電動(dòng)叉車(chē)的線(xiàn)束優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘? 要】叉車(chē)線(xiàn)束是整車(chē)電氣的重要組成部分之一，是電動(dòng)叉車(chē)信號(hào)傳輸、能量傳遞、指令控制的橋梁和紐帶。本文從叉車(chē)線(xiàn)束耐熱、防水性、整車(chē)布局、材料選型4個(gè)角度出發(fā)，以工藝品質(zhì)評(píng)審結(jié)果為導(dǎo)向，以車(chē)輛運(yùn)行實(shí)際表現(xiàn)為依據(jù)，以客戶(hù)使用滿(mǎn)意度為目標(biāo)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)改良。結(jié)果表明：通過(guò)以上4個(gè)方面的優(yōu)化改進(jìn)，叉車(chē)線(xiàn)束布局整潔美觀，電氣故障產(chǎn)生概率明顯降低。

【關(guān)鍵詞】線(xiàn)束優(yōu)化;防水性;線(xiàn)束布局

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）05-0043-03

【Abstract】Wiring harness which is the important component of forklift electric appliances is the bridge and link of signal and energy transmission for the whole forklift truck. Based on the actual performance of vehicle operation，the process quality review results and customer satisfaction feedback，field test and design improvement have been carried out from four perspectives：heat resistant quality，water resistance，wiring harness layout，material selection in the paper. The results show that through the optimization and improvement of the above four aspects，the layout of wire harness of forklift truck is neat and reasonable，and the probability of electrical faults is reduced.

【Key words】wire harness optimization;water proofing property;wiring harness layout

作者簡(jiǎn)介

趙龍（1988—），男，碩士，工程師，主要從事叉車(chē)電器的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。

1? 引言

隨著2022年第20次全國(guó)代表大會(huì)的召開(kāi)，碳中和碳達(dá)峰的目標(biāo)再次被提上日程，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)迫在眉睫。由于中國(guó)國(guó)內(nèi)已探明的石油儲(chǔ)量有限，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)燃油車(chē)消耗以及石油相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)加工的需求，石油絕大部分依賴(lài)進(jìn)口。目前，國(guó)際局勢(shì)復(fù)雜多變，局域武裝沖突不斷，若單純依賴(lài)進(jìn)口，會(huì)給國(guó)家的能源使用帶來(lái)隱患。同時(shí)，石油燃燒產(chǎn)生多種有毒有害氣體，不僅污染環(huán)境，也直接影響著人的身體健康。21世紀(jì)初，國(guó)家定下發(fā)展新能源汽車(chē)的規(guī)劃，經(jīng)過(guò)最近幾年的發(fā)展，新能源汽車(chē)的使用越來(lái)越廣泛，甚至從國(guó)內(nèi)發(fā)展到了海外市場(chǎng)。

近年來(lái)，新能源汽車(chē)在政策大力扶持下快速發(fā)展起來(lái)了，其技術(shù)沉淀遠(yuǎn)不如內(nèi)燃車(chē)，這也是電動(dòng)用車(chē)推向市場(chǎng)以后反饋出很多問(wèn)題的一方面原因。電氣故障導(dǎo)致的多功能顯示屏死機(jī)、屏幕觸控反應(yīng)延時(shí)、語(yǔ)音喚醒功能失效、車(chē)窗升降功能失靈、剩余電量顯示失準(zhǔn)等問(wèn)題屢屢見(jiàn)諸報(bào)端，這些問(wèn)題不僅影響駕乘者的行駛體驗(yàn)，可能會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患，引起道路交通安全事故的發(fā)生。電氣故障產(chǎn)生的原因，一方面是電子設(shè)備終端存在設(shè)計(jì)缺陷，電路板或者電子元器件抗干擾能力差，散熱或者防水性能達(dá)不到要求導(dǎo)致，另一方面，與電子設(shè)備連接的線(xiàn)束的可靠性也關(guān)系密切。

車(chē)架線(xiàn)束雖然只是起電池、信號(hào)源、處理器、電器負(fù)載之間的連接作用，但是其防護(hù)性能水平、抗干擾能力以及整車(chē)布局分布決定著線(xiàn)束和電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和壽命。車(chē)架線(xiàn)束設(shè)計(jì)合理、防護(hù)等級(jí)高、電壓電流擾動(dòng)因素少，電池以及電氣設(shè)備的放電和供電就相對(duì)平穩(wěn)，整車(chē)用電環(huán)境安全，發(fā)生電氣故障的概率就相應(yīng)減少。

2? 線(xiàn)束的耐熱性設(shè)計(jì)

車(chē)架線(xiàn)束本質(zhì)上只是電線(xiàn)、插接器、外部防護(hù)材料的組合，除了電線(xiàn)內(nèi)部含有銅等金屬外，其他材料均是塑料或者塑膠材料（圖1），因此極易受到磨損、受力產(chǎn)生變形、遇熱熔化或者自燃。通過(guò)在線(xiàn)束經(jīng)過(guò)的地方增加線(xiàn)夾（圖2），可以約束車(chē)架線(xiàn)束的走向，起到固定線(xiàn)束的作用，避免線(xiàn)束產(chǎn)生甩動(dòng)、磨損。

