叉車電器的防護(hù)性能優(yōu)化設(shè)計

[摘要] 叉車電器的防護(hù)等級提升是一項困難并且需要持續(xù)改進(jìn)的工作。通過對實際裝車、車輛使用過程和內(nèi)外品質(zhì)問題反饋的電氣問題進(jìn)行分析研判，本文從線束的防護(hù)性能改善、電器負(fù)載的防護(hù)、電器布局及選料的優(yōu)化3個方面著手，對叉車電器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。事實證明，改善后的設(shè)計防護(hù)性能明顯提升，電器相關(guān)部件故障率降低，使用壽命延長。

[關(guān)鍵詞]叉車電器；防護(hù)等級提升；線束防護(hù)；電器布局優(yōu)化

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

Optimization design of protection performance of forklift electric appliance

ZAHO Long

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

【Abstract】Protection of forkliftelectricalappliances is a difficult task which requires continuous improvement. The design of the forklift electrical appliances has been improved from three aspects： the improvement of the protective performance of the wire harness，the protection of the electrical load，and the optimization of the electrical layout and material selection through the analysis and judgment of the vehicle use process and the internal and external quality problems feedback in the paper. Facts have proved that the protection performance is significantly improved，the failure rate of electrical appliances related components is reduced，and the service life is extended after design optimization.

【Key words】forklift electrical appliances；protection level improvement；wire harness protection；electrical layout optimization

作者簡介：趙龍（1988—），男，碩士，工程師，主要從事叉車電器的設(shè)計與研發(fā)。

收稿日期：2023-11-14

1 "引言

叉車電器對防護(hù)性能有比較嚴(yán)格的要求，防護(hù)一般指防塵防水性能，也就是常說的IP防護(hù)等級。乘用車的電器相關(guān)設(shè)備基本都處于金屬或者合金覆蓋件的包覆下，從而給汽車電器提供了有力和可靠的保護(hù)，把水完全隔離開的同時，灰塵也不容易進(jìn)入車體內(nèi)部。有別于乘用車，工業(yè)用車的使用工況往往比較惡劣，同時，儀表、微動開關(guān)、電鎖、翹板開關(guān)、換擋開關(guān)、燈光組合開關(guān)、喇叭按鈕、加速踏板、駐車制動等電器負(fù)載完全暴露在外面，沒有金屬結(jié)構(gòu)件的保護(hù)，這就給叉車電器的使用安全和壽命帶來了很大的潛在風(fēng)險。除了配置駕駛室選項的特殊訂單，量產(chǎn)車型基本都存在以上問題。尤其是在鹽業(yè)制造、化工廠、化肥廠、冷凍工廠等特殊工況，整車電器除了防塵、防水以外，還要滿足防結(jié)晶、防腐蝕和抗凍等要求。叉車電器除電機、電池、電控處于覆蓋件的完全保護(hù)下，其他電器相關(guān)器件都對防護(hù)等級有高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，以滿足工業(yè)車輛日常露天作業(yè)的正常使用。

在不同工況和使用環(huán)境中，電氣防護(hù)都有相應(yīng)的要求，以保證用電安全和延長電器使用壽命。1999年，朱海君[1]指出了綜合布線系統(tǒng)的電氣防護(hù)問題，并從電氣防護(hù)、防火、防電磁干擾、搭鐵等角度出發(fā)，列舉了具體的改善措施。2015年，鄭全舉[2]對電氣工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護(hù)做了深入研究，作者結(jié)合電氣自動化工程的特點，探討了相關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)措施。2018年，李以則[3]對市政路燈線路電氣安全防護(hù)措施進(jìn)行探討，研判了市政路燈線路施工中存在的安全隱患，并提出了多項市政路燈線路電氣安全防護(hù)措施。2022年，魏智娟[4]對船舶機械設(shè)備中電氣防護(hù)設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行了研究，并從電纜導(dǎo)架的安裝、電纜開孔圖的要求以及電氣設(shè)備搭鐵等方面展開論述，以保證電氣防護(hù)工作落實到位。

電氣安全是對電器設(shè)備使用和運行的基本要求，也是一切工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)活動實施的前提。電氣防護(hù)工作做得好，就可以給電氣安全工作多一份保障。本文著眼于叉車用電氣相關(guān)設(shè)備的使用安全，從不同角度給出了防護(hù)升級的措施，以提高叉車電器使用的安全性。

2 線束的防護(hù)性能改善

2.1 "不防水插件做防水處理

插件分防水和不防水兩種，常見的插接器一般都是防水的，如泰科、安普或者天海供貨的兩芯插件282080-1（DJ7021-1.5-21），如圖1所示。配套這種插件的線束通常先把電線剝皮，套上防水塞以后，再匹配對應(yīng)的端子進(jìn)行壓接，最后把壓接好的電線插入插接器鎖住。由于電線配合防水塞使用，所以插件尾部是可防水的，防水等級通?？梢赃_(dá)到IP54，能夠滿足日常淋雨、洗車或者濺水等狀況的防護(hù)要求。插件存在閑置孔位的情況，可以使用防水堵塞住，既美觀又可達(dá)到防護(hù)的目的。對于不防水插接器，主機廠沒有特殊或者指定的要求下，線束廠家通常是不做任何處理的。防水插件的孔位一般為圓孔，不防水插件的孔位為方孔，同時不防水插件的孔位尺寸比較大，沒有配套的防水塞或者防水堵與其配合使用。

