（机械工程专业论文）115t后驱三支点电动叉车设计与研究.pdf

摘要 随着国民经济的不断发展，工业车辆的应用愈来愈广泛。叉车属于通用的起重运输 机械，是物料搬运的最主要工具之一，在各行各业的物流系统中扮演着重要的角色，广 泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等。电动叉车作为一个新型车辆，显现出它独 有的特点。本文通过对国内外电动叉车的发展进行分析对比，讨论了1 5 t 后驱三支点 电动叉车开发的可行性，并研究分析三支点电动叉车的结构特点、前轮和后轮驱动的性 能等，确定了后驱三支点1 5 t 电动叉车的开发思路及研究方向。 本文对1 5 t 三支点后轮驱动电动叉车的总体方案构思，驱动原理、参数确定、主 要配套件选型、及试验研究进行了分析研究。从蓄电池的选取，行走电机的功率计算、 驱动系统结构确定、车速与驱动力的计算等方面对动力系统的匹配进行了论述；对制动 系统的结构及设计计算方法进行了分析；对电动叉车电器及电控技术的发展趋势和先进 技术的应用进行论述；对液压系统的系统及主要元器件进行计算；介绍了工作装置的结 构和特点；对整机试验方法，包括性能试验，强化试验，工业性试验的方法和结果进行 了总结分析，对影响整机主要安全性的稳定性试验进行了计算分析和试验。对噪音试验 和降噪攻关的思路及过程分为行走噪音降噪和起升噪音的降低方法进行了论述。 论文基本上囊括了1 5 t 后驱三支点电动叉车开发过程的方方面面，该叉车目前已通 过国家检测中心的整机试验验证，形成商品。 关键词：后驱三支点电动叉车设计方案动力匹配稳定性分析噪音试验 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y , t h ei n d u s t r i a lv e h i c l e sa r e m o r ea n dm o r ew i d e l yu s e d n ef o r k l i f tt r u c k sa r ec o m m o n l y - u s e de l e v a t i n gm a c h i n e r y , w h i c hi so n eo ft h em a i nt o o l si nm a t e r i a lt r a n s p o r ta n dp l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nl o g i s t i c s s y s t e mo fa l lt r a d e sa n dp r o f e s s i o n s ，f o re x a m p l e ，i tw a sw i d e l yu s e di nt h es t a t i o n , t h ep o r t , t h ea i r p o r t ，t h ef a c t o r y , t h ew a r e h o u s ea n ds oo n a san e wt y p eo fv e h i c l e s ，t h ee l e c t r i c f o r k l i f tt r u c k ss h o wt l l e i r u n i q u ef e a t u r e s t h r o u g h t h ec o m p a r a t i v e a n a l y s i s o ft h e d e v e l o p m e n to fd o m e s t i ca n d 向r e i 印e l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k s ，t h i s t h e s i sd i s c u s s e st h e d e v e l o p m e n tf e a s i b i l i t yo f1 5 tr e a r - d r i v et h r e ew h e e le l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k s ，a n da n a l y z e st h e s t r u c t u r e so ft h r e ew h e e le l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k s ，a n dt h e i rf r o n ta n dr e a l w h e e ld r i v e p e r f o r m a n c ea n ds oo n ，t h e r e f o r e ，t h i st h e s i sc a nh e l pi d e n t i f yt h ed i r e c t i o no fr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to f t h e1 5 tr e a rd r i v et h r e ew h e e le