站駕前移式叉車設(shè)計與研究

摘要：站駕前移式叉車作為一種優(yōu)勢明顯的常用叉裝設(shè)備，具體諸如噪聲低、節(jié)能環(huán)保、作業(yè)空間小等特點。以站駕前移式叉車為研究對象，闡述該叉車的總體設(shè)計方案、工作原理、相關(guān)性能參數(shù)確定方法，并對蓄電池組、變速箱等一系列元件的選擇進行分析，可為相關(guān)設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞：站駕前移式叉車；基本原理；方案設(shè)計；性能參數(shù)

0 " 引言

近年來，叉車設(shè)計技術(shù)愈發(fā)先進，各種新型叉車層出不窮，整體性能大幅度提升，其中三大類工業(yè)叉車中，以電機為動力、蓄電池為能源倉儲叉車應(yīng)用最為廣泛。本文以站駕前移式叉車為研究對象，闡述該叉車的總體設(shè)計方案、工作原理、相關(guān)性能參數(shù)確定方法，并對蓄電池組、變速箱等一系列元件的選擇進行分析。

1 " 前移式叉車概述

前移式叉車屬于倉儲式叉車范疇，根據(jù)具體操作方式可劃分為兩種，即座駕前移式、站駕前移式。前移式叉車的門架或貨叉架可前后移動。門架前后移動是指作業(yè)過程中，通過叉車門架移動帶動貨叉整體前移，當(dāng)伸至前輪之外便可完成目標(biāo)物獲取的叉取或放置操作。貨叉架亦可帶動叉車前后移動，但原理與前者不同，即貨架帶動貨叉前移進行作業(yè)，叉車移動則又會帶動貨叉收回至支撐面。叉車穩(wěn)定性源于兩條配備輪子的伸支腿，且門架也可幫助叉車沿支腿內(nèi)側(cè)軌道穩(wěn)定移動，整個叉取貨物過程中，貨物中心始終在叉車支腿內(nèi)部，由此進一步保障了叉車運行的穩(wěn)定性。

2 " 站駕前移式叉車優(yōu)化設(shè)計可行性

站駕前移式叉車可于有限作業(yè)空間穩(wěn)定完成高位堆垛作業(yè)，目前諸如平衡重式叉車、堆垛車等均無法完成這一作業(yè)任務(wù)。站駕前移式叉車結(jié)構(gòu)采用三支點支撐方式，前部擁有兩個承重輪，后部設(shè)置一個驅(qū)動輪、一個轉(zhuǎn)向輪。

基于三支點較四支點叉車穩(wěn)定性較弱、減振效果較差，為了改變這一現(xiàn)狀，設(shè)想對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并使用轉(zhuǎn)向輪、輔助輪替換叉車后輪。目前國內(nèi)多數(shù)叉車研究都集中在座駕前移式叉車，而站駕前移式叉車零部件與之類似，可以利用其成熟可靠的零部件進行設(shè)計改進，為此認為對站駕前移式叉車進行優(yōu)化設(shè)計是可行的。

3 " 站駕前移式叉車總體設(shè)計方案

3.1 " 站駕前移式叉車工作原理

站駕前移式叉車因操作人員站立操控叉車作業(yè)得名，本文設(shè)計的叉車類型為2t站駕前移式叉車。站駕前移式叉車工作原理如下：操作人員到達叉車駕駛位置，操控方向手柄發(fā)出操作信號，方向檢測開關(guān)及加速踏板收到操作信號，將信號傳遞至驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器處理所接收的轉(zhuǎn)向或行駛信號，得到對應(yīng)控制電壓，并將控制電壓施加在站駕前移式叉車電機兩端。電機兩端接收電壓后扭矩隨之增大，將動力提供給叉車驅(qū)動車輪，以帶動叉車完成前進、后退、轉(zhuǎn)向等相關(guān)動力操作。運行速度則可由操作人員自行于叉車編程器設(shè)置。

對于站駕前移式叉車門架前后移、升降等操作而言，需要借助起升組件完成。其中門架升降速度分別由單片機、多路閥進行控制，而前后移動、左右側(cè)移等動作完成速度均由單片機控制，速度設(shè)定與叉車運行速度類似，需通過編程器設(shè)置。

站駕前移式叉車門架下降工作原理如下：打開叉車多路閥閥芯，叉車起升液壓缸受重物作用向下運動，起升液壓缸中的液壓油經(jīng)多路閥最終流回至油箱，由此完成站駕前移式叉車叉車門架下降動作。其中門架下降速度受重物及閥芯打開程度兩方面因素影響。

