叉車防磁設計研究

朱海鋒　洪悅　韋麗花

摘? 要：本文分析了強磁場工況對叉車作業的影響，針對強磁場影響提出叉車防磁設計方法與技術方案。實踐證明通過有效的防磁方案設計，可消除或者減弱環境磁場對叉車的影響，使叉車完全適應電解鋁強磁輻射工況。

關鍵詞：叉車;磁場;屏蔽;搬運

中圖分類號：TH122??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）02-0000-00

0 引言

叉車作為重要的物料搬運設備在工業生產中被大量使用，滿足了不同行業的使用要求。由于不同行業工況環境差異較大，因此工況環境車輛的性能、可靠性等會產生不同程度的影響。電解鋁、電解銅行業是工業生產的重要行業，其生產模式與普通的行業相比存在較大的差異。在電解生產過程中，電解槽中發生強烈的電化學反應，強大的電流在車間內產生強大的磁場。叉車在電解車間內進行輔助物料的搬運作業時，發動機、電氣線路、液壓系統等部件很容易受到強磁場的影響，導致叉車無法進行正常搬運作業。

1 電解鋁車間強磁場的產生

電解鋁工廠具有復雜的電力網絡，流動的電流在周圍的空間產生復雜的空間磁場。電解鋁車間電源為工頻高壓電壓電源，通過變壓器降壓，形成低壓工頻電流，工頻的電流產生工頻的電磁場。電解槽需要的電流通過整流器整流后，變成直流電。直流電在母線上傳輸和電化學反應的過程中均產生強大的磁場，強大的磁場分布在電解車間內部，磁場強度高達1000～3000高斯。電解鋁車間磁場產生示意圖1所示。

2 電解鋁車間強磁場對叉車的影響

電解鋁車間一般使用內燃叉車，伴有少量的電動叉車產品。其主要是進行電解輔助材料的搬運。

2.1 交變磁場對叉車的影響

內燃叉車上發動機ECU、儀表、電動叉車控制器等設備均為電子設備，控制部件之間的通訊方式一般使用CAN通訊。高頻的交變電磁場通常會對CAN通訊產生干擾作用。在電解鋁工廠，電源頻率50赫茲，頻率較低，對車輛影響不大。

2.2 靜電場、磁場對叉車的影響

電解鋁車間內，磁場的強度高達1000～3000高斯左右，對叉車的影響起主要作用。

（1）磁化：因叉車大部分零部件采用鋼鐵作為原材料，叉車進入磁場后，整車被快速磁化，變成一個大磁鐵。如圖2所示，車輛通過直流母線電纜上方時，存在整車被磁化的情況。發動機飛輪、曲軸、活塞、齒輪等運動部件，均被磁化為磁性，相互吸引，導致發動機運動阻力變大，導致怠速運行熄火故障。（2）影響繼電器的正常閉合：啟動繼電器和啟動機電磁開關受到磁場的影響，經常出現無法吸合到位，導致無法啟動，觸點發生燒蝕。有時啟動繼電器能夠正常吸合到位，但因發動機被磁化，啟動機的負荷增大，轉速達不到發動機壓燃需要的轉速，無法正常啟動，需多次啟動后發動機才能啟動。頻繁的啟動導致啟動機的故障率高。（3）磁場干擾儀表的正常顯示：叉車上的儀表通常使用磁動式儀表或者步進電機儀表，強大的空間磁場侵入儀表內部，與儀表內部的磁場發生作用，導致儀表不準確。（4）影響到傳感器的正常工作。內燃叉車上常使用霍爾式油位傳感器，電動叉車的牽引電機和泵電機常使用霍爾式轉速傳感器，這些傳感器本身具有弱磁場。車輛進入強磁環境后，強磁穿透非金屬傳感器的外殼，直接與傳感器內部的磁場發生作用，導致感應的信號不準確，車輛發生故障。（5）在電氣系統產生寄生電壓。車輛運行時，車架線束切割磁感線，根據電磁感應定律E=B×L×V，導體兩端產生電動勢差，寄生在電器線路上，對通訊回路和傳感器回路產生影響。

根據上述分析和實際的使用經驗，普通的叉車在電解鋁強磁輻射車間內作業，通常會發生熄火拋錨、無法重新啟動、起動機故障率高、儀表顯示失靈等問題，需要對車輛進行防磁設計。

3 電磁屏蔽原理

電磁屏蔽就是以金屬隔離來控制電磁干擾由一個區域向另一區域感應和輻射傳播的方法。屏蔽一般分為兩種類型：一類是靜電屏蔽，主要用于防治靜電場和恒定磁場的影響，另一類是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽保護的主要原理是采用屏蔽裝置改變磁場和電場的走向，降低電磁敏感部件附近的磁場強度，減少電磁場對其影響，如圖3所示。

4 叉車防磁屏蔽設計方法

4.1 以防止靜磁場作為設計的重點

因電解鋁車間內電磁場強度高達1000～3000高斯，要完全消除磁場在車輛上的穿越很難實現。在設計中重點對關鍵部位進行防磁保護，采用屏蔽設計減少磁場對敏感部件的影響，同時通過屏蔽設計引導磁場的走向，避開敏感部件，達到降低磁場影響的目的。

