叉車線束的優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙龍

【摘? 要】叉車線束在實(shí)際裝配過程中的問題較多，裝錯(cuò)、線束損壞/燒蝕、整車布線凌亂等狀況經(jīng)常發(fā)生。同時(shí)，叉車線束的成本在所有車用電器中占有很大比重，出現(xiàn)問題就損失嚴(yán)重。本文從線束走向的優(yōu)化、常用功能集成到車架線束、發(fā)散式設(shè)計(jì)改成階梯式、不常用功能單獨(dú)做過渡線實(shí)現(xiàn)、發(fā)散式改成先集中后分散方式5個(gè)方面出發(fā)，對線束進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)，結(jié)果表明：優(yōu)化后的設(shè)計(jì)可以簡化線路和裝配流程，減少物料種類，降低管理成本。

【關(guān)鍵詞】線束優(yōu)化；集成化設(shè)計(jì)；階梯式設(shè)計(jì)

中圖分類號：U463.62? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0088-03

Optimal Design of Forklift Wiring Harness

ZHAO Long

（Shandong Liugong Forklift Co.，Ltd.，Linyi 276000，China）

【Abstract】There are many problems in the actual assembly process of forklift wiring harnesses，such as mis-assembly，damage or ablation of wiring harnesses，and messy layout of vehicle wiring harnesses. At the same time，the cost of forklift wire harness occupies a large proportion in all automotive electrical appliances，and the loss is serious when problem occurred. The wiring harness has been optimized from five aspects：the optimization of wiring harness layout，the integration of common functions into the frame wiring harness，ladder-type structure design，the realization of the transition line for the uncommon functions alone，and the centralized and then decentralized method in the paper. The results show that the electrical circuit and assembly process are simplified，the types of materials and management cost are reduced after the design optimization.

【Key words】wiring harness optimization；integrated design；ladder-type structure design

1? 引言

不管是內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動還是動力電池驅(qū)動，車架線束都是叉車電器部件的重要組成部分，其完整的生產(chǎn)流程一般包括主機(jī)廠電器人員設(shè)計(jì)、線束供方圖紙轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)用圖紙生成、制造路線工藝把控、線束品質(zhì)管控和合格品出廠發(fā)貨這幾個(gè)主要過程。其中，只有線束的三維數(shù)模生成、二維圖紙出圖以及技術(shù)要求編寫是在主機(jī)廠進(jìn)行，其他生產(chǎn)制造相關(guān)流程都是由線束廠家完成。也就是說，主機(jī)廠內(nèi)的線束設(shè)計(jì)是源頭，只有從源頭上保證好產(chǎn)品品質(zhì)，供方才可能交出滿意的產(chǎn)品。

2018年，李德軍[1]對商用車線束進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且從原理設(shè)計(jì)優(yōu)化、電器零部件開發(fā)優(yōu)化、線束回扎設(shè)計(jì)、線束品種歸類和模塊化設(shè)計(jì)等不同方面展開，為線束優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了思路，但是缺少詳實(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)例。2019年，王俊蘭[2]對混凝土泵車線束做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過采用就近布置線束以及采用專用裝置固定線束等措施，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、提高線束維修性的效果。2020年，黃江濤[3]聚焦汽車線束設(shè)計(jì)階段的降成本研究，通過架構(gòu)優(yōu)化、控制器集成、線束布置優(yōu)化等方法，達(dá)到了汽車線束降成本的目的。2022年，鄭藝[4]從能源安全和生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，提出汽車線束輕量化設(shè)計(jì)的概念，并且從鋁導(dǎo)線應(yīng)用、導(dǎo)線小型化、線束總體布局設(shè)計(jì)等方面實(shí)踐，論證了電氣系統(tǒng)輕量化的可行性。

本文主要從5個(gè)方面入手對叉車車架線束進(jìn)行改進(jìn)，其集成化設(shè)計(jì)能減少物料種類，降低設(shè)計(jì)變更的頻率，也能避免冗余物料的設(shè)計(jì)和出圖，大大提高了車架線束的通用化程度，同時(shí)物料種類的減少，給現(xiàn)場的物料管理提供了方便，降低了管理成本。而階梯式的防錯(cuò)設(shè)計(jì)減小了裝配難度，提高了電氣線路的安全性。其他方面的優(yōu)化也給整車電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、裝配效率帶來了明顯提升。