l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k s n et h e s i si n t r o d u c e st h ew h o l ep r o c e s so ft h ed e s i g no f1 5 tr e a l d r i v et h r e ew h e e l e l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k , a n dg i v e st h ea n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ni t sd r i v i n gp r i n c i p l e ，d e t e r m i n i n g o fp a r a m e t e r , c h o o s i n go ft h em a i nc o m p o n e n t sa n dt h et e s ta n dr e s e a r c ho nt h e m t h i st h e s i s d i s c u s st h ep o w e rm a t c h i n gp r o b l e m si nt e r m so f t h ec h o i c eo f b a t t e r i e s ，t h ep o w e rc a l c u l a t i o n o fd r i v em o t o r t h ed e t e r m i n a t i o no ft h es t r u c t u r eo fd r i v es y s t e m ，t h ec a l c u l a t i o no ft h et r u c k s p e e da n dd r i v ef o r c ea n ds oo n a n a l y s e so ft h es t r u c t u r ea n dt h ec a l c u l a t em e a n so ft h e b r a k es y s t e ma r ea l s od o n ei n t h et h e s i s ，a n dd e v e l o p m e n tt r e n da n dt h ea p p l i c a t i o no f a d v a n c e dt e c h n o l o g yi nt h ew i r i n ga n dt h ec o n t r o l l e rt e c h n i q u eo ft h ee l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k a r ed i s c u s s e d t h eh y d r a u l i cs y s t e ma n di t sm a i nc o m p o n e n t sa r ec a l c u l a t e d i ta l s oi n t r o d u c e s t h es t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew o r k i n gd e v i c e , s u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h em a c h i n e t e s tm e t h o d si n c l u d i n gp e r f o r m a n c et e s t s ，i n t e n s i f y i n gt e s t sa n di n d u s t r i a lt e s t s a n dt h e s t a b i l i t yo ft h ef o r k l i f tt r u c ki sa l s oc a l c u l a t e d ，a n a l y z e da n dt e s t e di no r d e rt oi n s u r et h e s e c u r i t yo ft h et r u c k 1 1 1 et a c k l i n gm e t h o da n dp r o c e s so f n o i s et e s ta n dn o i s er e d u c t i o nc a nb e d i v i d e di n t ow a l k i n gn o i s er e d u c t i o na n dh o i s t i n gn o i s er e d u c t i o nm e t h o d sa r ed i s c u s s e di n t h i st h e s i s t h et h e s i sm a i n l yi n c l u d e sa l la s p e c t so ft h ew h o l ed