通過六西格瑪策略研究改進(jìn)滑移裝載機(jī)散熱效果

　　摘 要： 滑移裝載機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、一機(jī)多能的特征，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，在配備大流量屬具時(shí)，其散熱效果不佳。通過六西格瑪策略進(jìn)行散熱問題分析和優(yōu)化改進(jìn)：采用C&E矩陣和FMEA矩陣得到潛在因子;采用T-Test分析工具對(duì)各影響因素與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度的相關(guān)性進(jìn)行分析。分析得知：選配多葉片風(fēng)扇、優(yōu)化上罩的開孔和形狀、優(yōu)化后罩的風(fēng)柵角度和形狀、優(yōu)化導(dǎo)風(fēng)罩和風(fēng)扇的相交距離，是提高散熱效果的有效手段。優(yōu)化改進(jìn)后，熱平衡溫度由117℃降至97℃，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，表明基于六西格瑪策略的改進(jìn)方案是可行、有效的。

　　關(guān)鍵詞： 滑移裝載機(jī);六西格瑪;C&E矩陣;FMEA矩陣;熱平衡溫度;散熱效果

　　引言

　　滑移裝載機(jī)是在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)快速更換或掛接各種工作裝置的設(shè)備，其特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活、一機(jī)多能，可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容[1]。滑移裝載機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，很多廠家在技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其全工況作業(yè)下的散熱能力考慮不夠，因此滑移裝載機(jī)在配備大流量屬具時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生熱平衡溫度過高的問題，致使停機(jī)，給客戶造成損失。

　　然而，鑒于滑移裝載機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其散熱問題沒有足夠的改進(jìn)空間，并且國(guó)內(nèi)外針對(duì)滑移裝載機(jī)熱平衡的研究較少[2]。本文以某滑移裝載機(jī)為研究對(duì)象，基于散熱原理的分析，應(yīng)用六西格瑪策略研究的思路，對(duì)其原有的散熱系統(tǒng)性能影響因素進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)方案。

　　1 問題的提出

　　選擇特定型號(hào)的滑移裝載機(jī)進(jìn)行測(cè)試摸底。環(huán)境溫度為31℃，機(jī)器工作水溫測(cè)試數(shù)據(jù)如圖1所示。由圖1得知，機(jī)器在配備大流量屬具時(shí)，經(jīng)過20 min左右，水溫達(dá)到100℃。此時(shí)水溫報(bào)警燈開始閃爍報(bào)警。熱平衡溫度最高可達(dá)117℃，會(huì)對(duì)機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)造成嚴(yán)重傷害。

　　由此可得出結(jié)論：本型號(hào)滑移裝載機(jī)在高流量工況下都存在熱平衡溫度過高的問題，工程能力不足。

　　2 滑移裝載機(jī)散熱原理分析

　　目前市場(chǎng)上滑移裝載機(jī)的散熱系統(tǒng)均采用如圖2所示的布置。散熱原理[3]如下：

　　發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的熱量通過發(fā)動(dòng)機(jī)缸體傳導(dǎo)到冷卻水，冷卻水在水泵作用下流到散熱器內(nèi)。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇從散熱器前端吸入冷風(fēng)，冷風(fēng)通過散熱器帶走冷卻水的熱量。最終，經(jīng)冷卻后的冷卻水回到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)，從而完成一個(gè)循環(huán)。也就是說，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)由外界吸入冷風(fēng)，冷風(fēng)經(jīng)過散熱器后變?yōu)闊峥諝猓瑹峥諝馀懦霭l(fā)動(dòng)機(jī)缸體外。發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果由進(jìn)氣溫度和出氣溫度決定。

　　3 滑移裝載機(jī)散熱問題分析及改進(jìn)

　　3.1 通過六西格瑪工具進(jìn)行問題分析，得到改進(jìn)思路

　　3.1.1 因果關(guān)系矩陣分析

　　通過六西格瑪工具C&E矩陣(因果關(guān)系矩陣)[4-5]進(jìn)行分析。對(duì)散熱系統(tǒng)的11個(gè)影響因素進(jìn)行分析，各因素的分值與品質(zhì)關(guān)鍵點(diǎn)(CTQ)交叉相乘后，將合計(jì)值按照由高到低原則進(jìn)行排序，如表1所示。將前8名作為后續(xù)研究的潛在因子。

　　3.1.2 FMEA矩陣分析

　　針對(duì)章節(jié)3.1.1得出的合計(jì)值較高的潛在因子，進(jìn)一步通過六西格瑪工具FMEA(失效模式和影響分析)矩陣進(jìn)行分析，得出需改進(jìn)項(xiàng)目，如表2所示。

　　3.1.3 改進(jìn)思路

　　根據(jù)章節(jié)3.1.1和3.1.2的分析結(jié)果，得到改進(jìn)思路如下：

　　(1)發(fā)送機(jī)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。因提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速會(huì)增加整機(jī)輻射噪音，故不考慮更改。

　　(2)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的直徑。因滑移裝載機(jī)空間結(jié)構(gòu)限制，已無法繼續(xù)加大風(fēng)扇直徑，故不考慮更改。

　　(3)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)形式、后罩風(fēng)柵角度、后罩風(fēng)柵形狀、上罩板開孔大小、上罩板形狀、導(dǎo)風(fēng)罩與風(fēng)扇相交距離。是否都要做更改，需使用六西格瑪工具中的T-Test分析工具進(jìn)行判定。

　　3.2 T-Test分析各影響因素與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度相關(guān)性

　　3.2.1 風(fēng)扇結(jié)構(gòu)形式

　　對(duì)舊風(fēng)扇和優(yōu)化后的風(fēng)扇分別測(cè)量散熱器出水口冷卻液溫度(即熱平衡溫度)，如表3所示。其中優(yōu)化后的風(fēng)扇為多葉片風(fēng)扇。

　　將表3結(jié)果輸入Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出的結(jié)果如圖3所示。

　　結(jié)論：P=0.000<0.05，因此風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)形式與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度有關(guān)。風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)形式是核心因子。改進(jìn)思路：采用優(yōu)化后的新風(fēng)扇。

　　3.2.2 后罩風(fēng)柵角度和形狀

　　由于后罩屬于同一部件，故將風(fēng)柵角度和形狀兩個(gè)因子合并進(jìn)行測(cè)試。對(duì)舊后罩和新后罩分別測(cè)量散熱器出水口熱平衡溫度，如表4所示。

　　將表4結(jié)果輸入Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出的結(jié)果如圖4所示。

　　結(jié)論：P=0.000<0.05，因此后罩風(fēng)柵角度和形狀與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度有關(guān)。后罩風(fēng)柵角度和形狀是核心因子。改進(jìn)思路：采用優(yōu)化后的新后罩。

　　3.2.3 上罩開孔和形狀

　　由于上罩屬于同一部件，故將上罩開孔和形狀兩個(gè)因子合并進(jìn)行測(cè)試。對(duì)舊上罩和新上罩分別測(cè)量散熱器出水口熱平衡溫度，如表5所示。

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