基于TRIZ理論的內燃叉車優化設計

李燕

（浙江工業大學 機械工程學院,浙江 杭州 310006）

基于TRIZ理論的內燃叉車優化設計

李燕

（浙江工業大學 機械工程學院,浙江 杭州 310006）

供能系統是叉車的重要工藝參數和選擇叉車的指標，也是叉車設計制造中重要的技術沖突。通過TRIZ理論的沖突解決原理，進行內燃叉車優化設計的創新，并與目前使用或研究的先進技術相佐證，說明TRIZ理論在內燃叉車優化設計應用中的有效性，同時為之后的創新提供參考依據。

內燃叉車;TRIZ;沖突解決原理;供能系統

1 引言

叉車作為一種搬運機械，是實現物流機械化作業，降低工人搬運勞動強度，提高作業效率的主要工具。其中，內燃叉車以內燃機為動力，其功率強勁、適用范圍廣，在世界范圍內，占叉車銷量的60%左右（國內80%左右）。由于作業環境較惡劣以及運行成本的影響等因素的影響，我國的叉車需求仍傾向于使用內燃叉車。目前叉車多用于倉儲物流中心室內搬運及室外貨車裝卸作業，國內的叉車需求主要以3-5t內燃叉車為主。

2 TRIZ理論概述

TRIZ是俄文發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G.S. Altshuller等人通過50年來對世界上近250萬個專利進行研究所創立的解決復雜技術問題的技術創新一般規律及其解決方法。其目的是研究人類在發明創造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理、方法和規律。建立了一個有解決技術問題，實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系，簡稱TRIZ，其中包含多種分析方法和工具，主要包括沖突、技術參數、創造性原理、矛盾矩陣、沖突問題的結構表示、物質-場模型、TRIZ算法等內容。

TRIZ核心之一就是對沖突的解決。沖突問題的本質是功能之間出現沖突造成的，即產品是功能的實現，TRIZ中沖突的解決都是基于這點的。

TRIZ主要研究技術沖突與物理沖突。技術沖突是指一個作用同時導致有用及有害兩種結果，也可指有用作用的引入或有害效應的消除導致一個或幾個子系統變壞。物理沖突是指為了實現某種功能，一個子系統好元件應具有的一種特征，但同時出現了與該特性相反的特性。

技術參數是TRIZ理論通過抽象得出的描述沖突的參數。發明原理是TRIZ理論通過對全世界專利分析研究的基礎上得出的解決技術沖突的關鍵，共40條發明原理，對指導人們的發明創造具有主要的作用。使用TRIZ理論，通過對設計中遇到的問題進行抽象及模型化，引導設計人員應用現有的設計方法，得出相應的解決方案，節約大量試驗和探索時間，并引導人們探索新技術。

3 現有內燃叉車設計制造中沖突問題的建立

叉車是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業的各種輪式搬運車輛，又稱為工業車輛，屬于物料搬運機械。廣泛應用于車站、港口、機場、工廠、倉庫等國民經濟各部門，是機械化裝卸、堆垛和短距離運輸的高效設備。叉車主要由①供能系統，即動力裝置，如內燃機和蓄電池-電動機等；②傳動裝置，分為機械、液力和液壓傳動裝置；③轉向裝置，如轉向器、轉向輪、轉向拉桿等；④工作裝置，即門架；⑤液壓系統和制動裝置五部分組成，。

根據使用燃料不同，內燃叉車又分為柴油叉車、汽油叉車和液化石油氣叉車。內燃叉車相比于電動叉車而言荷載能力大、穩定性好，但同時帶來的問題是叉車體積較大，振動及噪音大，排氣污染環境等，這些主要是由于使用的供能系統不同造成的。

即使同是內燃叉車，也根據使用柴油、汽油、液化石油氣的不同，對于整個叉車的動力、振動、噪音、排氣量等都有不同的影響。因此，供能系統是叉車的一種沖突。

根據TRIZ理論，可以將上述沖突描述成如圖1所示的物質-場功能分析模型。

根據上述分析，在以叉車供能系統場為對象場的情況下，應改善叉車體積、操作穩定性、排氣量等特征，消除噪音、振動等消極特征。即存在著叉車動力與體積、操作穩定性、噪音、振動和排氣量之間的技術沖突。將上述涉及參數按標準工程參數進行描述，即可建立供能系統引起標準工程參數的改善和惡化，見表1。

4 基于TRIZ的創新設計

沖突問題解決原理是TRIZ理論的創新核心。通過問題分析將沖突用39個標準工程參數來描述,并分別表示為要改善的問題和會惡化的問題。通過對人類在發明創造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理、方法和規律的分析和歸納，總結出40個標準解，并通過沖突矩陣，來建立問題與標準解之間的關系。

通過沖突矩陣，可得到沖突的標準解，見表2。

對于內燃叉車的優化設計，根據標準解的含義，可得出可能的改進方案見表3。如有現存的內燃叉車設計思路和產品，也在表3中列出。

在上述可能的改進方案中，提供了各種有益于改善叉車整體性能的具體設計或設計方向，部分工藝和設計已應用于具體產品，如德國Deute公司開發出F913G型叉車專用柴油機、日本三菱4E2發動機、日本MH型橡膠墊、國產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內燃平衡重式叉車等，進一步驗證了TRIZ方法在內燃叉車優化設計中的有效應用。

5 結束語

大型叉車產品特點是科技含量高、研制與生產周期較長、投資大、市場容量有限等。供能系統是整個叉車結構和功能中的重要參數，也是一個重要的沖突問題。通過TRIZ對內燃叉車設計的應用和討論可以看出，叉車的發展方向與設計思路與本文所得出的結論有一定的吻合，可見TRIZ是一種有效的工藝創新方法，并能在相應的科學和技術支持下，對叉車的結構和需求的改進提出有效的措施。

[1]王金諾，于蘭峰.起重運輸機金屬結構[M].北京:中國鐵道出版社, 2002.

[2]陸植.叉車設計[M].北京:機械工業出版社，1991.

[3]檀潤華.發明問題解決理論[M].北京:機械工業出版社,2002.

[4]姚振剛.國內叉車市場現狀及產品發展趨勢分析[J].商業經濟,2010,（6）.

[5]張正杰.關注安全關注健康—有感于歐盟對操作者暴露振動及暴露噪聲頒布專用指令[J].叉車技術，2006,（4）:1.

[6]石一兵.小型搬運裝卸機械設計[M].北京：中國鐵道出版社，1981.

[7]郭世賢.叉車的技術進步及節能設計[J].起重運輸機械，1982.

[8]陳繹勤.噪音與振動的控制[M].北京：中國鐵道出版社，1981.

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，浙江工業大學機械工程學院學生。