e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gp r o c e s so f t h e1 5 tr e a r - d r i v et h r e ew h e e le l e c t r i cf o r k l i f t 伽且c k t l l i sk i n do ff o r k l i f tt r u c k sh a v ep a s s e d t h eo v e r a l lu n i tt e s to ft h en a t i o n a lt e s t i n gc e n t e ra n db e c a m ec o m m o d i t i e s k e yw o r k s ：r e a r - d r i v et h r e ew h e e le l e c t r i cf o r k l i f tt r u c k ，d e s i g ns c h e m e ，p o w e rm a t c h i n g , a n a l y s i so fs t a b i l i t y , n o i s et e s t 长安大学硕：t 学位论文 第一章绪论 1 1国内外电动叉车的发展概述 随着国民经济的不断发展，工业车辆的应用愈来愈广泛。叉车属于通用的起重运 输机械，由自行的轮式底盘和能垂直升降和倾斜货物的工作装置组成【1 1 。是物料搬运 的最主要工具之一，在各行各业的物流系统中扮演着重要的角色，广泛应用于车站、 港口、机场、工厂、仓库等。叉车最早出现在1 9 1 4 年一1 9 1 5 年之间，1 9 1 7 年美国克 拉克公司【2 】开发并使用自己制造的动力驱动的叉车，t o w m o t o r 公司和耶鲁公司分别于 1 9 1 9 年和1 9 2 0 年进入美国的叉车市场【3 】。第二次世界大战期间，由于大量搬运军事 物资的需要，叉车的发展得到了极大促进。二次世界大战后，很多在仓库内有效存储 更多货物的方法得到应用，仓储业的发展更需要机动灵活的各类叉车。适用于各种环 境的型式多样功能各异的叉车应运而生。 按照动力装置，叉车分为内燃叉车和电动叉车两大类。内燃叉车以发动机为动力 装置，通过燃烧燃料提供给车辆运行及工作的动力，将热能转化为机械能；电动叉车 以电动机为动力装置，利用电能来驱动叉车行走和工作系统。因为电动叉车具有使用 方便、安全可靠、噪音小、无污染等特点，因此在工厂、仓库、车站、机场、等各行 各业得到了广泛的应用，其自身也得到了飞速的发展。以日本为例，7 5 年电动叉车产 量为8 2 8 3 台，只占叉车总量的1 6 4 ，8 0 年生产1 9 9 5 1 台，占叉车总量的1 9 1 9 。 而8 3 年则达到了2 1 5 9 。9 2 年生产电动叉车4 1 0 3 2 台，达到总产量的3 7 9 2 。2 0 0 0 年生产电动叉车3 9 8 1 1 台，占叉车总产量的3 5 7 。欧洲是叉车产量最大的区域，据 统计，8 2 年西欧( 主要是德国和意大利) 生产的6 9 万台叉车，其中5 0 以上为电动 叉车，两年后，8 4 年西欧各国生产8 万多台叉车，电动叉车占6 4 。2 0 0 5 年欧洲地 区销售的工业车辆中，电动车辆占7 4 9 7 ，内燃叉车占2 5 0 3 ，瑞典的b t 公司生 产的叉车全部是电动叉车【4 】。在发达国家，电动叉车的需求远远大于内燃叉车，这与 全球重视环保的因素密切相关。尤其是在港口、仓库以及烟草、食品、轻纺等行业， 电动叉车正在逐步替代内燃叉车。 我国电动叉车与内燃叉车的销售比例如表1 - 1 所示。 第一章绪论 表1 1 我国电动叉车与内燃叉车的销售比例 年份 内燃叉车 电动叉车 2 0 0 0 年 8 0 9 1 9 1 2 0 0 1 年7 7 92 2 1 2 0 0 2 年7 7 12 2 9 2 0 0 3 年 7 8 32 1 7 2 0 0 4 年 7 8 62 1 4 2 0 0 7 年 8 5 2 1 4 8 附注1 ：根据中国工程机械工业协会提供资整理悔1 。 从以上数据可以看出，我国电动叉车的发展远远滞后于世界各国，随着环保意识的 加强，社会的发展，人力成本的逐渐提高，电动叉车在我国具有光明的发展前景，这两 年，电瓶车的产量急剧增长。2 0 0 7 年全国共销售电动平衡重乘驾式叉车2 0 1 3 8 台。 1 2 后驱三支点电动叉车的可行性分析 电动叉车以电为动力具有绿色环保、能量转换效率高、噪音小、无废气排放、控制 方便、操作简单安全等优点，符合环保要求趋势。在国外电瓶叉车得到迅速发展，发达 国家电瓶叉车的产销量已占到全部叉车产销量的5 0 - - 7 0 ，瑞典的b t 公司生产的叉 车全部为电动叉车，而我国电瓶叉车目前产销量仅占到全部叉车产销量的1 5 2 0 ， 远低于发达国家。由此可以看出电瓶叉车有着广阔的发展前景。 随着我国经济的进一步发展，经济发达地区的地价日渐高昂，如何在较小的面积内 存放更多的货物成为更多用户考虑的问题，越来越多的企业为了提高仓储效率，开始对 原有仓库进行仓储物流改造，要求叉车的通道宽度越来越窄。三支点叉车作为驾驶类转 弯半径最小的叉车必将受到欢迎【6 】。