通过六西格玛策略研究改进滑移装载机散热效果
摘 要： 滑移装载机具有机动灵活、一机多能的特征，但其内部结构紧凑，在配备大流量属具时，其散热效果不佳。通过六西格玛策略进行散热问题分析和优化改进：采用C&E矩阵和FMEA矩阵得到潜在因子;采用T-Test分析工具对各影响因素与散热器出水口冷却液热平衡温度的相关性进行分析。分析得知：选配多叶片风扇、优化上罩的开孔和形状、优化后罩的风栅角度和形状、优化导风罩和风扇的相交距离，是提高散热效果的有效手段。优化改进后，热平衡温度由117℃降至97℃，达到了预期目标，表明基于六西格玛策略的改进方案是可行、有效的。
关键词： 滑移装载机;六西格玛;C&E矩阵;FMEA矩阵;热平衡温度;散热效果
引言
滑移装载机是在作业现场随机快速更换或挂接各种工作装置的设备，其特点是机动灵活、一机多能，可以适应不同的工作环境和作业内容[1]。滑移装载机内部结构紧凑，很多厂家在技术设计时对其全工况作业下的散热能力考虑不够，因此滑移装载机在配备大流量属具时，经常会发生热平衡温度过高的问题，致使停机，给客户造成损失。
然而，鉴于滑移装载机的内部结构特点，其散热问题没有足够的改进空间，并且国内外针对滑移装载机热平衡的研究较少[2]。本文以某滑移装载机为研究对象，基于散热原理的分析，应用六西格玛策略研究的思路，对其原有的散热系统性能影响因素进行分析，并提出改进方案。
1 问题的提出
选择特定型号的滑移装载机进行测试摸底。环境温度为31℃，机器工作水温测试数据如图1所示。由图1得知，机器在配备大流量属具时，经过20 min左右，水温达到100℃。此时水温报警灯开始闪烁报警。热平衡温度最高可达117℃，会对机器的发动机造成严重伤害。
由此可得出结论：本型号滑移装载机在高流量工况下都存在热平衡温度过高的问题，工程能力不足。
2 滑移装载机散热原理分析
目前市场上滑移装载机的散热系统均采用如图2所示的布置。散热原理[3]如下：
发动机工作产生的热量通过发动机缸体传导到冷却水，冷却水在水泵作用下流到散热器内。同时，发动机驱动风扇从散热器前端吸入冷风，冷风通过散热器带走冷却水的热量。最终，经冷却后的冷却水回到发动机缸体内，从而完成一个循环。也就是说，发动机在工作时由外界吸入冷风，冷风经过散热器后变为热空气，热空气排出发动机缸体外。发动机的散热效果由进气温度和出气温度决定。
3 滑移装载机散热问题分析及改进
3.1 通过六西格玛工具进行问题分析，得到改进思路
3.1.1 因果关系矩阵分析
通过六西格玛工具C&E矩阵(因果关系矩阵)[4-5]进行分析。对散热系统的11个影响因素进行分析，各因素的分值与品质关键点(CTQ)交叉相乘后，将合计值按照由高到低原则进行排序，如表1所示。将前8名作为后续研究的潜在因子。
3.1.2 FMEA矩阵分析
针对章节3.1.1得出的合计值较高的潜在因子，进一步通过六西格玛工具FMEA(失效模式和影响分析)矩阵进行分析，得出需改进项目，如表2所示。
3.1.3 改进思路
根据章节3.1.1和3.1.2的分析结果，得到改进思路如下：
(1)發送机风扇的转速。因提高风扇转速会增加整机辐射噪音，故不考虑更改。
(2)发动机风扇的直径。因滑移装载机空间结构限制，已无法继续加大风扇直径，故不考虑更改。
(3)发动机风扇的结构形式、后罩风栅角度、后罩风栅形状、上罩板开孔大小、上罩板形状、导风罩与风扇相交距离。是否都要做更改，需使用六西格玛工具中的T-Test分析工具进行判定。
3.2 T-Test分析各影响因素与散热器出水口冷却液热平衡温度相关性
3.2.1 风扇结构形式
对旧风扇和优化后的风扇分别测量散热器出水口冷却液温度(即热平衡温度)，如表3所示。其中优化后的风扇为多叶片风扇。
将表3结果输入Minitab软件进行数据分析，得出的结果如图3所示。
结论：P=0.000<0.05，因此风扇的结构形式与散热器出水口冷却液热平衡温度有关。风扇的结构形式是核心因子。改进思路：采用优化后的新风扇。
3.2.2 后罩风栅角度和形状
由于后罩属于同一部件，故将风栅角度和形状两个因子合并进行测试。对旧后罩和新后罩分别测量散热器出水口热平衡温度，如表4所示。
将表4结果输入Minitab软件进行数据分析，得出的结果如图4所示。
结论：P=0.000<0.05，因此后罩风栅角度和形状与散热器出水口冷却液热平衡温度有关。后罩风栅角度和形状是核心因子。改进思路：采用优化后的新后罩。
3.2.3 上罩开孔和形状
由于上罩属于同一部件，故将上罩开孔和形状两个因子合并进行测试。对旧上罩和新上罩分别测量散热器出水口热平衡温度，如表5所示。
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