電動叉車的槽式取電裝置設(shè)計

黃張弛 楊忠達(dá)

摘要：本設(shè)計所研究的槽式取電裝置屬于一種電源連接結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于一些在移動中依然要求要保證電源供給的機構(gòu)，又或者是在移動過程中隨時要接入電源的設(shè)備，比如電動叉車等移動抬升設(shè)備。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并能有效提高工作效率，該研究主要解決設(shè)備在移動過程中取電的結(jié)構(gòu)性問題。

關(guān)鍵詞：電動叉車;槽式;電源連接

1? 研究概況

1.1 目的意義

電動叉車行業(yè)，若想對叉車進(jìn)行改良，使其可以輕易地在活動區(qū)域無拘束地獲得充電電源，則其必須摒棄累贅的電源線。那么電能如何接入，則是本研究所指向的范疇。目前，很多企業(yè)在電動叉車的實際使用過程中，當(dāng)叉車蓄電池電能顯示電量較低，導(dǎo)致對其起重造成困難的時候，如若電動叉車工作范圍固定在一個區(qū)域的時候，人們往往只采取直接接上電源，或者對電源線做加長處理，進(jìn)而直接帶著長長的電源線工作。這樣的做法往往會帶來幾方面的缺陷，首先，隨意更改電線必然會導(dǎo)致安全隱患，容易造成觸電事故;其次，長距離的電線鋪設(shè)終將導(dǎo)致電壓降低，使電位不穩(wěn)定，這樣對于精密加工的設(shè)備會帶來必然的影響;第三，長距離拉線會在空間布局上阻礙了電動叉車的運作;最后，在設(shè)備的實際使用上，會帶來先決條件上的缺陷，使設(shè)備的使用過程過于規(guī)限。有鑒于此，為了解決上述情況，本項目致力研究一種可以加裝在電動叉車設(shè)備上的取電裝置，既能有效提高設(shè)備的動作自由度，提升工作效率，又能給廠房的空間布局，綜合布線上帶來全新的格局。

1.2 國內(nèi)外概況

在國內(nèi)外，用于解決自動化設(shè)備長行程工作時，其附加設(shè)備取電難，布線不易的問題的解決方案不多，有在綜合布線上考慮解決問題的，有通過無線技術(shù)方案解決問題的，有通過弱電技術(shù)解決問題的，而從機械結(jié)構(gòu)上考慮解決該問題的方案畢竟還是少數(shù)，而且往往會出于只根據(jù)具體的某個設(shè)備作專門的技術(shù)改良，因此較難普遍的推廣。

類似的設(shè)計在我國也有出現(xiàn)，前期見于用在倉庫自動化設(shè)備上的改良較多。比如用在自動倉庫貨架的取電結(jié)構(gòu)改裝等就較為類似，對該問題的考量原因是其蓄電池在工作中使用頻繁，因而需要頻繁充電，所以如果單純依靠蓄電池作為起重動力源的話，蓄電池的使用壽命必然不能長久。因此該類型設(shè)備在這方面做出考慮，需要開發(fā)一種起重時候用的電源連接裝置，延長自動倉庫貨架蓄電池的使用壽命。而本設(shè)計也參考了類似裝置，研究一種可以安裝在電動叉車以及大多數(shù)設(shè)備上的取電裝置，而不必只針對單一設(shè)備進(jìn)行研究，因而可以有效推廣。

1.3 市場預(yù)測和發(fā)展趨勢

本項目研究的這種裝置結(jié)構(gòu)，是電動叉車在長行程中運行而同時其附加設(shè)備需要用電時，通過該取電裝置獲取電能，避免被冗長的電線拖累從而降低電動叉車的空間使用效率，提高了設(shè)備的設(shè)計靈活性與空間自由度，也加大了設(shè)備的自動化程度，可以進(jìn)一步推廣到廣大有類似需求的自動化設(shè)備上。從這一角度出發(fā)，預(yù)期市場上會得到廣泛的推廣和應(yīng)用。并且，由于概念創(chuàng)新，相信會帶來一系列設(shè)備設(shè)計理念的伴隨性改良。

2? 研究開發(fā)內(nèi)容、方法、技術(shù)路線

2.1 具體研究開發(fā)內(nèi)容和要重點解決的技術(shù)關(guān)鍵問題

2.1.1 具體研究開發(fā)內(nèi)容

本項目所研發(fā)的內(nèi)容，是一種能用于電動叉車以及大部分類似的自動化上的，滿足自由無限制接入條件的新型槽式取電裝置。這種裝置主要有上下兩插腳，和因應(yīng)設(shè)備而隨時改變安裝方式的插槽而組成。其中插腳部分安裝在移動的公端設(shè)備上，而插槽部分需要配合安裝在相對固定的母端設(shè)備上（比如貨架）。其主要研發(fā)內(nèi)容側(cè)重于連接裝置所設(shè)計的大小和具體位置，包括插腳與插槽大小的配合，插頭的頂針小球的結(jié)構(gòu)設(shè)計，插槽的銅片結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)線的綜合布線設(shè)計等。

