李燕

（浙江工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,浙江 杭州 310006）

基于TRIZ理論的內(nèi)燃叉車優(yōu)化設(shè)計(jì)

李燕

（浙江工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,浙江 杭州 310006）

供能系統(tǒng)是叉車的重要工藝參數(shù)和選擇叉車的指標(biāo)，也是叉車設(shè)計(jì)制造中重要的技術(shù)沖突。通過TRIZ理論的沖突解決原理，進(jìn)行內(nèi)燃叉車優(yōu)化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，并與目前使用或研究的先進(jìn)技術(shù)相佐證，說明TRIZ理論在內(nèi)燃叉車優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用中的有效性，同時(shí)為之后的創(chuàng)新提供參考依據(jù)。

內(nèi)燃叉車;TRIZ;沖突解決原理;供能系統(tǒng)

1 引言

叉車作為一種搬運(yùn)機(jī)械，是實(shí)現(xiàn)物流機(jī)械化作業(yè)，降低工人搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率的主要工具。其中，內(nèi)燃叉車以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力，其功率強(qiáng)勁、適用范圍廣，在世界范圍內(nèi)，占叉車銷量的60%左右（國(guó)內(nèi)80%左右）。由于作業(yè)環(huán)境較惡劣以及運(yùn)行成本的影響等因素的影響，我國(guó)的叉車需求仍傾向于使用內(nèi)燃叉車。目前叉車多用于倉儲(chǔ)物流中心室內(nèi)搬運(yùn)及室外貨車裝卸作業(yè)，國(guó)內(nèi)的叉車需求主要以3-5t內(nèi)燃叉車為主。

2 TRIZ理論概述

TRIZ是俄文發(fā)明問題解決理論單詞的詞頭縮寫，英文縮寫為TIPS（theory of inventive problem solving），是前蘇聯(lián)G.S. Altshuller等人通過50年來對(duì)世界上近250萬個(gè)專利進(jìn)行研究所創(chuàng)立的解決復(fù)雜技術(shù)問題的技術(shù)創(chuàng)新一般規(guī)律及其解決方法。其目的是研究人類在發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學(xué)原理、方法和規(guī)律。建立了一個(gè)有解決技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系，簡(jiǎn)稱TRIZ，其中包含多種分析方法和工具，主要包括沖突、技術(shù)參數(shù)、創(chuàng)造性原理、矛盾矩陣、沖突問題的結(jié)構(gòu)表示、物質(zhì)-場(chǎng)模型、TRIZ算法等內(nèi)容。

TRIZ核心之一就是對(duì)沖突的解決。沖突問題的本質(zhì)是功能之間出現(xiàn)沖突造成的，即產(chǎn)品是功能的實(shí)現(xiàn)，TRIZ中沖突的解決都是基于這點(diǎn)的。

TRIZ主要研究技術(shù)沖突與物理沖突。技術(shù)沖突是指一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，也可指有用作用的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)子系統(tǒng)變壞。物理沖突是指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，一個(gè)子系統(tǒng)好元件應(yīng)具有的一種特征，但同時(shí)出現(xiàn)了與該特性相反的特性。

技術(shù)參數(shù)是TRIZ理論通過抽象得出的描述沖突的參數(shù)。發(fā)明原理是TRIZ理論通過對(duì)全世界專利分析研究的基礎(chǔ)上得出的解決技術(shù)沖突的關(guān)鍵，共40條發(fā)明原理，對(duì)指導(dǎo)人們的發(fā)明創(chuàng)造具有主要的作用。使用TRIZ理論，通過對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行抽象及模型化，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員應(yīng)用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法，得出相應(yīng)的解決方案，節(jié)約大量試驗(yàn)和探索時(shí)間，并引導(dǎo)人們探索新技術(shù)。

3 現(xiàn)有內(nèi)燃叉車設(shè)計(jì)制造中沖突問題的建立

叉車是指對(duì)成件托盤貨物進(jìn)行裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車輛，又稱為工業(yè)車輛，屬于物料搬運(yùn)機(jī)械。廣泛應(yīng)用于車站、港口、機(jī)場(chǎng)、工廠、倉庫等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，是機(jī)械化裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸?shù)母咝гO(shè)備。叉車主要由①供能系統(tǒng)，即動(dòng)力裝置，如內(nèi)燃機(jī)和蓄電池-電動(dòng)機(jī)等；②傳動(dòng)裝置，分為機(jī)械、液力和液壓傳動(dòng)裝置；③轉(zhuǎn)向裝置，如轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向拉桿等；④工作裝置，即門架；⑤液壓系統(tǒng)和制動(dòng)裝置五部分組成，。