線(xiàn)束的耐熱性防護(hù)主要通過(guò)兩個(gè)方面進(jìn)行改善：主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)。主動(dòng)防護(hù)就是車(chē)架線(xiàn)束的布局遠(yuǎn)離電池、泵電機(jī)、牽引電機(jī)、主控制器等長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)熱比較嚴(yán)重的單元，與這些潛在的高溫區(qū)域預(yù)留出足夠的空間距離，從而避免線(xiàn)束被高溫灼傷。被動(dòng)防護(hù)主要通過(guò)車(chē)架線(xiàn)束的外部防護(hù)材料實(shí)現(xiàn)。眾所周知，線(xiàn)束的處理工藝一般為膠帶間隔纏繞或者全部纏繞，然后套對(duì)應(yīng)口徑的波紋管防護(hù)。也就是說(shuō)，波紋管處在與外界接觸的最外沿，因此，波紋管需要選擇阻燃波紋管，一般可選PP（Polypropylene）或者PA（Polyamide）阻燃波紋管即可。

3? 線(xiàn)束的防水性設(shè)計(jì)

工程用車(chē)的主要作業(yè)場(chǎng)所是在戶(hù)外，因此整車(chē)防水性能水平要達(dá)到一定的要求，以滿(mǎn)足戶(hù)外淋雨等工況下的正常使用。線(xiàn)束的防水性設(shè)計(jì)優(yōu)化主要從車(chē)架線(xiàn)束的布局、插接器的選型、外部防護(hù)工藝3個(gè)方面改進(jìn)。

首先是在車(chē)架線(xiàn)束的整車(chē)布局上，線(xiàn)束走向盡可能布置在機(jī)罩、側(cè)罩、儀表罩等覆蓋件的包覆下，以追求達(dá)到百分百防水效果。實(shí)際上，機(jī)罩和側(cè)罩之間存在縫隙，同時(shí)，機(jī)罩和側(cè)罩本身留有出線(xiàn)孔、散熱口預(yù)留孔，如圖3、圖4所示，故不可能只通過(guò)覆蓋件和結(jié)構(gòu)件的保護(hù)來(lái)達(dá)到完全防水的效果。因此，線(xiàn)束本身的防水性能也極其關(guān)鍵，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮著重要作用。線(xiàn)束末端與電氣元件對(duì)接的插件器分防水和不防水兩種，為了提高防水等級(jí)，在選型階段，可以盡量選擇防水插接件。同時(shí)，不防水插件可以通過(guò)注膠等方式使其達(dá)到防水效果，避免了從插件位置進(jìn)水的可能。在車(chē)架線(xiàn)束的外部包裹上，主分支部分通常可以借助粗波紋管套管做到完全防護(hù)。小分支末端，則需要套熱縮管收緊，如有必要，最好可以套帶膠熱縮管防護(hù)，以提升防護(hù)效果。

4? 車(chē)架線(xiàn)束的布局

電氣元件遍布整個(gè)叉車(chē)，如圖5所示，從前方到后方，從左側(cè)到右側(cè)，基本都有用電設(shè)備的存在。比如，叉車(chē)儀表、翹板開(kāi)關(guān)、擋位開(kāi)關(guān)、燈光控制按鈕、喇叭、電鎖等都處在叉車(chē)車(chē)頭位置，控制器、倒車(chē)蜂鳴器、熔斷絲盒、閃光器、散熱風(fēng)扇、DCDC電壓轉(zhuǎn)換器等大多設(shè)計(jì)在叉車(chē)的尾部，也就是平衡重位置，叉車(chē)護(hù)頂架的左側(cè)和右側(cè)是相應(yīng)的前照燈、轉(zhuǎn)向燈、后組合燈等電器負(fù)載。因此，叉車(chē)線(xiàn)束設(shè)計(jì)的前期階段，就得規(guī)劃好線(xiàn)束走向，從而達(dá)到整車(chē)線(xiàn)束布局的美觀性。

為了使整車(chē)線(xiàn)束布局合理，設(shè)計(jì)階段主要從成本最優(yōu)、防錯(cuò)優(yōu)化兩個(gè)方面開(kāi)展工作。車(chē)架線(xiàn)束的成本核算主要來(lái)自銅等金屬的使用量和插接器價(jià)格兩個(gè)方面，所以，通過(guò)減少銅等金屬的使用量和優(yōu)化插接器選型可以將車(chē)架線(xiàn)束的成本降低。在設(shè)計(jì)階段，可以遵循主分支直達(dá)車(chē)頭車(chē)尾、小分支出線(xiàn)位置距離電器終端最近原則，可以使主線(xiàn)束長(zhǎng)度最短，從而減少電線(xiàn)的消耗。根據(jù)電氣負(fù)載的功率，計(jì)算出該分支通過(guò)的電流大小，對(duì)應(yīng)匹配相應(yīng)線(xiàn)徑的電線(xiàn)，避免線(xiàn)徑設(shè)計(jì)過(guò)粗導(dǎo)致材料的浪費(fèi)。通過(guò)電線(xiàn)的長(zhǎng)度、線(xiàn)徑兩方面優(yōu)化，可以達(dá)到控制成本的目的。同時(shí)，在不影響性能的前提下，插接器可以使用國(guó)產(chǎn)件替代進(jìn)口件，可以進(jìn)一步提升成本優(yōu)勢(shì)。

