基于創(chuàng)新理論的叉車液壓油箱呼吸器改進

朱節(jié)霞　徐家祥

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

【關鍵詞】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的工業(yè)車輛，需要在有限的空間內完成物料的搬運工作，這就要求叉車的載重量要大，而車輛的車身體積及轉彎半徑則越小越好，從而增加叉車搬運貨物過程中的靈活性，故叉車的液壓油箱在設計時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倍進行設計，而這一數值在叉車液壓油箱設計值只能是0.5～1倍，所以叉車的液壓系統(tǒng)熱平衡液壓油溫相對于普通工業(yè)液壓系統(tǒng)的熱平衡液壓油溫偏高；同時因為容積受限，又導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，又會導致叉車液壓油箱中的油液因慣性在油箱中晃動。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外空氣的通道，一般通用結構的呼吸器結構在使用過程中經常會出現(xiàn)液壓油從呼吸器處泄漏的現(xiàn)象。

TRIZ理論的優(yōu)點在于不回避產品設計中的工程矛盾，不采取折中矛盾或者妥協(xié)設計的做法，而強調設計的目標是完全解決矛盾，并最終以最低成本，最小的缺陷而獲得最理想的產品性能。

應用TRIZ理論解決叉車液壓油箱呼吸器滲漏的思路：首先進行的是系統(tǒng)問題的描述，定義技術系統(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矛盾還是物理矛盾，再使用對應的創(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用76個標準解法尋找實現(xiàn)解決問題的方法。本文是通過物場分析的方法結合叉車液壓油箱呼吸器滲漏的工程問題進行的創(chuàng)新改進，以下是使用創(chuàng)新方法解決問題的過程，最后結合六西格瑪進行方案驗證，從而獲得最優(yōu)的解決方案。

首先，根據TRIZ解題流程進行叉車液壓油箱呼吸器滲漏的問題描述：當液壓油溫較高時，液壓油箱內的空氣中所含液壓油蒸發(fā)出的液滴數量增加，在呼吸器呼出油箱內的氣體時，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下蓋流到油箱外，污染環(huán)境及車體；更糟糕的是若不及時檢查液位還有可能因為油箱虧油而造成液壓泵損壞。

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構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方面：1.液壓油箱內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。

根據組件分析的結果再通過對各個主要原因進行進一步的因果分析，得出幾種主要原因的根本原因：1.車輛體積受限，導致液壓油箱容積受限，同時液壓系統(tǒng)效率低，導致油溫過高，導致液壓油箱內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，再結合實際，選擇原因2和原因3作為問題解決的入手點。

運用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。根據物場分析結果選用標準解中的第二類，即增強物場模型，選用其中子類2.1的轉化成復雜的物場模型中標準解法2.1.2雙物場模型，形成了如圖2中改進的物場模型，增加擋油片來增強系統(tǒng)的油氣分離能力。在套管內增加兩個擋油片，兩個擋油片上的開孔為錯位布置，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，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，從而實現(xiàn)油氣的進一步分離，增強叉車液壓油箱呼吸器系統(tǒng)對油氣的分離能力，最后通過進化理論的單雙多進化路線，優(yōu)化擋油片結構為慣性分離擋片和聚成濾網擋片。聚成濾網擋片可通過絲網吸附作用對氣體中的液壓油液滴進行分離，而慣性分離擋片和聚成濾網擋片之間行程的迷宮，可通過慣性力進一步對油氣進行分離。

運用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。根據物場分析結果選用標準解中的第一類，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準解法1.1.2內部合成物場模型，形成改進的完整物場模型，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行模擬驗證，對增加不同數量的分離擋片和聚成濾網擋片進行數據分析，六西格瑪通過科學的結論分析，證實方案的可行性及達到改進目的最佳方案成本。

利用TRIZ結合六西格瑪得到的解決叉車液壓油箱呼吸器滲漏的該方案已應用到實際的產品中，解決了油箱呼吸器滲漏的老問題，為提高公司產品的質量做出了貢獻。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，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，改進成本低且解決問題的效果好。

通過TRIZ理論結合六西格瑪在本案例的應用，對呼吸器結構的改進，解決了工程的實際問題，TRIZ理論解決問題的關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計人員迅速發(fā)現(xiàn)設計中的主要問題并提供解決問題相對應的創(chuàng)新原理，結合六西格瑪進行試驗驗證，對工程實際問題的解決有著非常有效的指導意義。

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