一種新型電動叉車的研究

韋輝

摘要：國家倡導經濟發展方式轉變，產品結構趨于節能環保型;從驅動方式來看，電動叉車市場未來將快速增長;進入叉車行業的企業增多、市場競爭格局發生變化;內外企業大量進入中國叉車市場，市場競爭日趨激烈;主要競爭對手對關鍵零部件的掌控能力加強;價格戰決定了中國叉車行業的技術革新能力仍處于較低的水平;自主品牌產品與發達國家差距依然明顯。

關鍵詞：節能環保;關鍵零部件;技術革新;自主品牌

引言

十二五時期是國家加快轉變經濟發展方式的攻堅時期， 建設資源節約型、環境友好型社會是加快轉變經濟發展方式的重要著力點。為適應節能環保的要求，必須積極開發環保節能的新產品，防止大排量、高油耗、低技術機械的快速增長，電動叉車必將成為未來市場的消費主流。

1.實施方案

此款新型叉車具有直行、側移、原地回轉、斜行四種模式的運動功能。以該車型能夠按需要實現車輛在平面內任意方向行駛的萬向運動機構及相關技術為基礎，研制系列裝卸搬運車輛，包括萬向小推車、萬向移動平臺、萬向升降平臺、各噸位的萬向叉車等。

此款車型具備傳統叉車的車身系統、工作裝置、液壓系統、機罩底板類、護頂架（駕駛室）、配重等常規部件。同時又具備傳統叉車不同的車輪、控制系統、操縱方式，采用全交流控制系統、四輪獨立驅動、車輪采用螺旋式小滾輪結構，依靠四個車輪的運動復合實現自行轉向。

2.驅動系統

行走驅動系統由四個獨立的Mecanum wheel螺旋滾輪總成組成，成鏡像布置，車輪的布置方向見圖1，每個驅動輪通過減速機由一個交流電機獨立驅動，減速機安裝在車架上，正確的排列螺旋滾輪的方向，各車輪通過正、反轉或0速的動作指令，便可達成各種方向的控制。螺旋滾輪上的自由滾子與車輪軸心成45°方向，當車輪轉動時，自由滾子與地面接觸，地面給予車輪的摩擦力方向也是45°。行走時摩擦力會出現X軸與Y軸的分量，在4個車輪速度相等的狀況下，控制4個車輪正、反轉或0速，即可得到前進、后退、原地旋轉、斜向移動四種模式下的復合運動方式。

圖1 車輪的布置方向

3.行駛控制系統

上位機（中央處理器）和每個電機控制器之間通過CAN OPEN協議進行數據通訊，上位機的控制指令（數字信號）通過三軸操縱手柄直接傳到電機控制器。中間環節少，節點少，提高了系統的可靠性、精度和實時性，降低了線路損耗，整體結構簡潔清晰。采用CAN總線結構的布局控制圖，見圖3。

圖3采用CAN總線結構的布局控制圖

研究過程中已掌握了交樓調速控制器CAN總線的通信協議，并對交流控制器進行了二次

開發，實現了上、下位機的CAN通信和電機的矢量控制。驅動控制器采用電機和速度的雙閉環控制。能將系統轉矩和速度的控制精度限制在±1%之內，為系統的電子差速性能提供可靠保障，杜絕了機械構件的干涉，實現了功能需求。

4.控制數學模型

上位機接收到手柄輸入指令，檢測請求信號是否正常，A/D轉換是否結束，通過數學模型解算成四個車輪電機的運行方向和速度，即可實現車體任意方向的移動。

4.1前進、后退（沿Y軸方向移動）

前進時，四個車輪都向前滾動，后退則都向后滾動地面給予車輪摩擦力方向分別為45°和-45°，在地面給予四個車輪的摩擦力相等的情況下，X方向的分類相互抵消，只留下Y方向的分類，沿Y方向移動。

4.2橫移（沿X軸方向移動）

左橫移時，第一車輪與第四車輪向后滾動，第二車輪與第三車輪向前滾動;右橫移時，第一車輪與第四車輪向前滾動，第二車輪與第三車輪向后滾動。

4.3原地旋轉（沿整車重心）

順時針旋轉時，第一車輪與第三車輪向前滾動動，第二車輪與第四車輪向后滾動;逆時針旋轉時，第一車輪與第三車輪向后滾動，第二車輪與第四車輪向前滾動。在地面給予四個車輪的摩擦力相等的情況下，將以自身的重心為圓心原地旋轉。

4.4斜向45°

右前移動時，第二車輪與第三車輪停止不動，第一車輪與第四車輪向前滾輪動;左后移動時，第一車輪與第四車輪向后滾動。

左前移動時，第一車輪與第四車輪停止不動，第二車輪與第三車輪向前滾動;右后移動時，第二車輪與第三車輪向后滾動。

5.節能環保

借助新能源汽車理念，聯合動力電池廠家，通過產學研結合，對標美國電池，把電池效率提高到美國電池的75%以上;同時將鋰電池技術應用于叉車上。該車同時配置了鋰電池電源系統，主要由電池組、BMS電池管理系統、車載智能充電機主要負責為電池組進行可靠充電。

6.結束語

關鍵技術的解決：

（1）四輪驅動車輪均衡磨損技術的解決：作為叉車整機，囊括了側面叉車的所有功能，并實現了自動多方位360°無死角行走。

（2）無需轉向操縱機構的螺旋滾輪技術：四個車輪成前后左右鏡向布置，車輪輪體采用螺旋滾輪技術設計的結構，每個車輪只實現前后滾動，不存在其他方向的轉向運動，車連本身也不需要常規的轉向機構，而是依靠四個車輪的運動復合模型實現整車的平面運動。

（3）鋼結構輪胎減震技術的解決：選用工程機械和軍用坦克上技術成熟的履帶式橡膠作為鋼襯的包膠形成獨特結構，減震效果比聚氨脂好，硬度相當，摩擦系數、粘著系數與輪胎相近;車體后驅動橋采用二級橡膠減震與車架連接，使后驅動輪有浮動功能，改善叉車的減振效果，解決了震動和耐磨難題。

（4）獨特的聯合鎖定安全操作保護裝置：擴大該車的使用范圍，考慮到能夠在30°坡度上顛簸安全運行，安全保護級別非常高，采用獨特的聯合鎖定安全操作保護裝置實現安全保護：機械結構安全鎖定、液壓鎖定、三重電氣安全控制保護，只有聯合鎖定安全操作裝置全面開啟，才能實現整車完整動作。