一種新型電動(dòng)叉車的研究

韋輝

摘要：國(guó)家倡導(dǎo)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于節(jié)能環(huán)保型;從驅(qū)動(dòng)方式來(lái)看，電動(dòng)叉車市場(chǎng)未來(lái)將快速增長(zhǎng);進(jìn)入叉車行業(yè)的企業(yè)增多、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局發(fā)生變化;內(nèi)外企業(yè)大量進(jìn)入中國(guó)叉車市場(chǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈;主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)關(guān)鍵零部件的掌控能力加強(qiáng);價(jià)格戰(zhàn)決定了中國(guó)叉車行業(yè)的技術(shù)革新能力仍處于較低的水平;自主品牌產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國(guó)家差距依然明顯。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保;關(guān)鍵零部件;技術(shù)革新;自主品牌

引言

十二五時(shí)期是國(guó)家加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的攻堅(jiān)時(shí)期， 建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點(diǎn)。為適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的要求，必須積極開(kāi)發(fā)環(huán)保節(jié)能的新產(chǎn)品，防止大排量、高油耗、低技術(shù)機(jī)械的快速增長(zhǎng)，電動(dòng)叉車必將成為未來(lái)市場(chǎng)的消費(fèi)主流。

1.實(shí)施方案

此款新型叉車具有直行、側(cè)移、原地回轉(zhuǎn)、斜行四種模式的運(yùn)動(dòng)功能。以該車型能夠按需要實(shí)現(xiàn)車輛在平面內(nèi)任意方向行駛的萬(wàn)向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，研制系列裝卸搬運(yùn)車輛，包括萬(wàn)向小推車、萬(wàn)向移動(dòng)平臺(tái)、萬(wàn)向升降平臺(tái)、各噸位的萬(wàn)向叉車等。

此款車型具備傳統(tǒng)叉車的車身系統(tǒng)、工作裝置、液壓系統(tǒng)、機(jī)罩底板類、護(hù)頂架（駕駛室）、配重等常規(guī)部件。同時(shí)又具備傳統(tǒng)叉車不同的車輪、控制系統(tǒng)、操縱方式，采用全交流控制系統(tǒng)、四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、車輪采用螺旋式小滾輪結(jié)構(gòu)，依靠四個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)復(fù)合實(shí)現(xiàn)自行轉(zhuǎn)向。

2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由四個(gè)獨(dú)立的Mecanum wheel螺旋滾輪總成組成，成鏡像布置，車輪的布置方向見(jiàn)圖1，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)減速機(jī)由一個(gè)交流電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，減速機(jī)安裝在車架上，正確的排列螺旋滾輪的方向，各車輪通過(guò)正、反轉(zhuǎn)或0速的動(dòng)作指令，便可達(dá)成各種方向的控制。螺旋滾輪上的自由滾子與車輪軸心成45°方向，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，自由滾子與地面接觸，地面給予車輪的摩擦力方向也是45°。行走時(shí)摩擦力會(huì)出現(xiàn)X軸與Y軸的分量，在4個(gè)車輪速度相等的狀況下，控制4個(gè)車輪正、反轉(zhuǎn)或0速，即可得到前進(jìn)、后退、原地旋轉(zhuǎn)、斜向移動(dòng)四種模式下的復(fù)合運(yùn)動(dòng)方式。

圖1 車輪的布置方向

3.行駛控制系統(tǒng)

上位機(jī)（中央處理器）和每個(gè)電機(jī)控制器之間通過(guò)CAN OPEN協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，上位機(jī)的控制指令（數(shù)字信號(hào)）通過(guò)三軸操縱手柄直接傳到電機(jī)控制器。中間環(huán)節(jié)少，節(jié)點(diǎn)少，提高了系統(tǒng)的可靠性、精度和實(shí)時(shí)性，降低了線路損耗，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔清晰。采用CAN總線結(jié)構(gòu)的布局控制圖，見(jiàn)圖3。

圖3采用CAN總線結(jié)構(gòu)的布局控制圖

研究過(guò)程中已掌握了交樓調(diào)速控制器CAN總線的通信協(xié)議，并對(duì)交流控制器進(jìn)行了二次

開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了上、下位機(jī)的CAN通信和電機(jī)的矢量控制。驅(qū)動(dòng)控制器采用電機(jī)和速度的雙閉環(huán)控制。能將系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和速度的控制精度限制在±1%之內(nèi)，為系統(tǒng)的電子差速性能提供可靠保障，杜絕了機(jī)械構(gòu)件的干涉，實(shí)現(xiàn)了功能需求。