為了達(dá)到所有插接器都能滿足防水要求，不防水插接器（圖2）可以做注膠處理。比如，熔斷絲盒的插接器DJ7061-6.3-11（圖3），本身是不防水的。為了達(dá)到防水效果，可以在線束端子插入插接器孔位后，使用卡夫特的704L有機硅密封膠或者K-5024K導(dǎo)熱硅膠注膠，使其填滿整個方形孔，注膠的量可選擇為與插接器的外延平齊。注膠完成后，將插件豎直放置，待膠固化后，就可直接與熔斷絲盒插件對接，裝車使用。這種處理效果實際比使用防水塞的效果要好，如圖4所示，處理后的插件可以完全避免外部灰塵和水進(jìn)入插件。

2.2 "防水插件盡量保持線徑統(tǒng)一

由于實際做線過程中，防水塞與線束線徑的匹配不能做到完全的對應(yīng)，比如線徑是0.85和0.5的兩種線，實際匹配的是同一種防水塞，這是線束廠家防水塞物料種類缺失或者防水塞本身類型豐富性缺失造成的。這種結(jié)果就導(dǎo)致了線徑0.5的電線匹配的防水塞過于寬松，電線和防水塞之間存在間隙，存在進(jìn)水可能。為了避免這種情況的發(fā)生，在線束設(shè)計階段，同一個插件盡量選擇統(tǒng)一的線徑，匹配對應(yīng)的防水塞，從而保證線束的防水品質(zhì)。

2.3 "使用對插件或者匹配護(hù)套防護(hù)

叉車的客戶訂單通常分為標(biāo)配和選配兩種。標(biāo)配的車型出貨量大，是主機廠的主打配置。選配依客戶要求而定，也占有一定的市場份額。同一款車型，不論標(biāo)配還是選配，通常有且只有一條車架線束，跟標(biāo)配和選配車型通用。這樣可以減少物料種類，方便現(xiàn)場的物料管理。選配車型由于增加了標(biāo)配選項以外的其他配置，功能豐富的同時，車架線束就得設(shè)計出預(yù)留的插接器滿足拓展功能的實現(xiàn)。同一條車架線束用在標(biāo)配車型上，預(yù)留的插接器的管理就非常關(guān)鍵，不僅影響到整個線束的防塵、防水性能，還能體現(xiàn)整車線束是否整潔美觀。

沒有對預(yù)留插件做出具體要求之前，預(yù)留插件通常不作處理或者直接用絕緣膠帶纏繞包扎（圖5、圖6），以達(dá)到絕緣和簡單防護(hù)的效果。根據(jù)實際的品質(zhì)反饋和客戶訴求，上述處理方式過于簡單粗糙，并不能達(dá)到客戶的心理預(yù)期。后期經(jīng)過設(shè)計改進(jìn)，改用對預(yù)留插接器進(jìn)行防護(hù)（圖7、圖8），對插件使用盲堵密封，這種改進(jìn)不僅提升了預(yù)留插接器的防護(hù)效果，還使整車線束布局美觀。

3 電器負(fù)載的防護(hù)

3.1 "微動開關(guān)防護(hù)

如圖9所示，微動開關(guān)的連接線和滾輪都裸露在外面，容易受到外部刮蹭、異物進(jìn)入、雨水淋濺等因素的影響，從而使微動開關(guān)功能失效或者壽命縮減。在鑄造行業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵大，揚塵極易濺入微動開關(guān)和撥桿之間縫隙或者微動開關(guān)內(nèi)部滾輪和本體之間，造成滾輪不回彈（圖10）。如圖11所示，在化肥廠、化工廠、食鹽制造廠等具有腐蝕性環(huán)境的工況，食鹽或者化肥等化學(xué)制品濺入微動開關(guān)的滾輪部位，會腐蝕金屬造成滾輪和內(nèi)側(cè)金屬的黏連，使?jié)L輪喪失回彈特性。為了避免這種情況的發(fā)生，延長微動開關(guān)的使用壽命，降低該配件的更換頻率，后期進(jìn)過優(yōu)化改進(jìn)，在開關(guān)外部增加一個橡膠套做防護(hù)（圖12），從而大大提升了開關(guān)的防護(hù)性能。

3.2 "散熱風(fēng)扇外加防護(hù)罩

散熱風(fēng)扇外加防護(hù)罩（圖13），可以一定程度上避免樹枝、木棍、樹葉、棉絮等較大尺寸的異物進(jìn)入風(fēng)扇，導(dǎo)致風(fēng)扇扇葉或者軸承卡滯，從而引起風(fēng)扇發(fā)熱嚴(yán)重、風(fēng)扇損害或者燒蝕。同時，也避免了操作人員開合機罩作業(yè)過程中，手等身體部位不慎觸碰到高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，造成人身傷害。

