輕小型三支點電動叉車驅動與轉向系統設計

賀曉東 李想成 蔣燕

摘要：叉車作為一種搬運車輛在工業生產中都得到廣泛應用。本文在現有三支點叉車的基礎上，對其驅動與轉向系統進行設計與改進，實現了后輪驅動和后輪轉向的功能，使叉車的轉彎半徑減小并能夠在狹窄空間內進行貨物的運轉，對提高倉儲效率和土地利用率有重要意義。

關鍵詞：三支點叉車;后輪驅動;后輪轉向

引言

叉車作為一種搬運車輛在工業生產以及日常生活中都得到廣泛應用。早期，內燃叉車占有著較大的市場。由于叉車需要經常在室內進行作業，所以會產生一定的尾氣排放問題。隨著工業污染的加劇和環保概念的提出，零排放、無污染、噪聲小的電動叉車成為工程搬運車輛中的新寵。另外，早期叉車多采用四支點的支承形式，雖穩定性好但較為笨重。然而，后來出現的三支點叉車以其外觀新穎、機動靈活的特點頗為人們青睞。

1.叉車整體構思

三支點的支承形式，顧名思義，為前方兩處支點，后方一處支點。為增強其穩定性，后方支點處可用兩個輪胎并排支承。與四支點相比，三支點叉車轉向更加靈活，轉彎半徑更小，可以在更加狹窄的空間內進行貨物的運轉。而這一點也正好符合了當前減小作業空間、提高倉儲效率的要求。基于以上原因，也為更好地發揮三支點叉車的優勢，我們在現有叉車的基礎上，對其驅動系統和轉向系統進行了相關設計與改進。

我們所設計的是一種三支點支承、后輪驅動、后輪轉向的蓄電池叉車，長2.0m，寬0.85m，額定起升重量0.8t，與現有叉車相比，外形更加輕巧，操縱更加靈活。除了用于工業搬運外，也可用于服務業中的短距離貨物運輸，甚至可以進出宿舍、廚房等狹小空間。

2.驅動系統設計

目前，市場上的叉車多為前輪驅動。該種驅動形式的實現方式如下：驅動電機輸出的轉矩經一系列減速裝置后，改變其大小和方向，最終傳遞到左右車輪上。兩個車輪由半軸和差速器進行連接。盡管這種驅動形式使整車的穩定性較好，但差速器的引入使叉車不易充分實現90o轉向，而且電機前置所需要的驅動功率也較大，有一定的局限性。若用兩個電機分別控制兩個車輪以實現轉向時的速度差，則所需的安裝空間較大，增大了叉車的整體尺寸，達不到輕小的目的。另外，要想精確實現轉向差速而無打滑，那么對電機的控制系統要求極高，也較難實現。因此，我們選擇后輪驅動。

后輪驅動叉車由后輪做驅動輪。這種形式結構比較簡單，可以獲得較小的轉彎半徑，與前輪驅動相比更加機動靈活。除此之外，因為叉車負載主要在前部，后輪所承受的載荷較小，因此所需的電機的驅動功率也較小。在這種布置方式下，蓄電池、電機和減速箱均位于后輪部分，一定程度上這也增加了叉車后方的配重，使叉車重心后移，增大了額定起升重量。具體設計方案如下所述。

后輪驅動是由一個直流電機經過齒輪變速箱帶動后輪直接運轉的，如圖1所示。驅動系統主要由電機、變速齒輪、驅動軸、后輪等部件組成。電機1豎直放置，通過一對直齒輪2和3進行減速。之后，轉矩通過錐齒輪4和5進行減速及改變傳動方向，并通過錐齒輪6和7再次改變傳動方向。這樣就將電機的轉矩放大后傳給驅動軸8，使其只承受扭矩。車輪9直接安裝在驅動軸上，由軸帶動其轉動。通過以上機構，電機的旋轉運動變為后車輪的轉動，實現了后輪驅動。

圖1?? 驅動系統結構圖

3.轉向系統設計

叉車的轉向有兩種實現方式：前輪轉向和后輪轉向。前輪承受著載荷的重壓，轉向時所受地面摩擦阻力較大，這會對輪胎產生嚴重的磨損。另外，前輪主要起支承作用，若將其作為轉向輪，則轉彎半徑大，而且會削弱整車的穩定性，嚴重時甚至會發生側翻。由于前輪轉向存在著較大的局限性，因此我們將叉車的轉向系統設計為后輪轉向。

相比于前輪轉向，后輪轉向有諸多的優勢。首先，后輪轉向的轉彎半徑小。轉向時，整車以后輪為圓心做圓周運動，前輪的運動如同圓規畫圓一樣，即使360°轉向也是沒有問題的。因此十分靈活。其次，后輪受載荷較小，與地面間的阻力也較小，所以所需的轉動力矩小，操作更加方便。具體設計方案如下。

圖2?? 驅動與傳動系統結構圖

后輪轉向是由萬向聯軸節、兩對錐齒輪和一組平面四桿機構實現的，如圖2、圖3所示。方向盤轉動，帶動萬向聯軸節。然后萬向節帶動錐齒輪1旋轉，與之嚙合的錐齒輪2也發生轉動，傳動比n12=2：1。系統中的四桿機構為平行四邊形機構，原動曲柄在錐齒輪的帶動下旋轉，從動曲柄也隨之運動，并帶動錐齒輪3轉動。錐齒輪3和4的傳動比n34=2：1。由于錐齒輪4與車輪固結，當齒輪旋轉時，車輪也發生轉動，由此實現轉向。轉向時，整個變速箱連同后輪可繞后輪中心分別向左、向右旋轉，實現了全轉向。

圖3? 傳動系統局部放大圖

4.結束語

由此可見，三支點電動叉車，與四支點叉車相比，有諸多優勢。尤其是對其進行的輕小型設計，使叉車具有了機動靈活、操作方便、作業空間小的特點。本文中所設計的輕小型三支點電動叉車，對于增大倉儲空間、提高土地利用率具有重要意義，可廣泛應用于食品、服裝、電子等輕工業以及賓館、餐廳、車站等服務行業，具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1]張莉.國內外三支點電動叉車的發展[J].工程機械與維修，2004（6）：63-65.

[2]強麗榮.后驅動三支點電動叉車變速器結構的改進[J].工程機械與維修，2010（3）：149-150.

作者簡介：賀曉東（1994-），在讀本科生，中國石油大學（華東）車輛工程專業。

基金項目：2013年大學生創新創業訓練計劃校級創新訓練項目（20131135）。