基于TRIZ理论的内燃叉车优化设计

李燕

（浙江工业大学 机械工程学院,浙江 杭州 310006）

基于TRIZ理论的内燃叉车优化设计

李燕

（浙江工业大学 机械工程学院,浙江 杭州 310006）

供能系统是叉车的重要工艺参数和选择叉车的指标，也是叉车设计制造中重要的技术冲突。通过TRIZ理论的冲突解决原理，进行内燃叉车优化设计的创新，并与目前使用或研究的先进技术相佐证，说明TRIZ理论在内燃叉车优化设计应用中的有效性，同时为之后的创新提供参考依据。

内燃叉车;TRIZ;冲突解决原理;供能系统

1 引言

叉车作为一种搬运机械，是实现物流机械化作业，降低工人搬运劳动强度，提高作业效率的主要工具。其中，内燃叉车以内燃机为动力，其功率强劲、适用范围广，在世界范围内，占叉车销量的60%左右（国内80%左右）。由于作业环境较恶劣以及运行成本的影响等因素的影响，我国的叉车需求仍倾向于使用内燃叉车。目前叉车多用于仓储物流中心室内搬运及室外货车装卸作业，国内的叉车需求主要以3-5t内燃叉车为主。

2 TRIZ理论概述

TRIZ是俄文发明问题解决理论单词的词头缩写，英文缩写为TIPS（theory of inventive problem solving），是前苏联G.S. Altshuller等人通过50年来对世界上近250万个专利进行研究所创立的解决复杂技术问题的技术创新一般规律及其解决方法。其目的是研究人类在发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理、方法和规律。建立了一个有解决技术问题，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，简称TRIZ，其中包含多种分析方法和工具，主要包括冲突、技术参数、创造性原理、矛盾矩阵、冲突问题的结构表示、物质-场模型、TRIZ算法等内容。

TRIZ核心之一就是对冲突的解决。冲突问题的本质是功能之间出现冲突造成的，即产品是功能的实现，TRIZ中冲突的解决都是基于这点的。

TRIZ主要研究技术冲突与物理冲突。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统变坏。物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统好元件应具有的一种特征，但同时出现了与该特性相反的特性。

技术参数是TRIZ理论通过抽象得出的描述冲突的参数。发明原理是TRIZ理论通过对全世界专利分析研究的基础上得出的解决技术冲突的关键，共40条发明原理，对指导人们的发明创造具有主要的作用。使用TRIZ理论，通过对设计中遇到的问题进行抽象及模型化，引导设计人员应用现有的设计方法，得出相应的解决方案，节约大量试验和探索时间，并引导人们探索新技术。

3 现有内燃叉车设计制造中冲突问题的建立

叉车是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆，又称为工业车辆，属于物料搬运机械。广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等国民经济各部门，是机械化装卸、堆垛和短距离运输的高效设备。叉车主要由①供能系统，即动力装置，如内燃机和蓄电池-电动机等；②传动装置，分为机械、液力和液压传动装置；③转向装置，如转向器、转向轮、转向拉杆等；④工作装置，即门架；⑤液压系统和制动装置五部分组成，。

根据使用燃料不同，内燃叉车又分为柴油叉车、汽油叉车和液化石油气叉车。内燃叉车相比于电动叉车而言荷载能力大、稳定性好，但同时带来的问题是叉车体积较大，振动及噪音大，排气污染环境等，这些主要是由于使用的供能系统不同造成的。

即使同是内燃叉车，也根据使用柴油、汽油、液化石油气的不同，对于整个叉车的动力、振动、噪音、排气量等都有不同的影响。因此，供能系统是叉车的一种冲突。

根据TRIZ理论，可以将上述冲突描述成如图1所示的物质-场功能分析模型。

根据上述分析，在以叉车供能系统场为对象场的情况下，应改善叉车体积、操作稳定性、排气量等特征，消除噪音、振动等消极特征。即存在着叉车动力与体积、操作稳定性、噪音、振动和排气量之间的技术冲突。将上述涉及参数按标准工程参数进行描述，即可建立供能系统引起标准工程参数的改善和恶化，见表1。

4 基于TRIZ的创新设计

冲突问题解决原理是TRIZ理论的创新核心。通过问题分析将冲突用39个标准工程参数来描述,并分别表示为要改善的问题和会恶化的问题。通过对人类在发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理、方法和规律的分析和归纳，总结出40个标准解，并通过冲突矩阵，来建立问题与标准解之间的关系。

通过冲突矩阵，可得到冲突的标准解，见表2。

对于内燃叉车的优化设计，根据标准解的含义，可得出可能的改进方案见表3。如有现存的内燃叉车设计思路和产品，也在表3中列出。

在上述可能的改进方案中，提供了各种有益于改善叉车整体性能的具体设计或设计方向，部分工艺和设计已应用于具体产品，如德国Deute公司开发出F913G型叉车专用柴油机、日本三菱4E2发动机、日本MH型橡胶垫、国产JG型减震垫、意大利Fantuzzi起重量28和38吨的叉车、日本丰田、三菱起重量2-3吨的叉车、斗山DG30内燃平衡重式叉车等，进一步验证了TRIZ方法在内燃叉车优化设计中的有效应用。

5 结束语

大型叉车产品特点是科技含量高、研制与生产周期较长、投资大、市场容量有限等。供能系统是整个叉车结构和功能中的重要参数，也是一个重要的冲突问题。通过TRIZ对内燃叉车设计的应用和讨论可以看出，叉车的发展方向与设计思路与本文所得出的结论有一定的吻合，可见TRIZ是一种有效的工艺创新方法，并能在相应的科学和技术支持下，对叉车的结构和需求的改进提出有效的措施。

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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，浙江工业大学机械工程学院学生。