輕小型三支點(diǎn)電動(dòng)叉車驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賀曉東 李想成 蔣燕

摘要：叉車作為一種搬運(yùn)車輛在工業(yè)生產(chǎn)中都得到廣泛應(yīng)用。本文在現(xiàn)有三支點(diǎn)叉車的基礎(chǔ)上，對(duì)其驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了后輪驅(qū)動(dòng)和后輪轉(zhuǎn)向的功能，使叉車的轉(zhuǎn)彎半徑減小并能夠在狹窄空間內(nèi)進(jìn)行貨物的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)提高倉(cāng)儲(chǔ)效率和土地利用率有重要意義。

關(guān)鍵詞：三支點(diǎn)叉車;后輪驅(qū)動(dòng);后輪轉(zhuǎn)向

引言

叉車作為一種搬運(yùn)車輛在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用。早期，內(nèi)燃叉車占有著較大的市場(chǎng)。由于叉車需要經(jīng)常在室內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，所以會(huì)產(chǎn)生一定的尾氣排放問(wèn)題。隨著工業(yè)污染的加劇和環(huán)保概念的提出，零排放、無(wú)污染、噪聲小的電動(dòng)叉車成為工程搬運(yùn)車輛中的新寵。另外，早期叉車多采用四支點(diǎn)的支承形式，雖穩(wěn)定性好但較為笨重。然而，后來(lái)出現(xiàn)的三支點(diǎn)叉車以其外觀新穎、機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)頗為人們青睞。

1.叉車整體構(gòu)思

三支點(diǎn)的支承形式，顧名思義，為前方兩處支點(diǎn)，后方一處支點(diǎn)。為增強(qiáng)其穩(wěn)定性，后方支點(diǎn)處可用兩個(gè)輪胎并排支承。與四支點(diǎn)相比，三支點(diǎn)叉車轉(zhuǎn)向更加靈活，轉(zhuǎn)彎半徑更小，可以在更加狹窄的空間內(nèi)進(jìn)行貨物的運(yùn)轉(zhuǎn)。而這一點(diǎn)也正好符合了當(dāng)前減小作業(yè)空間、提高倉(cāng)儲(chǔ)效率的要求?；谝陨显?，也為更好地發(fā)揮三支點(diǎn)叉車的優(yōu)勢(shì)，我們?cè)诂F(xiàn)有叉車的基礎(chǔ)上，對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

我們所設(shè)計(jì)的是一種三支點(diǎn)支承、后輪驅(qū)動(dòng)、后輪轉(zhuǎn)向的蓄電池叉車，長(zhǎng)2.0m，寬0.85m，額定起升重量0.8t，與現(xiàn)有叉車相比，外形更加輕巧，操縱更加靈活。除了用于工業(yè)搬運(yùn)外，也可用于服務(wù)業(yè)中的短距離貨物運(yùn)輸，甚至可以進(jìn)出宿舍、廚房等狹小空間。

2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，市場(chǎng)上的叉車多為前輪驅(qū)動(dòng)。該種驅(qū)動(dòng)形式的實(shí)現(xiàn)方式如下：驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)一系列減速裝置后，改變其大小和方向，最終傳遞到左右車輪上。兩個(gè)車輪由半軸和差速器進(jìn)行連接。盡管這種驅(qū)動(dòng)形式使整車的穩(wěn)定性較好，但差速器的引入使叉車不易充分實(shí)現(xiàn)90o轉(zhuǎn)向，而且電機(jī)前置所需要的驅(qū)動(dòng)功率也較大，有一定的局限性。若用兩個(gè)電機(jī)分別控制兩個(gè)車輪以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向時(shí)的速度差，則所需的安裝空間較大，增大了叉車的整體尺寸，達(dá)不到輕小的目的。另外，要想精確實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向差速而無(wú)打滑，那么對(duì)電機(jī)的控制系統(tǒng)要求極高，也較難實(shí)現(xiàn)。因此，我們選擇后輪驅(qū)動(dòng)。

后輪驅(qū)動(dòng)叉車由后輪做驅(qū)動(dòng)輪。這種形式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以獲得較小的轉(zhuǎn)彎半徑，與前輪驅(qū)動(dòng)相比更加機(jī)動(dòng)靈活。除此之外，因?yàn)椴孳囏?fù)載主要在前部，后輪所承受的載荷較小，因此所需的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率也較小。在這種布置方式下，蓄電池、電機(jī)和減速箱均位于后輪部分，一定程度上這也增加了叉車后方的配重，使叉車重心后移，增大了額定起升重量。具體設(shè)計(jì)方案如下所述。