研究過程中，需要盡可能多地兼顧考慮各種類型的母設(shè)備布局，如弧形、轉(zhuǎn)角型、直線型等的配合問題。

2.1.2 重點解決的技術(shù)關(guān)鍵問題

在許多自動化設(shè)備里，盡管用上了自動化技術(shù)（比如自動導(dǎo)航設(shè)備），也很難避免出現(xiàn)插頭與插座對接不準(zhǔn)確而需要降低對接的動作速度的問題，這是必然會遇到的問題。原因在于傳統(tǒng)的插腳與插座都設(shè)計得比較細(xì)小，這樣必然會出現(xiàn)插頭與插座對接時候的尷尬現(xiàn)狀，所以只能用放慢對接速度的方法去解決精準(zhǔn)對接的問題。

在這種情況下，新型的取電裝置就應(yīng)運而生了，在連接的時候，不管什么樣的情況都能連接得上，可以順利獲取電能，這是關(guān)鍵所在。

鑒于上述情況，考慮插座結(jié)構(gòu)需要設(shè)計成長槽型，分上下兩槽放置于母端設(shè)備需要連接處，且長度應(yīng)該盡可能多的圍繞母端設(shè)備去設(shè)計;為了保證插腳與插座配合時能可靠取電，插腳端部考慮采用頂針萬向滾球的設(shè)計。著重設(shè)計插槽與插腳本體之間在高度方向上的間隙，要求插槽銅片與插腳本體之間的距離小于頂針萬向滾球凸出部分的高度。

在這種情況下，電源連接裝置就可以在連接的時候，不管什么樣的情況都能連接得上，可以順利獲取電能，這是關(guān)鍵所在。

2.2 項目的特色和創(chuàng)新之處

對于一些在長行程移動中依然要求要保證電源供給的機構(gòu)，又或者是在移動中過程中隨時要接入電源甚至是變換電源種類的設(shè)備中，比如一些“就地形”的抬升設(shè)備，和一些精密自動化設(shè)備等，都可以考慮利用本研究設(shè)計的取電裝置，從而輕松擺脫固有電源插頭與插座以及長導(dǎo)線連接引起的一連串問題，并能有效提高設(shè)備的使用效率，進(jìn)一步提高相關(guān)設(shè)備的自動化程度。

2.3 要達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會、經(jīng)濟(jì)效益

2.3.1 技術(shù)指標(biāo)

該新型槽式取電架構(gòu)，包括有安裝在任何作為公端設(shè)備上的的插腳，和設(shè)置在母端設(shè)備上的插槽組成;在其中所述插腳中，可以是上下排列，也可以是左右排列，只要跟母端插槽相對應(yīng)就行，因此可以靈活多變。因此，所述槽式插槽也應(yīng)該為上下對應(yīng)或左右對應(yīng)的，其中一槽通過金屬片與外部電源高電位相連，另一槽則與零電位相通，根據(jù)需要，可增加一槽用于接地，這樣可以在平時的移動對應(yīng)連接過程當(dāng)中時刻保持去靜電的功能。另外，插腳頭部上端面前方安裝萬向金屬球，可滾動，滾球兩端有滾軸，而轉(zhuǎn)軸安裝在所述插腳內(nèi)部設(shè)置的安裝槽內(nèi)，且安裝槽內(nèi)還裝有彈簧，位于滾軸下方。金屬滾球通過穿設(shè)在所述插腳內(nèi)部的電線，與相關(guān)公端設(shè)備的供電端導(dǎo)電聯(lián)通。插槽外部材料采用高強度、低脆性的絕緣材料，能承受插腳與插槽配合時的作用力。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會效益

①經(jīng)濟(jì)效益。該連接結(jié)構(gòu)與母端設(shè)備配套使用，能徹底將母端設(shè)備的固定取電方式自由化，解放了母端設(shè)備的活動自由度與靈活度。例如，該連接結(jié)構(gòu)可以用于直流起重設(shè)備的改良上，安全高效。改良安裝上這種取電裝置，可以很大程度上提高其自動化程度，能輕松實現(xiàn)由原來的小功率轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β蕪姸裙ぷ?，解決隨時使用大功率電源的問題。②社會效益。該項目所研究的連接結(jié)構(gòu)屬于一種創(chuàng)新理念設(shè)計，對于有這種靈活用電需求的設(shè)備是值得推廣應(yīng)用該技術(shù)的，以此來提高設(shè)備利用率，增加設(shè)備的靈活性和自由度，使設(shè)備可以更開放地根據(jù)需求而去設(shè)計，無需受用電方式的束搏。由于理念創(chuàng)新，相信會帶來一系列設(shè)備設(shè)計理念的伴隨性改良。

