向，利用油氣中液滴的慣性大于氣體的慣性，在改變氣流方向時(shí)，液滴由于慣性撞擊在擋板上，并在擋板上聚集，最后形成液壓油流體回油箱，從而實(shí)現(xiàn)油氣的進(jìn)一步分離，增強(qiáng)叉車液壓油箱呼吸器系統(tǒng)對(duì)油氣的分離能力，最后通過進(jìn)化理論的單雙多進(jìn)化路線，優(yōu)化擋油片結(jié)構(gòu)為慣性分離擋片和聚成濾網(wǎng)擋片。聚成濾網(wǎng)擋片可通過絲網(wǎng)吸附作用對(duì)氣體中的液壓油液滴進(jìn)行分離，而慣性分離擋片和聚成濾網(wǎng)擋片之間行程的迷宮，可通過慣性力進(jìn)一步對(duì)油氣進(jìn)行分離。

運(yùn)用TRIZ理論中的物場模型分析叉車液壓油箱泄漏的原因3，建立原物場模型，發(fā)現(xiàn)模型的種類屬于不完整的系統(tǒng)模型，即組成物場的元素不全，缺場或者缺物質(zhì)。根據(jù)物場分析結(jié)果選用標(biāo)準(zhǔn)解中的第一類，即建立或拆卸物場模型，選用其中子類1.1的建立的物場模型中標(biāo)準(zhǔn)解法1.1.2內(nèi)部合成物場模型，形成改進(jìn)的完整物場模型，在上蓋和下端蓋上增加擋油環(huán)來阻擋從濾芯上分離出的油液外流，避免呼吸器濾芯上吹出的液滴被氣流帶出液壓油箱呼吸器，濾芯上沉積的油液可通過下端蓋的內(nèi)部孔和套管回流到液壓油箱。

最后通過六西格瑪按用戶工況進(jìn)行模擬驗(yàn)證，對(duì)增加不同數(shù)量的分離擋片和聚成濾網(wǎng)擋片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，六西格瑪通過科學(xué)的結(jié)論分析，證實(shí)方案的可行性及達(dá)到改進(jìn)目的最佳方案成本。

利用TRIZ結(jié)合六西格瑪?shù)玫降慕鉀Q叉車液壓油箱呼吸器滲漏的該方案已應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)品中，解決了油箱呼吸器滲漏的老問題，為提高公司產(chǎn)品的質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。從TRIZ的中的到的解決方案還有許多，通過六西格瑪分析比對(duì)，本文中所述方案是眾多使用TRIZ獲得的方案中理想度比較好的方案，改進(jìn)成本低且解決問題的效果好。

通過TRIZ理論結(jié)合六西格瑪在本案例的應(yīng)用，對(duì)呼吸器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，解決了工程的實(shí)際問題，TRIZ理論解決問題的關(guān)鍵在于建立問題模型，通過 TRIZ理論中的組件分析與因果分析能幫助設(shè)計(jì)人員迅速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的主要問題并提供解決問題相對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新原理，結(jié)合六西格瑪進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)工程實(shí)際問題的解決有著非常有效的指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]譚潤華.創(chuàng)新設(shè)計(jì)—TRIZ發(fā)明問題解決理論.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]關(guān)景泰.機(jī)電液控制技術(shù).上海： 同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.2.

[3]譚潤華.發(fā)明問題解決理論.北京：科學(xué)出版社，2004.

[4]檀榮華.創(chuàng)新設(shè)計(jì)-TRIZ.發(fā)明問題解決理論[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[5]高常青，黃克正，馬飛，TRIZ理論在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工藝與設(shè)備，2005.

[責(zé)任編輯：張濤]