4.控制數(shù)學(xué)模型

上位機(jī)接收到手柄輸入指令，檢測(cè)請(qǐng)求信號(hào)是否正常，A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，通過(guò)數(shù)學(xué)模型解算成四個(gè)車輪電機(jī)的運(yùn)行方向和速度，即可實(shí)現(xiàn)車體任意方向的移動(dòng)。

4.1前進(jìn)、后退（沿Y軸方向移動(dòng)）

前進(jìn)時(shí)，四個(gè)車輪都向前滾動(dòng)，后退則都向后滾動(dòng)地面給予車輪摩擦力方向分別為45°和-45°，在地面給予四個(gè)車輪的摩擦力相等的情況下，X方向的分類相互抵消，只留下Y方向的分類，沿Y方向移動(dòng)。

4.2橫移（沿X軸方向移動(dòng)）

左橫移時(shí)，第一車輪與第四車輪向后滾動(dòng)，第二車輪與第三車輪向前滾動(dòng);右橫移時(shí)，第一車輪與第四車輪向前滾動(dòng)，第二車輪與第三車輪向后滾動(dòng)。

4.3原地旋轉(zhuǎn)（沿整車重心）

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一車輪與第三車輪向前滾動(dòng)動(dòng)，第二車輪與第四車輪向后滾動(dòng);逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一車輪與第三車輪向后滾動(dòng)，第二車輪與第四車輪向前滾動(dòng)。在地面給予四個(gè)車輪的摩擦力相等的情況下，將以自身的重心為圓心原地旋轉(zhuǎn)。

4.4斜向45°

右前移動(dòng)時(shí)，第二車輪與第三車輪停止不動(dòng)，第一車輪與第四車輪向前滾輪動(dòng);左后移動(dòng)時(shí)，第一車輪與第四車輪向后滾動(dòng)。

左前移動(dòng)時(shí)，第一車輪與第四車輪停止不動(dòng)，第二車輪與第三車輪向前滾動(dòng);右后移動(dòng)時(shí)，第二車輪與第三車輪向后滾動(dòng)。

5.節(jié)能環(huán)保

借助新能源汽車?yán)砟?，?lián)合動(dòng)力電池廠家，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，對(duì)標(biāo)美國(guó)電池，把電池效率提高到美國(guó)電池的75%以上;同時(shí)將鋰電池技術(shù)應(yīng)用于叉車上。該車同時(shí)配置了鋰電池電源系統(tǒng)，主要由電池組、BMS電池管理系統(tǒng)、車載智能充電機(jī)主要負(fù)責(zé)為電池組進(jìn)行可靠充電。

6.結(jié)束語(yǔ)

關(guān)鍵技術(shù)的解決：

（1）四輪驅(qū)動(dòng)車輪均衡磨損技術(shù)的解決：作為叉車整機(jī)，囊括了側(cè)面叉車的所有功能，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)多方位360°無(wú)死角行走。

（2）無(wú)需轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的螺旋滾輪技術(shù)：四個(gè)車輪成前后左右鏡向布置，車輪輪體采用螺旋滾輪技術(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，每個(gè)車輪只實(shí)現(xiàn)前后滾動(dòng)，不存在其他方向的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，車連本身也不需要常規(guī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，而是依靠四個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)復(fù)合模型實(shí)現(xiàn)整車的平面運(yùn)動(dòng)。

（3）鋼結(jié)構(gòu)輪胎減震技術(shù)的解決：選用工程機(jī)械和軍用坦克上技術(shù)成熟的履帶式橡膠作為鋼襯的包膠形成獨(dú)特結(jié)構(gòu)，減震效果比聚氨脂好，硬度相當(dāng)，摩擦系數(shù)、粘著系數(shù)與輪胎相近;車體后驅(qū)動(dòng)橋采用二級(jí)橡膠減震與車架連接，使后驅(qū)動(dòng)輪有浮動(dòng)功能，改善叉車的減振效果，解決了震動(dòng)和耐磨難題。

（4）獨(dú)特的聯(lián)合鎖定安全操作保護(hù)裝置：擴(kuò)大該車的使用范圍，考慮到能夠在30°坡度上顛簸安全運(yùn)行，安全保護(hù)級(jí)別非常高，采用獨(dú)特的聯(lián)合鎖定安全操作保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)：機(jī)械結(jié)構(gòu)安全鎖定、液壓鎖定、三重電氣安全控制保護(hù)，只有聯(lián)合鎖定安全操作裝置全面開(kāi)啟，才能實(shí)現(xiàn)整車完整動(dòng)作。