3.2 " 站駕前移式叉車主要部件配套

站駕前移式叉車包含多個系統(tǒng)，各系統(tǒng)部件眾多，下面就其中一些主要部件及配套方案進行介紹分析。

3.2.1 " 傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)為站駕前移式叉車核心部分，該系統(tǒng)驅(qū)動電機型號為HPQ4.5-4HC，產(chǎn)自廣東合浦，為交流電機，額定功率為4.5kW，電壓為33V，轉(zhuǎn)速分別為2600r/min；齒輪變速箱速比為17.62。

3.2.2 " 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液壓轉(zhuǎn)向的使用方式，涉及的主要部件為方向盤、液壓轉(zhuǎn)向器、液壓輪等。

3.2.3 " 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)主要包含腳踏板、電磁制動器等，電磁制動器型號為BFK457-16，工作電壓為42V，扭矩為125N·m。

3.2.4 " 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)采用共泵分流技術(shù)，部件主要有油泵電機、多路閥、液壓轉(zhuǎn)向器、油箱等，油泵電機產(chǎn)自廣東合浦，型號為HPB8.6-4HCl，額定功率為8.6kW，電壓為32V、電流為220A，轉(zhuǎn)速為1603r/min，多路閥則為標(biāo)配三連閥，即起升、前移、前后傾三聯(lián)，調(diào)定、轉(zhuǎn)向壓力分別為17.5MPa、9MPa。液壓轉(zhuǎn)向器型號為BZZ5-E62BA-H，排量63mL/r，油口以O(shè)形圏的方式密封。

此外，叉車部件還包括車身系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，起升組件中的門架采用的是15號槽鋼，分布在門架左右側(cè)，標(biāo)準(zhǔn)的起升高度為3000mm，貨叉前后傾角分別為3°、5°。本文所設(shè)計站駕前移式叉車如圖1所示。

4 " 站駕前移式叉車各個系統(tǒng)設(shè)計

各系統(tǒng)的設(shè)計是站駕前移式叉車設(shè)計的核心內(nèi)容，對于該類型叉車而言，需要設(shè)計的系統(tǒng)主要包含動力與驅(qū)動系統(tǒng)、液壓與操縱系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)。

4.1 " 動力系統(tǒng)選型及驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

4.1.1 " 動力系統(tǒng)選型

對于動力系統(tǒng)而言，主要是確定蓄電池組的選型及各項參數(shù)。就目前而言，電動叉車中常用的電池主要包含鉛酸蓄電池、燃料蓄電池以及鋰電池3種。鉛酸蓄電池可靠性好、價格便宜，基本性能能滿足該叉車的動力需要，雖然當(dāng)前應(yīng)用中還存在著一定的問題，但不影響正常使用。經(jīng)綜合比較后，認為鉛酸蓄電池更符合站駕前移式叉車應(yīng)用的基本需要。

在選定鉛酸蓄電池的基礎(chǔ)上，還需要確定電池組的額定電壓及具體容量，其中額定電壓主要是由叉車驅(qū)動電機、油泵電機額定電壓共同決定。通常，根據(jù)叉車用途、起重量等基本信息，可知叉車驅(qū)動及油泵電機額定電壓多取12V、24V、48V等。單個蓄電池的額定電壓則為2V，考慮到叉車實際應(yīng)用中蓄電池組多為串聯(lián)，得到相應(yīng)的蓄電池組電壓計算公式如下：

V=2N " " " " " " " " " " （1）

式中：N為所串聯(lián)的蓄電池的格數(shù)，其與單個蓄電池額定電壓的乘積變?yōu)檎麄€蓄電池組的額定電壓。在此基礎(chǔ)上經(jīng)調(diào)研可知，當(dāng)前前移式叉車額定電壓多選用48V，此條件下蓄電池組不論是可靠性還是性價比都比較高，因而最終確定48V為蓄電池組額定電壓。

就蓄電池組的容量而言，主要采用公式（2）進行計算：

C=I0·T " " " " " " " " " （2）

式中：I0表示該選電池組5h放電的平均電流，其可以用下式（3）進行計算，

I0=（I1+I2）/2 " " " " " " " " （3）

式中：T則表示蓄電池組的放電時間，此處按照5h進行計算。經(jīng)計算，可得蓄電池組的容量420A·h。綜上，由此確定蓄電池組為鉛酸蓄電池，相應(yīng)的額定電壓、容量分別為48V、420Ah。

