通過六西格瑪策略研究改進滑移裝載機散熱效果

　　摘 要： 滑移裝載機具有機動靈活、一機多能的特征，但其內部結構緊湊，在配備大流量屬具時，其散熱效果不佳。通過六西格瑪策略進行散熱問題分析和優化改進：采用C&E矩陣和FMEA矩陣得到潛在因子;采用T-Test分析工具對各影響因素與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度的相關性進行分析。分析得知：選配多葉片風扇、優化上罩的開孔和形狀、優化后罩的風柵角度和形狀、優化導風罩和風扇的相交距離，是提高散熱效果的有效手段。優化改進后，熱平衡溫度由117℃降至97℃，達到了預期目標，表明基于六西格瑪策略的改進方案是可行、有效的。

　　關鍵詞： 滑移裝載機;六西格瑪;C&E矩陣;FMEA矩陣;熱平衡溫度;散熱效果

　　引言

　　滑移裝載機是在作業現場隨機快速更換或掛接各種工作裝置的設備，其特點是機動靈活、一機多能，可以適應不同的工作環境和作業內容[1]。滑移裝載機內部結構緊湊，很多廠家在技術設計時對其全工況作業下的散熱能力考慮不夠，因此滑移裝載機在配備大流量屬具時，經常會發生熱平衡溫度過高的問題，致使停機，給客戶造成損失。

　　然而，鑒于滑移裝載機的內部結構特點，其散熱問題沒有足夠的改進空間，并且國內外針對滑移裝載機熱平衡的研究較少[2]。本文以某滑移裝載機為研究對象，基于散熱原理的分析，應用六西格瑪策略研究的思路，對其原有的散熱系統性能影響因素進行分析，并提出改進方案。

　　1 問題的提出

　　選擇特定型號的滑移裝載機進行測試摸底。環境溫度為31℃，機器工作水溫測試數據如圖1所示。由圖1得知，機器在配備大流量屬具時，經過20 min左右，水溫達到100℃。此時水溫報警燈開始閃爍報警。熱平衡溫度最高可達117℃，會對機器的發動機造成嚴重傷害。

　　由此可得出結論：本型號滑移裝載機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 滑移裝載機散熱原理分析

　　目前市場上滑移裝載機的散熱系統均采用如圖2所示的布置。散熱原理[3]如下：

　　發動機工作產生的熱量通過發動機缸體傳導到冷卻水，冷卻水在水泵作用下流到散熱器內。同時，發動機驅動風扇從散熱器前端吸入冷風，冷風通過散熱器帶走冷卻水的熱量。最終，經冷卻后的冷卻水回到發動機缸體內，從而完成一個循環。也就是說，發動機在工作時由外界吸入冷風，冷風經過散熱器后變為熱空氣，熱空氣排出發動機缸體外。發動機的散熱效果由進氣溫度和出氣溫度決定。

　　3 滑移裝載機散熱問題分析及改進

　　3.1 通過六西格瑪工具進行問題分析，得到改進思路

　　3.1.1 因果關系矩陣分析

　　通過六西格瑪工具C&E矩陣(因果關系矩陣)[4-5]進行分析。對散熱系統的11個影響因素進行分析，各因素的分值與品質關鍵點(CTQ)交叉相乘后，將合計值按照由高到低原則進行排序，如表1所示。將前8名作為后續研究的潛在因子。

　　3.1.2 FMEA矩陣分析

　　針對章節3.1.1得出的合計值較高的潛在因子，進一步通過六西格瑪工具FMEA(失效模式和影響分析)矩陣進行分析，得出需改進項目，如表2所示。

　　3.1.3 改進思路

　　根據章節3.1.1和3.1.2的分析結果，得到改進思路如下：

　　(1)發送機風扇的轉速。因提高風扇轉速會增加整機輻射噪音，故不考慮更改。

　　(2)發動機風扇的直徑。因滑移裝載機空間結構限制，已無法繼續加大風扇直徑，故不考慮更改。

　　(3)發動機風扇的結構形式、后罩風柵角度、后罩風柵形狀、上罩板開孔大小、上罩板形狀、導風罩與風扇相交距離。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性

　　3.2.1 風扇結構形式

　　對舊風扇和優化后的風扇分別測量散熱器出水口冷卻液溫度(即熱平衡溫度)，如表3所示。其中優化后的風扇為多葉片風扇。

　　將表3結果輸入Minitab軟件進行數據分析，得出的結果如圖3所示。

　　結論：P=0.000<0.05，因此風扇的結構形式與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度有關。風扇的結構形式是核心因子。改進思路：采用優化后的新風扇。

　　3.2.2 后罩風柵角度和形狀

　　由于后罩屬于同一部件，故將風柵角度和形狀兩個因子合并進行測試。對舊后罩和新后罩分別測量散熱器出水口熱平衡溫度，如表4所示。

　　將表4結果輸入Minitab軟件進行數據分析，得出的結果如圖4所示。

　　結論：P=0.000<0.05，因此后罩風柵角度和形狀與散熱器出水口冷卻液熱平衡溫度有關。后罩風柵角度和形狀是核心因子。改進思路：采用優化后的新后罩。

　　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因子合并進行測試。對舊上罩和新上罩分別測量散熱器出水口熱平衡溫度，如表5所示。

　　推薦閱讀：《鋁加工》(雙月刊)創刊于1976年，由西南鋁業(集團)有限責任公司主辦。