基于创新理论的叉车液压油箱呼吸器改进

朱节霞　徐家祥

【摘 要】阐述了通过应用创新理论分析和解决工程实际问题——叉車液压油箱呼吸器漏油问题，并具体说明了改进方案的原理。

【关键词】TRIZ；六西格玛；液压油箱呼吸器；渗漏

叉车是一种用于物料搬运的工业车辆，需要在有限的空间内完成物料的搬运工作，这就要求叉车的载重量要大，而车辆的车身体积及转弯半径则越小越好，从而增加叉车搬运货物过程中的灵活性，故叉车的液压油箱在设计时的容积也受到车辆体积的限制，普通工业液压系统液压油箱的体积是按照液压系统最大流量的3～5倍进行设计，而这一数值在叉车液压油箱设计值只能是0.5～1倍，所以叉车的液压系统热平衡液压油温相对于普通工业液压系统的热平衡液压油温偏高；同时因为容积受限，又导致了叉车液压油箱的液位较高，油箱中热交换的空气体积受限，而叉车的灵活性，又会导致叉车液压油箱中的油液因惯性在油箱中晃动。叉车液压油箱呼吸器作为叉车液压油箱上唯一沟通油箱内外空气的通道，一般通用结构的呼吸器结构在使用过程中经常会出现液压油从呼吸器处泄漏的现象。

TRIZ理论的优点在于不回避产品设计中的工程矛盾，不采取折中矛盾或者妥协设计的做法，而强调设计的目标是完全解决矛盾，并最终以最低成本，最小的缺陷而获得最理想的产品性能。

应用TRIZ理论解决叉车液压油箱呼吸器渗漏的思路：首先进行的是系统问题的描述，定义技术系统名称及其功能，然后通过叉车液压呼吸器的组件分析，找到系统中的薄弱环节，通过分析系统中的矛盾，辨别矛盾类型是属于技术矛盾还是物理矛盾，再使用对应的创新原理寻找问题解决方案，或者是通过物场分析法，建立物场模型，再通过物场分析后应用76个标准解法寻找实现解决问题的方法。本文是通过物场分析的方法结合叉车液压油箱呼吸器渗漏的工程问题进行的创新改进，以下是使用创新方法解决问题的过程，最后结合六西格玛进行方案验证，从而获得最优的解决方案。

首先，根据TRIZ解题流程进行叉车液压油箱呼吸器渗漏的问题描述：当液压油温较高时，液压油箱内的空气中所含液压油蒸发出的液滴数量增加，在呼吸器呼出油箱内的气体时，空气中的部分油液颗粒在滤芯上吸附并沿着滤芯下流后经下盖流到油箱外，污染环境及车体；更糟糕的是若不及时检查液位还有可能因为油箱亏油而造成液压泵损坏。

其次，叉车液压油箱呼吸器组件分析，明确了叉车液压油箱呼吸器各结构组件之间存在的有用、有害功能和不足、过度的功能，发现渗漏的主要原因有三个方面：1.液压油箱内空气中的液压油滴含量过高；2.液压油箱中的空气中的油气在接触滤芯前没有得到有效的气液分离；3滤芯过滤后的油液通过下端盖沉积后流出了油箱。

根据组件分析的结果再通过对各个主要原因进行进一步的因果分析，得出几种主要原因的根本原因：1.车辆体积受限，导致液压油箱容积受限，同时液压系统效率低，导致油温过高，导致液压油箱内空气中的液压油滴含量过高（空气中液压油液滴含量过度）；2.油箱中的含有大量液压油滴的空气在和滤芯接触前只是通过套管直接引流至滤芯，没有很好的得到油气分离（油气分离功能不足）；3。滤芯上分离出的油液在下端盖上沉积，流出油箱，其主要原因是滤芯的位置高度等于了下端盖的上端面（防滤芯沉积出油液流出的功能缺失）。通过上述分析，再结合实际，选择原因2和原因3作为问题解决的入手点。

运用TRIZ理论中的物场模型分析出叉车液压油箱泄漏的原因2，建立原物场模型，发现模型的种类属于效应不足的完整模型，即组成物场的元素齐全，功能体现不足。根据物场分析结果选用标准解中的第二类，即增强物场模型，选用其中子类2.1的转化成复杂的物场模型中标准解法2.1.2双物场模型，形成了如图2中改进的物场模型，增加挡油片来增强系统的油气分离能力。在套管内增加两个挡油片，两个挡油片上的开孔为错位布置，用来改变液压油箱呼出的气流方向，利用油气中液滴的惯性大于气体的惯性，在改变气流方向时，液滴由于惯性撞击在挡板上，并在挡板上聚集，最后形成液压油流体回油箱，从而实现油气的进一步分离，增强叉车液压油箱呼吸器系统对油气的分离能力，最后通过进化理论的单双多进化路线，优化挡油片结构为惯性分离挡片和聚成滤网挡片。聚成滤网挡片可通过丝网吸附作用对气体中的液压油液滴进行分离，而惯性分离挡片和聚成滤网挡片之间行程的迷宫，可通过惯性力进一步对油气进行分离。

运用TRIZ理论中的物场模型分析叉车液压油箱泄漏的原因3，建立原物场模型，发现模型的种类属于不完整的系统模型，即组成物场的元素不全，缺场或者缺物质。根据物场分析结果选用标准解中的第一类，即建立或拆卸物场模型，选用其中子类1.1的建立的物场模型中标准解法1.1.2内部合成物场模型，形成改进的完整物场模型，在上盖和下端盖上增加挡油环来阻挡从滤芯上分离出的油液外流，避免呼吸器滤芯上吹出的液滴被气流带出液压油箱呼吸器，滤芯上沉积的油液可通过下端盖的内部孔和套管回流到液压油箱。

最后通过六西格玛按用户工况进行模拟验证，对增加不同数量的分离挡片和聚成滤网挡片进行数据分析，六西格玛通过科学的结论分析，证实方案的可行性及达到改进目的最佳方案成本。

利用TRIZ结合六西格玛得到的解决叉车液压油箱呼吸器渗漏的该方案已应用到实际的产品中，解决了油箱呼吸器渗漏的老问题，为提高公司产品的质量做出了贡献。从TRIZ的中的到的解决方案还有许多，通过六西格玛分析比对，本文中所述方案是众多使用TRIZ获得的方案中理想度比较好的方案，改进成本低且解决问题的效果好。

通过TRIZ理论结合六西格玛在本案例的应用，对呼吸器结构的改进，解决了工程的实际问题，TRIZ理论解决问题的关键在于建立问题模型，通过 TRIZ理论中的组件分析与因果分析能帮助设计人员迅速发现设计中的主要问题并提供解决问题相对应的创新原理，结合六西格玛进行试验验证，对工程实际问题的解决有着非常有效的指导意义。

【参考文献】

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[2]关景泰.机电液控制技术.上海： 同济大学出版社，2003.2.

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[责任编辑：张涛]