2? 線束的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1? 線束走向的優(yōu)化

電動叉車主要由電池、電機(jī)、電控三電系統(tǒng)組成，在實(shí)際的叉車使用過程中，三電系統(tǒng)的溫升是需要關(guān)注的重點(diǎn)問題。線束作為連接三電系統(tǒng)、電壓轉(zhuǎn)換器、用電設(shè)備的媒介，其固定位置和走向需要避開發(fā)熱嚴(yán)重區(qū)域，避免線路被燒蝕或燙傷，保證線路傳輸?shù)陌踩?。在電動叉車連續(xù)工作，尤其是在重工況下，電池和電機(jī)的發(fā)熱是比較嚴(yán)重的。依據(jù)動力電池溫升曲線圖（圖1）和電機(jī)溫升曲線圖（圖2）可知，動力電池的溫度一般可以達(dá)到50℃以上，電機(jī)的溫度可以達(dá)到100℃以上，這樣的高溫會給線束帶來自燃的危險(xiǎn)。常用做法是在電池的正下方設(shè)計(jì)一塊隔板，這樣主線束從控制器出來，從隔板下面穿過，這樣可以避免在電池吊裝的過程中對線束造成擠壓、磨損。由于距離電池很近，隔板為金屬板，隔熱效果不好，所以很容易造成管線路高溫灼傷。車架線束走向示意如圖3所示，對線路布局優(yōu)化后，從車尾部控制器出來，線束從車架的側(cè)面向前延伸，避開了動力電池、泵電機(jī)和牽引電機(jī)，可最大程度上減小發(fā)熱部件溫升對線束的影響。

2.2? 常用功能集成到車架線束

常用功能全部集成到車架線束，減少多根線束搭配使用的情況，減少了物料種類，簡化了裝配流程，縮短工時(shí)的同時(shí)，裝配難度減低。

目前電動叉車的動力電池主要有鉛酸電池和鋰離子電池兩種。

1）鉛酸電池以其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、高安全性、價(jià)格低廉等優(yōu)勢，在電動叉車發(fā)展的初始階段，被各大主機(jī)廠青睞和批量應(yīng)用。隨著鉛酸蓄電池在叉車上的推廣，其短板也逐漸暴露出來。首先就是能量密度低、儲能少，無法滿足叉車在強(qiáng)工況、惡劣環(huán)境下持續(xù)工作的需求，而頻繁充電造成叉車的工作效率降低，這是很多叉車客戶不能容忍的。其次，鉛酸電池因?yàn)槭峭ㄟ^電解液的化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)充放電，充電過程產(chǎn)生的蒸汽需要及時(shí)從電池內(nèi)部排出，以避免因電池內(nèi)外壓強(qiáng)失衡嚴(yán)重造成安全隱患和電池壽命的縮短，所以每次充電都需要打開鉛酸電池的加液蓋，補(bǔ)充電解液和排氣。這給電池充電過程增加了很多工序，而且每次都需要打開機(jī)罩，充電步驟繁瑣。此外，電池電量的讀取是通過測量電解液的密度間接計(jì)算出來的，儀表顯示的電量往往不準(zhǔn)確，這就造成電量顯示的剩余電量充足，實(shí)際蓄電池已經(jīng)是低電量或者虧電狀態(tài)，從而使叉車行走或者舉升動作受到影響。

2）隨著電池技術(shù)的發(fā)展和電池種類的增加，鋰電池的出現(xiàn)可以完美避免上面的問題。與鉛酸電池相比，鋰電池的能量密度大、使用壽命長、工況適應(yīng)范圍廣，這些優(yōu)勢使其在電動叉車上的應(yīng)用越來越廣泛。但是鋰電池的電量顯示需要通過通信CAN+和CAN-線讀取，動力電池通信口孔位定義如圖4所示，751是CAN+線，750是CAN-線，340和341是電池內(nèi)部通斷控制線。鋰電池因其具備智能化的BMS（電池管理）系統(tǒng)，電池電量的讀取精確度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，而且一般在電池的小儀表就可以看到，具備了可視化設(shè)計(jì)。由于鋰電池?zé)o可比擬的優(yōu)勢，鉛酸電池向鋰電池切換的趨勢越發(fā)明顯。早期優(yōu)化前的線束設(shè)計(jì)如圖5所示。由于早期的線束匹配的是鉛酸電池，并沒有使用CAN信號讀取電池電量的需求，早期鋰電池的引入，基本可以通過外加過渡線滿足。隨著鋰電池使用量的增加，鋰電池在叉車動力電池的比重加大，已逐步成為電動叉車的主流配置。集成化線束設(shè)計(jì)如圖6所示，CAN通信線和控制電池內(nèi)部供電通斷的電源線，可以集成到車架線束上，這樣，常用功能作為標(biāo)配組合到主線束，避免了使用過渡線造成的車內(nèi)布線凌亂，同時(shí)減少了物料種類，減小了裝配難度。

