電動叉車的槽式取電裝置設計

黃張弛 楊忠達

摘要：本設計所研究的槽式取電裝置屬于一種電源連接結構，主要應用于一些在移動中依然要求要保證電源供給的機構，又或者是在移動過程中隨時要接入電源的設備，比如電動叉車等移動抬升設備。為了克服現有技術的不足，并能有效提高工作效率，該研究主要解決設備在移動過程中取電的結構性問題。

關鍵詞：電動叉車;槽式;電源連接

1? 研究概況

1.1 目的意義

電動叉車行業，若想對叉車進行改良，使其可以輕易地在活動區域無拘束地獲得充電電源，則其必須摒棄累贅的電源線。那么電能如何接入，則是本研究所指向的范疇。目前，很多企業在電動叉車的實際使用過程中，當叉車蓄電池電能顯示電量較低，導致對其起重造成困難的時候，如若電動叉車工作范圍固定在一個區域的時候，人們往往只采取直接接上電源，或者對電源線做加長處理，進而直接帶著長長的電源線工作。這樣的做法往往會帶來幾方面的缺陷，首先，隨意更改電線必然會導致安全隱患，容易造成觸電事故;其次，長距離的電線鋪設終將導致電壓降低，使電位不穩定，這樣對于精密加工的設備會帶來必然的影響;第三，長距離拉線會在空間布局上阻礙了電動叉車的運作;最后，在設備的實際使用上，會帶來先決條件上的缺陷，使設備的使用過程過于規限。有鑒于此，為了解決上述情況，本項目致力研究一種可以加裝在電動叉車設備上的取電裝置，既能有效提高設備的動作自由度，提升工作效率，又能給廠房的空間布局，綜合布線上帶來全新的格局。

1.2 國內外概況

在國內外，用于解決自動化設備長行程工作時，其附加設備取電難，布線不易的問題的解決方案不多，有在綜合布線上考慮解決問題的，有通過無線技術方案解決問題的，有通過弱電技術解決問題的，而從機械結構上考慮解決該問題的方案畢竟還是少數，而且往往會出于只根據具體的某個設備作專門的技術改良，因此較難普遍的推廣。

類似的設計在我國也有出現，前期見于用在倉庫自動化設備上的改良較多。比如用在自動倉庫貨架的取電結構改裝等就較為類似，對該問題的考量原因是其蓄電池在工作中使用頻繁，因而需要頻繁充電，所以如果單純依靠蓄電池作為起重動力源的話，蓄電池的使用壽命必然不能長久。因此該類型設備在這方面做出考慮，需要開發一種起重時候用的電源連接裝置，延長自動倉庫貨架蓄電池的使用壽命。而本設計也參考了類似裝置，研究一種可以安裝在電動叉車以及大多數設備上的取電裝置，而不必只針對單一設備進行研究，因而可以有效推廣。

1.3 市場預測和發展趨勢

本項目研究的這種裝置結構，是電動叉車在長行程中運行而同時其附加設備需要用電時，通過該取電裝置獲取電能，避免被冗長的電線拖累從而降低電動叉車的空間使用效率，提高了設備的設計靈活性與空間自由度，也加大了設備的自動化程度，可以進一步推廣到廣大有類似需求的自動化設備上。從這一角度出發，預期市場上會得到廣泛的推廣和應用。并且，由于概念創新，相信會帶來一系列設備設計理念的伴隨性改良。

2? 研究開發內容、方法、技術路線

2.1 具體研究開發內容和要重點解決的技術關鍵問題

2.1.1 具體研究開發內容

本項目所研發的內容，是一種能用于電動叉車以及大部分類似的自動化上的，滿足自由無限制接入條件的新型槽式取電裝置。這種裝置主要有上下兩插腳，和因應設備而隨時改變安裝方式的插槽而組成。其中插腳部分安裝在移動的公端設備上，而插槽部分需要配合安裝在相對固定的母端設備上（比如貨架）。其主要研發內容側重于連接裝置所設計的大小和具體位置，包括插腳與插槽大小的配合，插頭的頂針小球的結構設計，插槽的銅片結構設計，導線的綜合布線設計等。

研究過程中，需要盡可能多地兼顧考慮各種類型的母設備布局，如弧形、轉角型、直線型等的配合問題。

2.1.2 重點解決的技術關鍵問題

在許多自動化設備里，盡管用上了自動化技術（比如自動導航設備），也很難避免出現插頭與插座對接不準確而需要降低對接的動作速度的問題，這是必然會遇到的問題。原因在于傳統的插腳與插座都設計得比較細小，這樣必然會出現插頭與插座對接時候的尷尬現狀，所以只能用放慢對接速度的方法去解決精準對接的問題。

在這種情況下，新型的取電裝置就應運而生了，在連接的時候，不管什么樣的情況都能連接得上，可以順利獲取電能，這是關鍵所在。

鑒于上述情況，考慮插座結構需要設計成長槽型，分上下兩槽放置于母端設備需要連接處，且長度應該盡可能多的圍繞母端設備去設計;為了保證插腳與插座配合時能可靠取電，插腳端部考慮采用頂針萬向滾球的設計。著重設計插槽與插腳本體之間在高度方向上的間隙，要求插槽銅片與插腳本體之間的距離小于頂針萬向滾球凸出部分的高度。

在這種情況下，電源連接裝置就可以在連接的時候，不管什么樣的情況都能連接得上，可以順利獲取電能，這是關鍵所在。

2.2 項目的特色和創新之處

對于一些在長行程移動中依然要求要保證電源供給的機構，又或者是在移動中過程中隨時要接入電源甚至是變換電源種類的設備中，比如一些“就地形”的抬升設備，和一些精密自動化設備等，都可以考慮利用本研究設計的取電裝置，從而輕松擺脫固有電源插頭與插座以及長導線連接引起的一連串問題，并能有效提高設備的使用效率，進一步提高相關設備的自動化程度。