国内目前的电瓶叉车种类主要为四支点和前移式叉 车，三支点电瓶叉车作为差异型产品，其开发对于我国在叉车品种扩充方面也有着深远 的意义。预计三支点电瓶叉车的年需求量应在2 0 0 0 台左右，随着经济的进一步发展， 其市场需求量会逐年增长。目前国内生产三支点电瓶叉车的企业均未达到批量生产，一 般年产销量在2 0 - 4 0 台之间。外资或合资企业如“林德”、“力至优”已形成批量生产，年 产量达到4 0 0 - 1 0 0 0 台，但其价位过高，一般在1 5 - 2 0 万元人民币之间，国内著名的叉 车生产企业在三支点电瓶叉车产销方面基本上是一片空白。我国作为叉车消费大国，国 2 长安大学硕士学位论文 内的几家主要叉车生产厂家已有三四十多年的叉车生产历史，在技术水平、人员素质、 生产管理等诸多方面积累了丰富的经验，一旦该产品开发成功，估计在国内三支点电瓶 叉车的市场占有率可达到5 0 以上。与外资企业相比，有价格上的优势，与国内企业相 比，有产品质量和品牌优势。因此，有较强的市场竞争力。 我国电动车辆以前之所以发展不起来，主要取决于三电：电机、电瓶和电控的质量， 这三大的元件的发展滞后，严重阻碍着我国电瓶车的发展，但是，近几年，随着改革开 放的不断深入，许多国外品牌的电器元件纷纷进入国内市场，中国加入w t o 后，关税 的进一步降低，使得我们主机厂可以在世界范围内采购好的三电，比如，我们的电瓶叉 车采用的意大利进口电控，极大地促进了电瓶车的发展，国内目前生产的电机、电瓶， 因为借鉴了国外同类产品的技术，使得性能与可靠性得到了很大的提高，这些，无疑为 电瓶车的发展提供了很好的技术环境【7 】。 1 3国内外三支点电动叉车的结构特点 三支点电动叉车以其外形小巧，机动灵活，在国外市场备受青睐，世界著名叉车生 产厂家均有三支点电动叉车的系列产品。因为以电作为整车动力源，该系列叉车具有无 污染、噪音小、操作方便等特点；又因为以三支点为支承形式，故能实现9 0 。转向，转弯 半径小，适于窄通道或作业空间狭小场所内的物料转运。其广泛应用于食品、化妆品、 电子产品、涂料等轻工企业，超市、宾馆、车站、港口等场所。但因其受稳定性的限制， 一般多用于起重量在2 0 0 0 k g 以下的叉车。按照驱动形式分为前轮驱动与后轮驱动两种 类型。 1 3 1前轮驱动三支点电瓶叉车 该种形式的叉车，以前轮为驱动轮，后轮为转向轮。驱动系统有两种结构形式：前 轮集中驱动与i j 轮分别驱动。前轮集中驱动【7 】由一个驱动电机经过变速箱、差速器、两 个半轴分别带动左右车轮运转，给整车提供行走动力。这种传动形式，结构复杂，不易 实现9 0 转向。不能充分发挥三支点叉车的优势，故不常用于三支点结构。目前国外的 三支点前轮驱动叉车一般多采用双电机分别驱动。由两个驱动单元组成，每个单元由一 个驱动电机经过两级减速的轮边齿轮箱通过半轴直接带动前轮。转弯行驶时，驱动车轮 的差速由两个电机的不同转速来实现，具体原理为：司机有转向要求时，转动方向盘， 通过全液压转向器将液压油传到转向油缸内，转向油缸位于车体后部，油缸活塞杆中部 3 第一章绪论 带有齿条，与转向车轮( 后轮) 支架轴上的齿轮相啮合，在液压油的推动下，活塞杆向 左或向右移动，带动后轮支架向左或向右转动，可实现左、右9 0 转向。同时，由于转 向支架轴上安装一个小齿轮带动角度传感器的齿轮转动，将转角信息传至电子差速控制 器，电控根据转向角的大小及方向来控制两个电机的转速，控制内侧电机的转速大小、 停转或反向转动。两个驱动电机的速度差是前后轮轴距和转向角的函数。这套控制系统 称为双电机差速控制系统。这种传动形式，两个牵引电机并排布置于车体前腔，结构比 较简单紧凑，但是对电机要求尺寸较小，一般国内电机由于外形尺寸较大，不能满足并 排布置的要求，需要将两个电机交错布置，所占空间较大，车体宽度参数较大，相应的 通过性降低。由于叉车的负载在前，故前桥负荷较大，尤其是满载时i j f 桥负荷大约为整 车满载重量的9 0 ，所以驱动车辆行驶所需的功率较大，故一般国外三支点电动叉车一 般采用4 8 v 蓄电池组供电，1 5 t 车的电池容量从4 4 0 a h 至7 2 0 a h , 电池容量不同，单班 使用时间长短不同，国外叉车大多都可根据用户需要选配不同容量的蓄电池。后轮因为 负载较轻，可采用双轮胎并置或单个轮胎。双轮胎并置稳定性相对加强。采用这种传动 形式的三支点电动叉车有林德公司的e 1 5 c 、e 1 8 c 等；大宇公司的b 1 3 t - 2 、b 1 5 t - 2 、 b 1 8 t 等：b t 公司的c b 系列c b l 6 0 0 f 、c b l 8 0 0 f 、c b 2 0 0 0 f 等；s t i l l 公司的r 2 0 系列 r 2 0 1 5 、r 2 0 1 6 、r 2 0 1 8 等【8 1 。 1 3 2 后轮驱动三支点电瓶叉车 后轮动电瓶驱叉车是后轮既做驱动轮又做转向轮的一种蓄电池叉车。该种形式的叉 车因叉车负载在前，故后轮桥荷小，所以驱动系统所需电机功率小，结构简单，可获得 较小的转弯半径。成本较低。其缺点是：当叉车有载运行时，后轮轮压变小，附着力也 随之变小，使其牵引性能降低，尤其是负载爬坡的能力相对较弱。故该种车型的使用环 境应该是平坦路面。