2.4 采用的方法、技術(shù)路線以及工藝流程

2.4.1 采用的方法

①自動化設(shè)備模型設(shè)計。為了實現(xiàn)移動取電自動化，所設(shè)計的模型可以是任意的，比如電動叉車，只要后期能夠裝上自動取電的插槽和插腳即可，但首先要求插槽與插腳是對應(yīng)布置，可以上下，可以左右，可以沿軌道拐彎，只要設(shè)備在整個工作過程中移動的時候使設(shè)備公端插腳部分能與設(shè)備母端插槽部分充分接觸即可。

②插腳插槽設(shè)計。在上述結(jié)構(gòu)中，用插槽而不是用傳統(tǒng)的插孔，是考慮到設(shè)備在實際應(yīng)用環(huán)境當(dāng)中，有可能會遇上工作對象位置時刻變動，或工進(jìn)位置過長等原因，那么設(shè)備母端的取電位置必然要調(diào)整到使公端插頭能伸進(jìn)電源處取電。這樣一來，如果取電方式采用傳統(tǒng)的插頭與插孔配合的方法的話，設(shè)備當(dāng)時的位置就不能再保證插頭能對應(yīng)上原來的插孔位置。而本設(shè)計中把傳統(tǒng)插孔改為軌道插槽，就可以實現(xiàn)一種寬域的配合，使設(shè)備模型的取電位置可以解放出來，從而方便實際應(yīng)用。方法如下：

第一種，插槽與外部電源相連接，上槽和下槽的內(nèi)頂部靠里面一側(cè)均設(shè)有薄長銅片，上槽銅片與高電位相連，下槽銅片與零電位相連;第二種，可以根據(jù)實際情況需要，加裝第三槽為接地槽（必要性很?。?第三種，是三槽380v（或者是任意要求的工作電位）的設(shè)計，方便工廠設(shè)備使用。

為了保證插腳完全插入到插槽時，萬向滾球都能夠很好的與銅片接觸，銅片的長度與寬度要進(jìn)行相應(yīng)考慮。而為了防止因設(shè)備公端移動幅度過大而影響插腳正常插入插槽導(dǎo)致無法取電的情況，插槽的布置位置也應(yīng)做出相應(yīng)考慮。為了保證插腳插入時能與插槽銅片正常接觸，則插腳本體與插槽之間的間隙距離亦要做出相應(yīng)考慮。而為了防止插腳與插槽內(nèi)壁發(fā)生碰撞，插腳長度也應(yīng)做出考慮，且當(dāng)插腳完全插入插槽時，金屬滾球與銅片應(yīng)能剛好相互接觸，并要求設(shè)備正好處于公端相對插槽寬度方向不再進(jìn)給的狀態(tài)。

2.4.2 技術(shù)路線及流程

項目設(shè)計路線及流程如圖1所示。

2.4.3 對環(huán)境的影響及預(yù)防治理方案

本項目對環(huán)境沒有影響，不涉及化學(xué)污染因素，無需采取特殊的環(huán)境保護(hù)防治方案。

3? 研究總結(jié)

3.1 技術(shù)創(chuàng)新點

該項目所研究的電動叉車槽式取電裝置屬于技術(shù)創(chuàng)新型的。針對這個領(lǐng)域，目前市場上往往只是出現(xiàn)通用的（兩腳的或三腳的）電源插座，以及標(biāo)準(zhǔn)的電源插頭與之連接，而一旦出現(xiàn)一些設(shè)備機構(gòu)在內(nèi)部特殊情況需要取電，而又往往不能配置成插座與插頭連接的時候;又或者盡管有插頭，但也不能精準(zhǔn)對應(yīng)上插座，那么這個時候往往需要借助電子設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)識別，讓其自動配對。而本項目所要設(shè)計的取電結(jié)構(gòu)則可以滿足隨時可以連接上電源的這種需求。

3.2 設(shè)計成熟程度

本設(shè)計對該槽式取電裝置結(jié)構(gòu)處于初期研究階段，目前已有研究方案，設(shè)計圖紙，并繼續(xù)針對一些實際生產(chǎn)企業(yè)在實際工作當(dāng)中所遇到的一些問題作出進(jìn)一步完善處理。

3.3 設(shè)計完成時所處階段

該設(shè)計處于初步能成功實現(xiàn)的階段，進(jìn)而可以與有同類型使用需求的企業(yè)進(jìn)行項目對接，解決企業(yè)的生產(chǎn)難題，對企業(yè)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改良，使其能實現(xiàn)使用該槽式取電裝置所帶來的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚琳娜.電動叉車智能充電機充電技術(shù)研究[J].工業(yè)和信息化教育，2014（10）.

[2]陳敏娜，田華，劉玉榮.純電動叉車快充裝置的設(shè)計研究[J].2019（06）.

[3]趙皎云.國產(chǎn)電動叉車全面進(jìn)階[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2020（02）.