除了成本以外，前期階段的防錯(cuò)設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵。防錯(cuò)設(shè)計(jì)做得好，可以大大降低總裝車(chē)間裝配發(fā)生錯(cuò)誤的可能性，降低裝配難度，減少電氣問(wèn)題發(fā)生的頻率。該項(xiàng)工作主要可以通過(guò)插接器選型和線(xiàn)束布局兩方面做設(shè)計(jì)改進(jìn)。在電器負(fù)載比較集中、車(chē)架線(xiàn)束分支較多的位置，可以通過(guò)選用不同規(guī)格的插接器做防錯(cuò)處理。比如同樣是三芯插件，在位置距離較近的區(qū)域，可以分別選用泰科電子TE、天海、Molex莫仕、Amphenol安費(fèi)諾等不同廠(chǎng)家不同型號(hào)的產(chǎn)品，使插接器公頭和母頭的對(duì)接具有唯一性，規(guī)避了插接器接錯(cuò)的可能。在車(chē)架線(xiàn)束的設(shè)計(jì)中，很多插件會(huì)不可避免地多次使用。比如，泵控制和牽引控制器的主插接器、牽引電機(jī)和泵電機(jī)的溫感單元和解碼器，都是采用相同的接口。廠(chǎng)家生產(chǎn)的該類(lèi)產(chǎn)品基本都是標(biāo)準(zhǔn)件，若防錯(cuò)需要改動(dòng)接口類(lèi)型就得重新開(kāi)模，成本太高，不太現(xiàn)實(shí)。利用車(chē)架線(xiàn)束的布局規(guī)劃，如圖6所示，在相應(yīng)分支的出線(xiàn)位置和分支設(shè)計(jì)上進(jìn)行改動(dòng)，同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)插件和終端的一對(duì)一配合，避免接錯(cuò)。

5? 材料的選型

線(xiàn)束的材料選擇不僅決定著成品價(jià)格的高低，而且影響著線(xiàn)束的性能優(yōu)劣。以波紋管為例，在線(xiàn)束設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求中，沒(méi)有對(duì)波紋管的材質(zhì)做出具體要求的情況下，線(xiàn)束廠(chǎng)家一般都采用價(jià)格低廉的PE（Polyethylene）波紋管。PE管可以起到對(duì)線(xiàn)束防護(hù)的作用，避免線(xiàn)束受到應(yīng)力、摩擦、磕碰等物理傷害，但其缺點(diǎn)也很明顯，耐熱性能差、結(jié)構(gòu)軟薄。因此對(duì)于耐熱等防護(hù)性能要求高的工況，只有PP或者PA阻燃波紋管才能滿(mǎn)足，而PA的價(jià)格相對(duì)低一些，從成本上考慮，可以?xún)?yōu)先選型PA尼龍阻燃管。

另外，電機(jī)的U、V、W三相電纜線(xiàn)以及動(dòng)力電池的正負(fù)極蓄電池線(xiàn)、線(xiàn)纜末端的端子一般采用銅制環(huán)形端子（圖7）以增大接觸面積來(lái)滿(mǎn)足大電流通過(guò)的需要。如圖8所示，環(huán)形端子多采用橡膠帽防護(hù)，可以起到防塵防水的效果，因?yàn)榉雷o(hù)措施不是完全密閉，所以防護(hù)等級(jí)低。動(dòng)力電池、電機(jī)、電控處于金屬結(jié)構(gòu)件的完全保護(hù)下面，其對(duì)橡膠帽的防護(hù)等級(jí)也沒(méi)有很高的要求。因此，可將橡膠帽換成國(guó)產(chǎn)件，或者直接開(kāi)模自產(chǎn)自銷(xiāo)，除前期開(kāi)模費(fèi)用高外，后期成本就會(huì)降下來(lái)。

6? 結(jié)論

車(chē)架線(xiàn)束如同人體的血管和神經(jīng)，連通著叉車(chē)的各個(gè)“器官”。主線(xiàn)束分支就像大動(dòng)脈血管，小分支類(lèi)似毛細(xì)血管，通過(guò)電池、電控給叉車(chē)各部位傳遞著電能和信號(hào)。叉車(chē)線(xiàn)束的優(yōu)化不僅使整車(chē)的線(xiàn)束布局更加合理美觀，而且性能更強(qiáng)悍，使叉車(chē)能夠應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛工況下的各種挑戰(zhàn)，大大提升了客戶(hù)群體的產(chǎn)品滿(mǎn)意度。

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（編輯? 凌? 波）