采用这种传动形式的三支点叉车主要有：s t i l l 公司的r 5 0 系列1 1 5 t 电瓶叉车、m y c r o s 公司的1 1 5 t 电瓶叉车、瑞典b t 公司的c r 系列1 1 5 t 电瓶叉车、 永恒力e f g d h 系列1 1 5 t 叉车、海斯特1 1 5 t 电瓶叉车【9 】等。 这种传动形式，充分利用了叉车的桥负荷特点，节约能源，因为叉车满载时，后桥 负荷仅为叉车满载总重的1 0 - - 1 5 ，而空载时为叉车空载总重的5 0 左右，以1 5 t 叉车为 例，一般后桥负荷满载为4 0 0 , q s 0 0 k g 左右，空载为1 4 0 0 - - , 1 6 0 0 k g 左右，而前桥负荷满载 时为3 7 0 0 l 唔3 9 5 0 k g 左右，空载时为1 2 8 0 - 1 3 6 0 k g 左右，根据结构布置的不同，桥负 荷分配也不相同，从以上数据可以看出，后桥负荷远小于前桥负荷，后轮驱动一般用一 4 长安大学硕士学位论文 个4 , - - 5 k w 的驱动电机，而前轮驱动一般需2 个3 - - 4 k w 的驱动电机。国外一般三支点后 轮驱动叉车采用2 4 v 的蓄电池组作为动力源，电池容量为5 0 0 - - 7 0 0 a h 1 0 1 。 国际上的最新后轮驱动三支点电动叉车，在结构上还有一个突出特点，即采用了新 的门架连接方式。传统的叉车，包括内燃叉车与蓄电池叉车，均是门架下部铰接于驱动 桥上，上部与倾斜缸的缸头铰接，通过液压系统供油，随着倾斜缸活塞杆的前后运动而 实现前倾或后倾。而后轮驱动的三支点电动叉车由于没有驱动前桥，将门架直接与前轮 固连为一体，上部与车架铰接，门架下部与一个布置于车体底部的倾斜油缸连接。通过 液压系统供油，随着倾斜缸活塞杆的前后运动，门架连同前轮绕车架上的铰轴转动，底 部前伸或缩回，实现后倾或前倾。同时整车的轮距伸长或缩短。这种结构有以下优点： a 缩短了整车的前悬距，同样吨位，所需的配重轻，整车车长缩短，转弯半径减 小，机动性好。 b 载货运行时，门架后倾，轴距伸长，稳定性提高。司机可更安全、更平稳地操 作叉车。 x c 牵引性能更加优越，因为随着轮距的加长，重心后移，后轮负荷加大，满负荷 门架后倾时，后轮负荷可增加为原后轮满载负荷的5 4 左右，而由于后轮负荷在较小的 范围内，牵引力由后轮附着力决定，后轮的负荷增加，无疑改善了牵引性能。 d 增加每班的工作时间，由于配重小，整机重量轻，可以节省能源。 e 轴距缩短时，可以改善机动性，增加存储空间的利用，采用这种结构形式的叉 车比其他形式的叉车能在更狭窄的通道内工作。 后轮驱动的三支点叉车，一般由一个牵引电机经过齿轮变速箱带动后轮直接运转。 国外经常把电机及变速箱做成一体，形成一个驱动单元【1 1 1 。根据电机的布置方式可分为 两种：牵引电机横置与竖直。电机横置，无需改变传动方向，可以免除复杂的斜面齿轮 组，通过五个直齿齿轮，两级减速，带动后轮运转。这种安装形式结构简单，但要求电 机的外形尺寸较小。而且，转向时电机跟着车轮一起向左右9 0 0 摆动，电缆线等件总在 运动中，会影响电机的使用寿命，缩短维护保养的时间。电机竖直，一般通过一对直齿， 一对螺旋伞齿轮改变传动方向，将电机的旋转运动改为后车轮的转动。整个变速箱通过 转向系统带动绕后轮中心向左或向右9 0 0 转动，实现叉车的转向。这种安装形式虽然结 构较复杂，但是电机安装于后车架或配重上，除了转子外为固定件，安装方便，利于维 护保养。对电机的外形尺寸要求也不高。两种布置形式各有所长，各厂家根据自己的工 艺及制造的方便性各有所选。 第一章绪论 1 3 3 三支点电动叉车的其他特点 与其他形式的叉车类似，现代叉车在技术、性能等方面的改进也全部都在三支点电 动叉车上体现： a ) 宽视野门架的采用。三支点叉车大都采用宽视野门架，门架起升高度从2 0 0 0 m m 至6 0 0 0 m m , 有两级门架也有三级门架，有部分自由提升与全自由提升等多种门架，可根 据用户的不同要求来选配。国外一般都采用工字钢并列布置的双1 型结构。两个起升 缸分别位于左、右门架立柱外侧，最大程度地减小前悬，改善稳定性。 b ) 转向机构采用动力转向：目前三支点电动叉车大多采用全液压转向或电转向来 实现动力转向，克服车轮的转向阻力，减轻方向盘上的操作力，使转向轻便灵活，减轻 司机的疲劳【1 2 】。液压动力转向由液压系统将动力油通过全液压转向器在方向盘的操纵 下，分配给液压缸或液压马达，驱动转向车轮绕后轮中心转动，相对于车轴心偏转，从 而实现整车的转向【1 3 】。转向液压系统和起升液压系统可以采用共泵分流或由独立的转向 电机带动转向泵向转向液压系统供油。液压动力转向在转向装置和转向轮之间用油管传 递动力，省去了机械连杆，具有布置自由度大，转向轮转角大，转弯半径小，操纵轻便、 维修方便等优点。国外电动叉车目前也有采用电动转向系统，称为e p s 装置【1 4 3 1 ，由输入 轴、输出轴、转向轮、转向电机和传感机构组成。将方向盘的转角转变为电信号控制转 向车轮的转动。为了防止电转向系统故障造成整车失去转向功能，国外的电动叉车一般 在配置电转向系统时，还辅助有一套机械转向以防万一。 