2.3 要達到的技術、經濟指標及社會、經濟效益

2.3.1 技術指標

該新型槽式取電架構，包括有安裝在任何作為公端設備上的的插腳，和設置在母端設備上的插槽組成;在其中所述插腳中，可以是上下排列，也可以是左右排列，只要跟母端插槽相對應就行，因此可以靈活多變。因此，所述槽式插槽也應該為上下對應或左右對應的，其中一槽通過金屬片與外部電源高電位相連，另一槽則與零電位相通，根據需要，可增加一槽用于接地，這樣可以在平時的移動對應連接過程當中時刻保持去靜電的功能。另外，插腳頭部上端面前方安裝萬向金屬球，可滾動，滾球兩端有滾軸，而轉軸安裝在所述插腳內部設置的安裝槽內，且安裝槽內還裝有彈簧，位于滾軸下方。金屬滾球通過穿設在所述插腳內部的電線，與相關公端設備的供電端導電聯通。插槽外部材料采用高強度、低脆性的絕緣材料，能承受插腳與插槽配合時的作用力。

2.3.2 經濟指標及社會效益

①經濟效益。該連接結構與母端設備配套使用，能徹底將母端設備的固定取電方式自由化，解放了母端設備的活動自由度與靈活度。例如，該連接結構可以用于直流起重設備的改良上，安全高效。改良安裝上這種取電裝置，可以很大程度上提高其自動化程度，能輕松實現由原來的小功率轉變為大功率強度工作，解決隨時使用大功率電源的問題。②社會效益。該項目所研究的連接結構屬于一種創新理念設計，對于有這種靈活用電需求的設備是值得推廣應用該技術的，以此來提高設備利用率，增加設備的靈活性和自由度，使設備可以更開放地根據需求而去設計，無需受用電方式的束搏。由于理念創新，相信會帶來一系列設備設計理念的伴隨性改良。

2.4 采用的方法、技術路線以及工藝流程

2.4.1 采用的方法

①自動化設備模型設計。為了實現移動取電自動化，所設計的模型可以是任意的，比如電動叉車，只要后期能夠裝上自動取電的插槽和插腳即可，但首先要求插槽與插腳是對應布置，可以上下，可以左右，可以沿軌道拐彎，只要設備在整個工作過程中移動的時候使設備公端插腳部分能與設備母端插槽部分充分接觸即可。

②插腳插槽設計。在上述結構中，用插槽而不是用傳統的插孔，是考慮到設備在實際應用環境當中，有可能會遇上工作對象位置時刻變動，或工進位置過長等原因，那么設備母端的取電位置必然要調整到使公端插頭能伸進電源處取電。這樣一來，如果取電方式采用傳統的插頭與插孔配合的方法的話，設備當時的位置就不能再保證插頭能對應上原來的插孔位置。而本設計中把傳統插孔改為軌道插槽，就可以實現一種寬域的配合，使設備模型的取電位置可以解放出來，從而方便實際應用。方法如下：

第一種，插槽與外部電源相連接，上槽和下槽的內頂部靠里面一側均設有薄長銅片，上槽銅片與高電位相連，下槽銅片與零電位相連;第二種，可以根據實際情況需要，加裝第三槽為接地槽（必要性很小）;第三種，是三槽380v（或者是任意要求的工作電位）的設計，方便工廠設備使用。

為了保證插腳完全插入到插槽時，萬向滾球都能夠很好的與銅片接觸，銅片的長度與寬度要進行相應考慮。而為了防止因設備公端移動幅度過大而影響插腳正常插入插槽導致無法取電的情況，插槽的布置位置也應做出相應考慮。為了保證插腳插入時能與插槽銅片正常接觸，則插腳本體與插槽之間的間隙距離亦要做出相應考慮。而為了防止插腳與插槽內壁發生碰撞，插腳長度也應做出考慮，且當插腳完全插入插槽時，金屬滾球與銅片應能剛好相互接觸，并要求設備正好處于公端相對插槽寬度方向不再進給的狀態。

2.4.2 技術路線及流程

項目設計路線及流程如圖1所示。

2.4.3 對環境的影響及預防治理方案

本項目對環境沒有影響，不涉及化學污染因素，無需采取特殊的環境保護防治方案。

3? 研究總結

3.1 技術創新點

該項目所研究的電動叉車槽式取電裝置屬于技術創新型的。針對這個領域，目前市場上往往只是出現通用的（兩腳的或三腳的）電源插座，以及標準的電源插頭與之連接，而一旦出現一些設備機構在內部特殊情況需要取電，而又往往不能配置成插座與插頭連接的時候;又或者盡管有插頭，但也不能精準對應上插座，那么這個時候往往需要借助電子設備進行感應識別，讓其自動配對。而本項目所要設計的取電結構則可以滿足隨時可以連接上電源的這種需求。

3.2 設計成熟程度

本設計對該槽式取電裝置結構處于初期研究階段，目前已有研究方案，設計圖紙，并繼續針對一些實際生產企業在實際工作當中所遇到的一些問題作出進一步完善處理。

3.3 設計完成時所處階段

該設計處于初步能成功實現的階段，進而可以與有同類型使用需求的企業進行項目對接，解決企業的生產難題，對企業設備進行技術改良，使其能實現使用該槽式取電裝置所帶來的社會效益。

參考文獻：

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