4.1.2 " 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

對于驅(qū)動系統(tǒng)而言，其主要由驅(qū)動電機、車輪等部件組成，通過蓄電池供給驅(qū)動電機交流電，以實現(xiàn)叉車的前后移動等相關(guān)動作。所設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)單元結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳動比計算公式如公式（4）：

i=0.377r·nv/vmax=0.377×0.1715×2600/9.5=17.70（4）

式中：r為驅(qū)動輪的滾動半徑；nv為驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速，vmax則為叉車的最大允許速度。

根據(jù)傳動比，確定變速箱型號為DBS20。經(jīng)計算，確定驅(qū)動電機功率為2.97kW，叉車輪邊最大牽引力為10273.54N，具體的計算過程在此不再詳述。

4.2 " 液壓系統(tǒng)及操作系統(tǒng)設(shè)計

液壓系統(tǒng)主要是向叉車執(zhí)行機構(gòu)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器提供液壓動力油，并由此實現(xiàn)對貨叉升降、前后傾斜、門架前后移動等的控制，諸如液壓泵電機、多路閥、齒輪機等均屬于液壓系統(tǒng)范疇。

對于液壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的確定而言，主要是針對貨叉起升過程所需的液壓油流量及壓力進行計算。只要貨物起升需求滿足，其他的移動必然可行。具體而言，本文所設(shè)計的叉車門架為標(biāo)準(zhǔn)門架，高度3m，其中液壓缸鋼筒內(nèi)徑和行程分別為45mm、1505mm，相應(yīng)的受力情況如圖3所示。

起升油缸的作用面積計算如下：

（5）

當(dāng)叉車門架滿足起升條件時，舉升力須符合下式：

F=2（mg+mig） " " " " " " " "（6）

式中：m為叉車滿載貨物時的質(zhì)量，即為2000kg；mi所包含的主要是內(nèi)門架、貨叉等的質(zhì)量，預(yù)估取值為500kg。經(jīng)計算得到，舉升力為49000N。

該叉車液壓系統(tǒng)工作壓力計算如下：

（7）

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)計算得出貨物最大運動所需流量為21.5L/min。

4.3 " 站駕前移式叉車工作裝置設(shè)計

對該叉車各個系統(tǒng)部件及參數(shù)計算分析可知，叉車工作裝置主要是完成貨物升降、堆垛等作業(yè)任務(wù)。具體的工作裝置是由多級門式框架構(gòu)里、外嵌套構(gòu)成，并依靠升降液壓缸，使內(nèi)門架沿著外門架伸縮移動。叉車工作裝置架構(gòu)如圖4所示。

5 " 結(jié)束語

本文以站駕前移式叉車為研究對象，闡述該叉車的總體設(shè)計方案、工作原理、相關(guān)性能參數(shù)確定方法，并對蓄電池組、變速箱等一系列元件的選擇進行分析。本文的研究旨在為此類叉車的研究提供參考，以期不斷加快叉車的更新?lián)Q代，取得更好的應(yīng)用效果。

參考文獻

[1] 劉顯貴，楊坤全，張福斌，等.平衡重式叉車滿載急轉(zhuǎn)工況下

橫向穩(wěn)定性控制[J].華僑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，43（2）：

154-159.

[2] 曾駿.港口16t重型叉車視野不足分析和提升對策[J].港口科

技，2021（10）：19-22.

[3] 趙佛曉，吳信麗，朱坤，等.基于迭代計算的圖形化前移式叉車

穩(wěn)定性及剩余載荷計算方法[J].起重運輸機械，2021（16）：81-86.

[4] 林芳，鄧佳強.無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用與發(fā)展對策研

究[J].河南科技，2022，41（19）：45-49.

[5] 劉宇.基于AHP法的大型綜合物流園內(nèi)叉車風(fēng)險管理：以宜

昌三峽物流園為例[J].物流技術(shù)，2022，41（7）：83-86.

[6] 顧瑩一，繆惟民.永恒力新一代ETR伸縮式前移式叉車亮相

2014亞洲國際物流與運輸系統(tǒng)展[J].中國包裝工業(yè)，2014（21）：10.

[7] 申紅嬌，邱繼紅，徐方.基于多項式螺旋線的智能叉車路徑規(guī)

劃研究[J].機電工程，2022，39（10）：1477-1483.

[8] 創(chuàng)新無止境：林德全新電動站駕前移式叉車R14 SP/R16 SP/

R18 SP展示[J].中國儲運，2009（12）：78-79.