c ) 先进控制器的采用：由于世界微电子技术的飞速发展，电气控制系统多采用m o s 场效应管控制系统，利用电场效应来控制电流变化。m o s 管电控的工作频率远远高于 s c r 电控的工作频率，使得输出电流更加平稳，更加节电。现代电控技术具有以下性 能特点：对低速度的最佳灵敏度；故障自诊断功能；可使用手持单元进行调试及修正参 数；内部小时计的数值可在手持单元上显示；可存储记忆最后出现的若干次故障及每次 故障发生时的小时计读数和温度均可在手持单元上读出；手持单元可对输入信号、电机 电压、电瓶电量等主要参数进行实时检测：触点无弧断开；斩波器内部有接触器线圈放 电回路；高频使电机和电瓶的效率提高；对最大速度有优先考虑。有些控制器具有以下 保护功能：电瓶极性接反保护；电路连接错误时不能进行任何输入；热保护，当控制器 温度超过一定值时，最大允许电流随着温度的升高成比例下降，对电控进行热保护；电 瓶过放电保护：当电瓶电量过低时，最大电流下降5 0 ，同时提升系统中除液压驱动下 降外均关闭；外部杂质保护，斩波器主体完全密封隔离，可防止任何液体的溅射。 6 长安大学硕士学位论文 m 再生制动技术的广泛应用：当松开加速踏板、踩下反向的加速踏板或踩下制动 踏板时，牵引电机将变成一台发电机，将能量补送回电池，而不是白白浪费掉，这种制 动系统延长了每次充电后的工作时间，减少了制动线及制动磨擦片的磨损，降低了使用 成本【1 5 1 。 1 4 后驱三支点电动文车的优缺点分析 三支点电动叉车按照驱动形式的不同，又分为前轮驱动和后轮驱动，两种结构形式 也是各有优缺点；前轮驱动采用两个双电机驱动，动力强劲，由于叉车的负载在前，故 前桥负荷较大，尤其是满载时前桥负荷大约为整车满载重量的9 0 t 1 6 】，所以驱动车辆 行驶所需的功率较大，故一般国外三支点电动叉车一般采用两个4 5 k w 电机，共计9 k w 。 而三支点后驱电动叉车的驱动原理是将负荷降低的后轮作为驱动轮，因此所需驱动力大 幅降低，1 5 t 电动叉车采用一个4 k w 电机，整车功率明显降低。因此前轮驱动和后轮 驱动的三支点电动叉车优缺点比较如下： 、 “ 前轮驱动动力强劲，但成本高，使用时费电。日常使用成本加大。后轮驱动巧妙利 用叉车的使用特点，节能高效，叉车行走电流低，整车工作在低电流的安全范围内，可 靠性大大提高。另外，与前轮驱动相比，价格较低。例如在标准符合单班作业时间同为 7 8 小时的情况下，1 5 t 前轮驱动的电动叉车采用的是4 8 v 4 5 0 a h 的蓄电池。而同吨位 后驱三支点电动叉车采用4 8 v 3 8 0 a h 蓄电池。采购成本和日常使用成本均大幅下降。 1 5 t 后轮驱动电动叉车具有较高的性能价格比。缺点是后轮轻，不适合泥泞场地的作业 要求。因此，在采购时要根据使用环境的要求，选择合适的结构形式。如果使用环境为 平坦的水泥路面，货物重量小于1 8 t 应首选三支点后驱电动叉车，节能、高效、可靠性 高、性能先进、机动灵活。如果使用环境为户外作业，路面状况不好，可考虑选用前轮 驱动的三支点电动叉车来增加功率。如果货物重量在两吨以上，通道没有限制的情况下， 可考虑采用四支点电动叉车。 7 第_ 二章1 1 5 t 三支点后轮驱动电动叉车的总体设计研究 第二章1 1 5 t 三支点后轮驱动电动叉车的总体设计研究 2 1总体构思与主要性能参数的确定 2 1 1主要原理 1 - 1 5 t 后驱三支点电动叉车是后轮驱动兼转向的工业车辆，它广泛适用于货场、车 站、码头、仓库、商场、宾馆、轻纺行业、食品加工厂及其他场所，因其整机外形设计 小巧紧凑，转弯半径小，尤其适合作业空间狭小场所内的物料转运。该机采用了目前国 际上最为先进的m o s 场效应管控制技术，工作效率高，噪音小。起重系统采用宽视野 门架、液压控制，动力强大，使用方便。转向系统采用全液压动力转向，轻便灵活。制 动系统采用了液压制动的自动增力式制动器，安全可靠。采用了国际流行、新颖的门架 支承方式，轴距可调。并配以优良的电机、蓄电池组、组合仪表。因此它具有性能优越、 操作方便、视野宽阔、转向灵活、制动可靠、动力性好、噪音小、无污染、外形美观等 优点，是室内物料搬运的理想工具。 此次研究开发的1 - 1 5 t 电动叉车为三支点后轮驱动。驱动系统的工作原理是铅酸 蓄电池向电机供电，电机旋转，通过变速箱的两极减速后将转速降低，扭矩增大，将动 力提供给驱动车轮，带动叉车行走。车速的控制通过m o s f e t 控制器来调节。起升系统 和转向系统共用一个工作电机，同样由蓄电池来提供电能，工作电机将电能转化为机械 能，带动工作油泵旋转，将液压油输送给带优先阀的转向器，优先向转向器供油，将液 压油输送给转向马达，转向马达旋转，带动变速箱的回转轴承旋转，可以实现后轮转向。 后单轮转向，可以实现原地9 0 。转向，整车转弯半径小，转向轻便灵活。作油泵输出的 液压油经优先阀后供给起升系统，经过多路阀后，根据多路阀的操作，可将油液提供给 起升油缸实现起升，提供给倾斜油缸，将前轮收回或推出实现前后倾。并同时变换轴距。 电气系统除了向电机供电外，经过d c _ d c 转换后，将蓄电池的4 8 电压改变为1 2 v 电压 提供给仪表和灯具。保证叉车的信息显示、警示和照明。 