根據(jù)使用燃料不同，內(nèi)燃叉車又分為柴油叉車、汽油叉車和液化石油氣叉車。內(nèi)燃叉車相比于電動(dòng)叉車而言荷載能力大、穩(wěn)定性好，但同時(shí)帶來的問題是叉車體積較大，振動(dòng)及噪音大，排氣污染環(huán)境等，這些主要是由于使用的供能系統(tǒng)不同造成的。

即使同是內(nèi)燃叉車，也根據(jù)使用柴油、汽油、液化石油氣的不同，對(duì)于整個(gè)叉車的動(dòng)力、振動(dòng)、噪音、排氣量等都有不同的影響。因此，供能系統(tǒng)是叉車的一種沖突。

根據(jù)TRIZ理論，可以將上述沖突描述成如圖1所示的物質(zhì)-場(chǎng)功能分析模型。

根據(jù)上述分析，在以叉車供能系統(tǒng)場(chǎng)為對(duì)象場(chǎng)的情況下，應(yīng)改善叉車體積、操作穩(wěn)定性、排氣量等特征，消除噪音、振動(dòng)等消極特征。即存在著叉車動(dòng)力與體積、操作穩(wěn)定性、噪音、振動(dòng)和排氣量之間的技術(shù)沖突。將上述涉及參數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)進(jìn)行描述，即可建立供能系統(tǒng)引起標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)的改善和惡化，見表1。

4 基于TRIZ的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

沖突問題解決原理是TRIZ理論的創(chuàng)新核心。通過問題分析將沖突用39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)來描述,并分別表示為要改善的問題和會(huì)惡化的問題。通過對(duì)人類在發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學(xué)原理、方法和規(guī)律的分析和歸納，總結(jié)出40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，并通過沖突矩陣，來建立問題與標(biāo)準(zhǔn)解之間的關(guān)系。

通過沖突矩陣，可得到?jīng)_突的標(biāo)準(zhǔn)解，見表2。

對(duì)于內(nèi)燃叉車的優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解的含義，可得出可能的改進(jìn)方案見表3。如有現(xiàn)存的內(nèi)燃叉車設(shè)計(jì)思路和產(chǎn)品，也在表3中列出。

在上述可能的改進(jìn)方案中，提供了各種有益于改善叉車整體性能的具體設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)方向，部分工藝和設(shè)計(jì)已應(yīng)用于具體產(chǎn)品，如德國(guó)Deute公司開發(fā)出F913G型叉車專用柴油機(jī)、日本三菱4E2發(fā)動(dòng)機(jī)、日本MH型橡膠墊、國(guó)產(chǎn)JG型減震墊、意大利Fantuzzi起重量28和38噸的叉車、日本豐田、三菱起重量2-3噸的叉車、斗山DG30內(nèi)燃平衡重式叉車等，進(jìn)一步驗(yàn)證了TRIZ方法在內(nèi)燃叉車優(yōu)化設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用。

5 結(jié)束語

大型叉車產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高、研制與生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、投資大、市場(chǎng)容量有限等。供能系統(tǒng)是整個(gè)叉車結(jié)構(gòu)和功能中的重要參數(shù)，也是一個(gè)重要的沖突問題。通過TRIZ對(duì)內(nèi)燃叉車設(shè)計(jì)的應(yīng)用和討論可以看出，叉車的發(fā)展方向與設(shè)計(jì)思路與本文所得出的結(jié)論有一定的吻合，可見TRIZ是一種有效的工藝創(chuàng)新方法，并能在相應(yīng)的科學(xué)和技術(shù)支持下，對(duì)叉車的結(jié)構(gòu)和需求的改進(jìn)提出有效的措施。

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Design and Optimization of Internal Combustion Forklift-trucks Based on TRIZ Theory

LI Yan
（School of Mechanical Engineering,ZhejiangUniversityof Technology,Hangzhou 310006,China）

An important parameter and index for the selection and usage of forklift-trucks,the power system is also the field for many technical conflits in the design and manufacture of the trucks.Using the conflict-solution principle of the TRIZ theory,the paper optimizes and innovates the design of internal combustion forklift trucks and,after a comparative analysis with cutting-edge technologies of the field currently in use or under research,demonstrates the effectiveness of the TRIZ theory in the optimization of internal combustion forklift-trucks.

internal combustion forklift-truck;TRIZ;conflict-solution principle;power system

U469.6

A

1005-152X（2011）03-0128-02

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.03.041

2011-01-17

李燕（1990-），浙江杭州人，浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生。