后輪驅(qū)動(dòng)是由一個(gè)直流電機(jī)經(jīng)過(guò)齒輪變速箱帶動(dòng)后輪直接運(yùn)轉(zhuǎn)的，如圖1所示。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、變速齒輪、驅(qū)動(dòng)軸、后輪等部件組成。電機(jī)1豎直放置，通過(guò)一對(duì)直齒輪2和3進(jìn)行減速。之后，轉(zhuǎn)矩通過(guò)錐齒輪4和5進(jìn)行減速及改變傳動(dòng)方向，并通過(guò)錐齒輪6和7再次改變傳動(dòng)方向。這樣就將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩放大后傳給驅(qū)動(dòng)軸8，使其只承受扭矩。車輪9直接安裝在驅(qū)動(dòng)軸上，由軸帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)以上機(jī)構(gòu)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楹筌囕喌霓D(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了后輪驅(qū)動(dòng)。

圖1?? 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

叉車的轉(zhuǎn)向有兩種實(shí)現(xiàn)方式：前輪轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向。前輪承受著載荷的重壓，轉(zhuǎn)向時(shí)所受地面摩擦阻力較大，這會(huì)對(duì)輪胎產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損。另外，前輪主要起支承作用，若將其作為轉(zhuǎn)向輪，則轉(zhuǎn)彎半徑大，而且會(huì)削弱整車的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生側(cè)翻。由于前輪轉(zhuǎn)向存在著較大的局限性，因此我們將叉車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)為后輪轉(zhuǎn)向。

相比于前輪轉(zhuǎn)向，后輪轉(zhuǎn)向有諸多的優(yōu)勢(shì)。首先，后輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑小。轉(zhuǎn)向時(shí)，整車以后輪為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，前輪的運(yùn)動(dòng)如同圓規(guī)畫圓一樣，即使360°轉(zhuǎn)向也是沒(méi)有問(wèn)題的。因此十分靈活。其次，后輪受載荷較小，與地面間的阻力也較小，所以所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，操作更加方便。具體設(shè)計(jì)方案如下。

圖2?? 驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

后輪轉(zhuǎn)向是由萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)、兩對(duì)錐齒輪和一組平面四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，如圖2、圖3所示。方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)。然后萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)錐齒輪1旋轉(zhuǎn)，與之嚙合的錐齒輪2也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)比n12=2：1。系統(tǒng)中的四桿機(jī)構(gòu)為平行四邊形機(jī)構(gòu)，原動(dòng)曲柄在錐齒輪的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)曲柄也隨之運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)錐齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)。錐齒輪3和4的傳動(dòng)比n34=2：1。由于錐齒輪4與車輪固結(jié)，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，車輪也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向時(shí)，整個(gè)變速箱連同后輪可繞后輪中心分別向左、向右旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了全轉(zhuǎn)向。

圖3? 傳動(dòng)系統(tǒng)局部放大圖

4.結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，三支點(diǎn)電動(dòng)叉車，與四支點(diǎn)叉車相比，有諸多優(yōu)勢(shì)。尤其是對(duì)其進(jìn)行的輕小型設(shè)計(jì)，使叉車具有了機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、作業(yè)空間小的特點(diǎn)。本文中所設(shè)計(jì)的輕小型三支點(diǎn)電動(dòng)叉車，對(duì)于增大倉(cāng)儲(chǔ)空間、提高土地利用率具有重要意義，可廣泛應(yīng)用于食品、服裝、電子等輕工業(yè)以及賓館、餐廳、車站等服務(wù)行業(yè)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張莉.國(guó)內(nèi)外三支點(diǎn)電動(dòng)叉車的發(fā)展[J].工程機(jī)械與維修，2004（6）：63-65.

[2]強(qiáng)麗榮.后驅(qū)動(dòng)三支點(diǎn)電動(dòng)叉車變速器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)[J].工程機(jī)械與維修，2010（3）：149-150.

作者簡(jiǎn)介：賀曉東（1994-），在讀本科生，中國(guó)石油大學(xué)（華東）車輛工程專業(yè)。

基金項(xiàng)目：2013年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃校級(jí)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（20131135）。