2.3? 發(fā)散式設(shè)計(jì)改成階梯式

發(fā)散式設(shè)計(jì)（圖7）是一種簡單、原始的設(shè)計(jì)方式。相互獨(dú)立的各個(gè)小分支的插件類型存在差異的情況下，比如插件的型號不同，或者插件型號相同，但實(shí)際連接線路的數(shù)量或者位置不同，則可以區(qū)分不同的分支，可避免在裝配過程中插錯(cuò)。不同分支的插件型號相同，僅用號碼標(biāo)識不同的分支或者沒有標(biāo)識，就極易在裝配中出現(xiàn)差錯(cuò)。而階梯式設(shè)計(jì)（圖8）可完美解決以上情況造成的錯(cuò)誤，不管插件型號相同還是不同，階梯式布局都可以直觀、簡約地傳遞給操作者正確的對接方式。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)方式是隨著車架線束的整體走向，跟相應(yīng)的電器負(fù)載的預(yù)留插件位置一一對應(yīng)的，所以每個(gè)分支的對接位置可以直接展示出來，減小了操作人員識別對接位置的難度，屬于防錯(cuò)設(shè)計(jì)的一種。通過這種設(shè)計(jì)方式的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)“傻瓜式操作”的目的，降低裝配難度的同時(shí)也能防止插錯(cuò)。

2.4? 不常用功能單獨(dú)做過渡線實(shí)現(xiàn)

在產(chǎn)品定義階段，根據(jù)車輛銷售地區(qū)不同以及使用工況的差異，不常用功能可以通過另加1根過渡線實(shí)現(xiàn)，避免了每根車架線束都預(yù)留不常用插接件，造成成本的增加。比如，國內(nèi)部分地區(qū)銷售的車型，對OPS電磁閥限制起升下降速度一般沒有要求，那就可以取消該功能開關(guān)的預(yù)留口。根據(jù)車輛實(shí)際使用的工況，彎道減速功能在國內(nèi)絕大部分地區(qū)沒有強(qiáng)制要求，彎道減速的功能開發(fā)初衷是轉(zhuǎn)急彎時(shí)車輛自動減速，以達(dá)到防止車輛側(cè)傾或翻轉(zhuǎn)，保護(hù)駕駛員人身安全，屬于主動安全配置的一種。實(shí)際上，該功能開發(fā)并不完善，彎道減速的減速大小和控制過程，需要在主機(jī)廠內(nèi)反復(fù)調(diào)試和行駛才能確定其相應(yīng)功能的控制器參數(shù)。車輛交付客戶使用后，很多用戶不適應(yīng)彎道減速調(diào)節(jié)的程度，往往會直接拔掉角度傳感器檢測轉(zhuǎn)角的插件，使此功能失效。所以可以根據(jù)市場需求，在主線束不做此功能的預(yù)留，只在有要求的訂單中通過外加1根過渡線實(shí)現(xiàn)。

2.5? 發(fā)散式改成先集中后分散方式

不同的車型，電器設(shè)備在叉車上分布情況存在差異，在電器負(fù)載比較集中的區(qū)域，需要進(jìn)行合理的線束布局設(shè)計(jì)。比如在車輛前方儀表架中間位置，儀表、電鎖、旋轉(zhuǎn)警示燈開關(guān)、喇叭按鈕、燈光組合手柄、前進(jìn)后退擋位手柄都集中在此位置。從車架線束的同一位置出線，不同負(fù)載對應(yīng)不同分支，只是實(shí)現(xiàn)了給負(fù)載連通信號的作用。布局優(yōu)化前線束如圖9所示，從主線路出來的小分支過多，會給實(shí)際裝車布線和捆扎固定帶來困難，增加了裝配員工的工作壓力，而且多個(gè)分支在儀表罩內(nèi)交錯(cuò)纏繞，極易與方向機(jī)柱等結(jié)構(gòu)件碰撞、摩擦，產(chǎn)生異響，增加了線路損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)后，從原始的發(fā)散式設(shè)計(jì)改成先集中后分散方式（圖10），也就是從主線束先出來總分支，盡量避開結(jié)構(gòu)件后再分出小分支連接相應(yīng)負(fù)載，總分支線比較粗，外面用波紋管防護(hù)，可有效保護(hù)線路避免磨損。小分支長度大大減小，避免上述問題的同時(shí)，整個(gè)布局也會更加整潔美觀。

3? 結(jié)論

車架線束普通又常見，但是要做出設(shè)計(jì)合理、成本低廉的產(chǎn)品確實(shí)需要多思考。本文通過在不同方面對車架線束進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅減小了線束制造的難度，降低了車架線束制作門檻，同時(shí)也簡化了裝配流程，方便了線束的實(shí)際裝車。線束走向的優(yōu)化，充分考慮了線束在車架內(nèi)的空間利用，排除了不良影響，提高了電器線路的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 鄭藝. 汽車線束輕量化設(shè)計(jì)方法[J]. 北京汽車，2022（2）：28-31.

（編輯? 凌? 波）