2 1 2 主要部件及配套方案 乱蓄电池：i 组。采用4 8 v 欧标蓄电池作为动力源，配置l 为安徽迅启蓄电池有限 公司生产的欧标蓄电池，单体外形尺寸为6 5 x 1 9 8 x 6 2 7 ( 7 0 0 ) ，蓄电池盒体尺寸为 8 3 5 x 4 1 4 x 7 5 0 。配置2 配德国进口欧标蓄电池，外形安装尺寸同国产蓄电池，可互换。 b 行走电机：1 个，采用常州常银牵引电机厂生产的x q - 4 1 型电机，功率4 k w ， 长安大学硕士学位论文 额定电压4 5 v ，直流牵引电动机，额定转速1 7 0 0 转分，额定电流i i o a ，6 0 分钟工作制。 c 传动系统：布置于车体后部空间，为两级传动的减速箱，传动比为1 8 ，直接带动 后轮，整个传动系统能向左右各转动9 0 0 ，满足原地转向的要求。后轮胎选标准实芯轮 胎或充气轮胎1 8 x 7 8 ，负荷下静力半径2 1 4 m m ，宽1 5 3 m m ，外直径4 4 6 。传动系统布置 方式：电机竖置，由一对斜齿轮进行一级减速，再由一对螺旋伞齿轮进行第二级减速并 改变转动方向。其中，螺旋伞齿轮可采用前移式叉车用的螺旋伞齿轮。因此降低了加工 难度，驱动轮的转向，由液压马达经过链条传动带动变速箱转动。液压马达由工作油泵 提供给全液压转向器压力油，向液压马达供油。 d 转向系统：液压转向。全液压转向器一液压马达一驱动轮。方向盘角度可调，由 万向节连接转向轴和全液压转向器、转向管柱等组成。 e 制动系统：前轮制动。因为后轮由于电机的反接制动，故不需要机械制动，前轮 用于辅助制动，采用液压制动。由制动踏板的机械连杆推动制动总泵向制动器的制动分 泵供油。制动器采用1 5 t t c m 叉车制动器，手制动借用f t 车手制动操纵。 前轮：为从动轮。与门架固连，由轮胎、制动鼓、制动器、前轴组成。轮胎采用 两个标准实芯轮胎，1 8 x 7 8 。( 或充气轮胎成本低) f i i j - 轮可向前推出和向后缩回，向前推 出时，门架后倾，轴距伸长，后轮负荷变大，增加牵引力，有利于行走。缩回中位时， 门架直立，轴距缩短，改善机动性，增加了存储空间的利用，能在更狭窄的空间内工作。 再缩回时，门架前倾。前轮的移动由一个前移缸来实现。 g 门架：采用1 4 0 槽钢，宽视野，两个起升油缸布置于立柱外侧，以减小前悬，前 悬3 1 9 m m 。门架为系列设计，标准起升高度3 3 0 0 m m 。货叉尺寸4 0 x 8 0 x 9 2 0 ，前倾3 0 。 后倾6 0 ，门架铰点位于仪表架前方，通过前轮的移动实现门架的前后倾。 h 液压系统：采用共泵分流技术，包括：工作电机、工作油泵、多路阀及操纵、带 优先阀的全液压转向器、转向马达，工作油箱安装。多路阀带安全阀、倾斜自锁阀，液 压系统设有下降限速阀。起升油缸内设有爆管阀。工作电机采用常州常银牵引电机厂的 x q d 7 5 ，功率7 5 k w , 电压4 8 v , 额定电流17 2 8 a ，额定转速2 0 0 0 转分，满载起升速度1 5 t 为2 4 0 m m s ，i t 为2 8 0 m m s ，多路阀操纵位于司机座椅右侧。 i 外形及车架：外形尽可能采用圆弧造型，上车处采用大开口的踏板方式。车架用 6 m m 板采用围板加3 2 m m 与1 6 m m 厚板焊成的框架式结构，平衡重铸造为圆弧造型， 护项架采用现有产品所用的矩形钢管焊接而成，上部开缺口。 j 电气系统：电控采用m o s 管控制器，采用英科公司生产的美国科蒂斯进口电控， 9 第一二章1 1 5 t 三支点后轮驱动电动叉车的总体设计研究 组合仪表采用英科公司生产的仪表盘。电器系统包括蓄电池组、行走电机、电控、控制 开关、组合仪表及照明装置。仪表显示含：蓄电池容量显示、制动状态显示、方向显示、 计时表、故障代码显示等。总电源应设有紧急断电装置，控制电路含过电流保护装置。 2 1 3 外形图 | 一 图2 1 整车外形图 1 0 长安大学硕十学位论文 2 1 4 主要参数 表2 1 整机主要参数 参数 1 t 1 5 t 额定起重量 k g 1 0 0 01 5 0 0 载荷中心矩 cn 皿5 0 05 0 0 轮胎型式实芯胎或充气胎实芯胎或充气胎 标准起升高度 h 2i i u n3 3 0 03 3 0 0 自由起升高度 h lm m8 08 0 作业时最大高度h 3 m m 4 3 5 74 3 5 7 茕 后 门架倾角耐p 3 6 3 6 度 叉架至车身后部距离l 2 m m1 7 8 71 7 9 9 车宽b m m1 0 7 3 1 0 7 3 车身宽 b 2m m1 0 5 81 0 5 8 车跃l m m2 5 5 7 2 7 2 8 整车高度h m m 。