3.3 "充放電插頭配對應(yīng)防護(hù)套

由于充放電插頭直接連接電池，電池高壓對整車電器和駕駛員都有潛在的安全隱患，因此必須提前做好防護(hù)措施，防止電氣安全事故的發(fā)生。在車輛維修、電池充電、電叉長時間閑置過程中，電池放電插頭經(jīng)常需要跟整車電器連接斷開，以減少電池的虧電。電池放電插頭裸露，會導(dǎo)致外部的水汽、灰塵、雜物進(jìn)入插頭內(nèi)部，引起插頭內(nèi)部正極電極生銹、堵塞、短路等，從而使插頭使用壽命縮短或者引起電池發(fā)熱、爆炸、起火。對該插頭配置相應(yīng)的護(hù)套（圖14），基本可以隔絕以上因素的影響，提高了整車電氣安全性能。

3.4 "前照燈的防護(hù)升級

LED燈相較于傳統(tǒng)鹵素?zé)簦捎诰哂泄β实?、亮度高、損耗小等優(yōu)點，目前已經(jīng)在叉車電器中廣泛應(yīng)用。LED燈多采用整體封裝工藝，外殼防護(hù)等級可達(dá)到IP67級別，滿足一般工況下的防塵、防水要求。但是隨著叉車使用年限的加長，車輛使用過程中磕碰、撞擊、雨淋、日曬等因素的影響，LED燈也會不可避免地產(chǎn)生損壞，導(dǎo)致LED燈不亮。如圖15所示，初始設(shè)計的LED燈安裝座是一塊L型板，只能起到支撐和固定LED燈的作用，防護(hù)作用弱。升級后的LED燈安裝支架帶一塊上遮板（圖16），同時整個支架的寬度加寬，這樣就可以在一定程度上阻擋外部的碰撞、摩擦、磕碰，保護(hù)前照燈免受直接的雨水澆淋，從而延長了前照燈的使用壽命。

4 電器布局及選料的優(yōu)化

4.1 "通用型護(hù)孔圈用改良型橡膠圈替代

護(hù)孔圈是指套在叉車結(jié)構(gòu)件和覆蓋件開孔位置，防止液壓管路或者電氣線路經(jīng)過出線孔被磨損的膠圈。通用型護(hù)孔圈（圖17）可以跟機罩的預(yù)留穿線孔完美配合，是一種在叉車上應(yīng)用最廣泛的護(hù)孔圈，能對穿過孔位的管線路起到保護(hù)作用。通用型護(hù)孔圈缺點也很明顯，因其具有通用型和一般性，其內(nèi)徑尺寸較大，因此在對防護(hù)要求性能要求高的場所，該護(hù)孔圈不能滿足要求。如圖18所示，改良型橡膠圈能夠適配開孔尺寸的同時，可以對穿過其中的管線路緊密包裹，從而阻止了水、異物、塵土的進(jìn)入，防護(hù)效果大大提升。

4.2 "機罩開孔位置由座椅下方改至機罩側(cè)面

座椅的預(yù)留開關(guān)線穿過機罩與車架線束連接，可以實現(xiàn)OPS功能獲取座椅狀態(tài)信息的目的。如圖19所示，原始的機罩預(yù)留孔是開在座椅正下方位置，這樣可以實現(xiàn)連接線以最短距離到達(dá)車架線束的對應(yīng)插接口。但是由于座椅下方整個平面處于相對凹陷的位置，戶外作業(yè)的叉車在下雨、洗車過程中，水會順著機罩出線孔流到車體內(nèi)部，從而濺落到電池上表面，存在電器安全隱患。如圖20所示，優(yōu)化后的機罩，座椅出線孔改到機罩側(cè)面，這樣出線孔的位置加高，同時采用改良型的橡膠圈，避免了從外部進(jìn)水及其他雜物的可能。

5 "結(jié)論

電器相關(guān)線路及負(fù)載防護(hù)性能的提升是一項具有重要意義的工作，不僅關(guān)乎駕乘人員的安全體驗，還關(guān)乎客戶對電動叉車的認(rèn)可度和接受度。最近國內(nèi)外頻發(fā)的電車自燃、功能失效、顯示器黑屏等安全事故，給電動車設(shè)計人員敲響了警鐘，提高了對安全性能防護(hù)的重視。本文從車架線束、電器元件、整體布局等方面改進(jìn)，實現(xiàn)了電氣防護(hù)等級的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱海君. 綜合布線系統(tǒng)的電氣防護(hù)與接地[J]. 江蘇電器，1999（4）：11-12.

[2] 鄭全舉. 電氣工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)探究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（25）：150.

[3] 李以則. 市政路燈線路電氣安全防護(hù)措施探討[J]. 建材與裝飾，2018（23）：262.

[4] 魏智娟. 船舶機械設(shè)備中電氣防護(hù)設(shè)計及應(yīng)用[J]. 船舶物資與市場，2020，30（8）：75-77.

（編輯 "楊 "景）