4.2 防磁材料的選擇

屏蔽材料一般采用高導磁的材料，高導磁材料具有的低磁阻對磁通起著分路的作用，使屏蔽體內部的磁場大為減弱。一般采用冷軋鋼板作為防磁材料，在磁場強度特別大的情況下，選擇導磁性能更好的硅鋼材料作為屏蔽層，取得更好的防磁效果。

4.3 防磁屏蔽密封性

叉車的外形尺寸較大，驅動橋、轉向橋、門架、液壓管路等系統在車輛的外部，進行整車的防磁屏蔽設計難度大。磁場能從縫隙穿入發動機艙內部，對車輛產生干擾作用。因此需要分析作業場所的電磁分布情況，了解母線位置、電解槽的位置，對車輛進行相應部位的進行防磁設計。一般情況下，需對車輛的底部、前部、后部進行屏蔽設計。電解鋁車間的大電流母線電纜一般布置在地板下方，產生向上的強大磁場。因叉車的離地間隙小，受到來自地面的強磁干擾最嚴重。因電解鋁車間的環境溫度相對較高，進行屏蔽設計時需預留合適的空氣流動間隙，滿足整機散熱的要求。屏蔽層與車體焊接在一起，形成閉合的磁路和電路。車架底部、前、后部位的防磁板引導磁場從車體走，穿過發動機艙的磁場強度大大降低，降低了磁場對發動機艙內部零部件及敏感電氣元件的影響。如圖4所示。

車輛的發動機罩一般采用鐵板沖壓成型，具有良好的電磁防護性能。采用玻璃鋼、塑料等非金屬材料的發動機罩無法實現磁場的屏蔽。金屬發動機罩邊緣與車體的距離盡可能接近，機罩與車體之間的連接采用金屬的鎖扣，形成金屬連接的閉合磁路，使屏蔽達到良好的效果。

4.4 防磁屏蔽層機械強度設計

車輛采用高導磁性的硅鋼片或者其他高導磁率的材料，厚度一般很薄，機械強度較弱，無法承擔大面積的重量。叉車結構一般為剛性懸掛，無減震的措施，車輛作業路況復雜，振動大，容易導致硅鋼片斷裂。硅鋼片的下部需要采用冷軋鋼板進行支撐，如圖5所示：

冷軋鋼板具有良好的機械性能和防磁功能，可以支承上層硅鋼片的重量，起保護作用，防止車輛通過顛簸路面時，振動過大，導致硅鋼片斷裂情況，同時避免路面異物刮碰防磁層。

4.5 靜電釋放設計

車輛在磁場中進行搬運作業時，車輛如一個大導體切割磁感線，車身兩側或者前后會產生電位差，需要對靜電進行釋放。一般的處理方法為在車輛的尾部安裝一根銅導體，一端固定在車上，另外一端拖在地板上。運動時車輛產生的靜電可以通過靜電釋放帶向大地進行釋放。

4.6 電器集中控制盒防磁設計

電器集中控制盒在車輛上處于控制中心的作用，內部的繼電器容易受到強磁場的影響，需要進行加強型的防磁設計。設計一般使用3～6mm冷軋鋼板制造屏蔽盒，屏蔽盒上設計線束穿孔時，孔徑要盡量小，與線束匹配即可。防止空間磁場從出線孔穿入控制盒內，影響內部電氣元件的正常工作，導致車輛出現故障。集中控制盒防磁罩設計如圖6所示：

（1、集中控制盒安裝板;2、集中控制盒;3、集中控制盒屏蔽罩;4、屏蔽罩穿線孔）

安裝防磁屏蔽罩后，從集中控制盒周圍穿過的磁場，大部分被防磁屏蔽罩分流，集中控制盒內部的磁場強度大大減弱，基本上消除外部磁場對電氣集中控制盒的影響。

4.7 電動叉車電機防磁設計

強磁對電機的影響主要是對編碼器的影響，可以選擇速度傳感器內置的電機，利用電機鐵外殼進行防磁或者設計轉速傳感器屏蔽罩，對電機進行傳感器屏蔽保護作用，減弱環境磁場對電機轉速傳感器的影響。

5 結論

按照上述方法設計的叉車，通過強磁工況測試應用，具有良好的防磁效果，能夠適應電解鋁行業強磁輻射工況。車輛在強磁輻射車間工作時，不發生熄火，無法啟動等問題，使起動機的故障率大大降低。

參考文獻

[1] 劉慧云，黃仁果，劉念.鋁電解槽磁場對人的傷害淺談[J].科學技術與應用，2009（4）：169-170+149.

Research on Anti Magnetism Design of Forklift

ZHU Haifeng， HONG Yue， WEI Lihua

（Liuzhou Liugong Forklift Co.， Ltd， Liuzhou? Guangxi? 545007）

Abstract： This paper analyzes the main influence of strong magnetic field on forklift operation， and puts forward the anti magnetic design method and technical scheme for forklift. Through effective antimagnetic scheme design， the influence of environmental magnetic field on forklift can be eliminated or weakened， so that the forklift can fully adapt to the strong magnetic radiation condition of electrolytic aluminum.

Keywords： Forklift; Magnetic field; Shielding; Handling