2 2 5 52 2 5 5 转弯半径w a m m1 4 3 8 1 4 7 1 1 5 3 71 4 6 0 1 4 9 3 1 5 5 9 前悬距 xm m3 1 93 1 9 直角通道宽度( b l x b 2 ) m m2 1 2 8 2 1 4 22 1 3 9 - 2 1 5 3 1 2 0 0 x 8 0 0 1 2 0 0 x 1 0 0 0 直角堆垛宽度( b l x b 2 ) m m3 3 0 7 - 3 3 3 63 3 2 9 3 3 5 8 1 2 0 0 x 8 0 0 1 2 0 0 x 1 0 0 0 行驶速度满无载 k r a hl o 1 29 n 起升速度满无载 m m $2 8 0 3 6 0 2 4 0 3 6 0 最人爬坡度满无载 1 5 2 01 0 1 5 自重 k g 2 6 9 02 9 2 0 满载桥负荷前后 k g 31 0 3 5 8 73 9 8 0 ，4 4 0 空载桥负荷前后 k g 1 4 1 5 1 2 7 5 1 4 4 7 1 4 7 3 轮胎型号前后 1 8 x 7 81 8 x 7 8 轴距y m m1 1 5 7 1 1 9 0 1 2 5 61 l5 7 11 9 0 1 2 5 6 前轮距 b 1m m9 2 79 2 7 离地间隙m m m ，8 08 0 蓄电池标准d 小4 3 5 3 5 ad 、1 4 3 5 3 5 a 电压 v4 84 8 容量( 5 h 放电量) a h3 0 03 8 0 行走电机功率 k w44 起升电机功率 k w7 57 5 电控方式m o s f e tm o s f e t 液压系统压力 m p a1 31 6 第二章1 i 5 t 三支点后轮驱动电动叉车的总体设计研究 2 21 1 5 t 后驱三支电动叉车的动力匹配研究 2 2 1蓄电池组的额定电压 1 1 5 t 电动叉车就是以牵引用铅酸蓄电池组做为其动力电源，铅酸蓄电池经过百余 年的发展与完善已成为世界上广泛使用的一种化学电源，具有良好的可逆性、电压特性 平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富( 且可再生使用) 及造价低廉等优点【1 7 1 。 蓄电池组额定电压取决于： a 叉车行走电机和油泵电机的额定电压。电机的额定电压则取决于叉车的用途，起 重量，叉车的外形尺寸，总体布置和电机配套的情况。 b 单格蓄电池的额定电压和数量。目前我国生产的供蓄电池叉车使用的铅酸蓄电池 电格额定电压为2 v 因此蓄电池组的额定电压v = 2 n ，n 为蓄电池串联的单格数。直流电 路中，功率n 等于电压v 和电流i 的乘积，即 n = v i 功率一定时，提高电压，可以减小电流。电流减小，电动机和有关电气元件的体积和重 量都能减小，电瓶的使用效率提高。但是电压提高，又需要增加单格蓄电池组的串联数 目，将导致体积和重量增加，引起叉车自重和外形尺寸增大，耗能增加，通过性变差， 整机性能降低。 确定蓄电池组的额定电压，既要参考国内外同类产品的配置情况，也不能脱离电机 和蓄电池的目前国内生产情况。国外目前1 1 5 t 系列的电动叉车电机的额定电压基本上 为2 4 v ，但是通过对国内电机的调研，4 5 k w 电机4 8 v 的电机性能比2 4 v 要稳定的多。 采用4 8 v 电池虽然牺牲了一些外形尺寸，但是额定电流比2 4 v 低一倍，使用的可靠性 大幅提高。因此为了提高整机可靠性，确定选用4 8 v 作为蓄电池组的额定电压。 2 2 2 叉车重量、重心位置及前后桥负荷确定 l 、整机重量及重心位置： 按照主要配套件及结构件的实际重量及形状用s o l i d w o r k 软件三维建模布置后，通 过软件中的质量特征工具查知【1 8 】： 1 t 三支点电动叉车： 整机重量：g - = - 2 6 9 0 k g ： 重心位置：水平方向( 距前桥中心) l o = 5 6 4 m m ；高度方向( 距前桥中心) 4 3 0 m m ； 高度方向( 距地面) 4 3 0 + 2 1 4 = 6 4 4 m m 1 2 长安大学硕士学位论文 1 5 t 三支点电动叉车： 整机重量：g = - 2 9 2 0 k g 重心位置：水平方向( 距前桥中心) l o = 6 0 0 m m ：高度方向( 距l ； 桥中心) 4 3 5 m m ； 高度方向( 距地面) 4 3 5 + 21 4 = 6 4 9 m m 2 、载荷分配 满载时桥负荷【1 9 】： 前桥负荷： r 1 ：g ( l - l o ) + q o ( l + b + e ) l 式中：g ：叉车整机质量k g ( 1 t ：2 6 9 0 k g1 5 t ：2 9 2 0 k g ) l ：轴距：1 1 9 0 m m l o ：重心距前桥中心的水平距离：( 1 t ：5 6 4 m m 1 5 t ：6 0 0 m m ) q ；额定起重量：( 1 t ：1 0 0 0 k g ；1 5 t ：1 5 0 0 k g ) b ：前悬：3 1 9 m m c ：载荷中心距：5 0 0 r a m 后桥负荷：r 2 = g + q r 1 故；i t 叉车满载时桥负荷： r 1 = 2 6 9 0 x ( 1 1 9 0 - 5 6 4 ) + 而10 0 矿0 x ( 11 9 0 + 31 9 + 5 0 0 ) = 3 1 。3 ( 鞫 r 2 = 2 6 9 0 + 1 0 0 0 - 3 1 0 3 = 5 8 7 ( k g ) 1 5 t 叉车满载时桥负荷： r 1 = 2 9 2 0 x ( 1 1 9 0 - 6 0 0 1 ) + 而15 0 厂0 x ( 1 19 0 + 31 9 一+ 5 0