站駕前移式叉車設計與研究

摘要：站駕前移式叉車作為一種優勢明顯的常用叉裝設備，具體諸如噪聲低、節能環保、作業空間小等特點。以站駕前移式叉車為研究對象，闡述該叉車的總體設計方案、工作原理、相關性能參數確定方法，并對蓄電池組、變速箱等一系列元件的選擇進行分析，可為相關設計人員提供參考。

關鍵詞：站駕前移式叉車；基本原理；方案設計；性能參數

0 " 引言

近年來，叉車設計技術愈發先進，各種新型叉車層出不窮，整體性能大幅度提升，其中三大類工業叉車中，以電機為動力、蓄電池為能源倉儲叉車應用最為廣泛。本文以站駕前移式叉車為研究對象，闡述該叉車的總體設計方案、工作原理、相關性能參數確定方法，并對蓄電池組、變速箱等一系列元件的選擇進行分析。

1 " 前移式叉車概述

前移式叉車屬于倉儲式叉車范疇，根據具體操作方式可劃分為兩種，即座駕前移式、站駕前移式。前移式叉車的門架或貨叉架可前后移動。門架前后移動是指作業過程中，通過叉車門架移動帶動貨叉整體前移，當伸至前輪之外便可完成目標物獲取的叉取或放置操作。貨叉架亦可帶動叉車前后移動，但原理與前者不同，即貨架帶動貨叉前移進行作業，叉車移動則又會帶動貨叉收回至支撐面。叉車穩定性源于兩條配備輪子的伸支腿，且門架也可幫助叉車沿支腿內側軌道穩定移動，整個叉取貨物過程中，貨物中心始終在叉車支腿內部，由此進一步保障了叉車運行的穩定性。

2 " 站駕前移式叉車優化設計可行性

站駕前移式叉車可于有限作業空間穩定完成高位堆垛作業，目前諸如平衡重式叉車、堆垛車等均無法完成這一作業任務。站駕前移式叉車結構采用三支點支撐方式，前部擁有兩個承重輪，后部設置一個驅動輪、一個轉向輪。

基于三支點較四支點叉車穩定性較弱、減振效果較差，為了改變這一現狀，設想對其結構進行優化設計，并使用轉向輪、輔助輪替換叉車后輪。目前國內多數叉車研究都集中在座駕前移式叉車，而站駕前移式叉車零部件與之類似，可以利用其成熟可靠的零部件進行設計改進，為此認為對站駕前移式叉車進行優化設計是可行的。

3 " 站駕前移式叉車總體設計方案

3.1 " 站駕前移式叉車工作原理

站駕前移式叉車因操作人員站立操控叉車作業得名，本文設計的叉車類型為2t站駕前移式叉車。站駕前移式叉車工作原理如下：操作人員到達叉車駕駛位置，操控方向手柄發出操作信號，方向檢測開關及加速踏板收到操作信號，將信號傳遞至驅動控制器。驅動控制器處理所接收的轉向或行駛信號，得到對應控制電壓，并將控制電壓施加在站駕前移式叉車電機兩端。電機兩端接收電壓后扭矩隨之增大，將動力提供給叉車驅動車輪，以帶動叉車完成前進、后退、轉向等相關動力操作。運行速度則可由操作人員自行于叉車編程器設置。

對于站駕前移式叉車門架前后移、升降等操作而言，需要借助起升組件完成。其中門架升降速度分別由單片機、多路閥進行控制，而前后移動、左右側移等動作完成速度均由單片機控制，速度設定與叉車運行速度類似，需通過編程器設置。

站駕前移式叉車門架下降工作原理如下：打開叉車多路閥閥芯，叉車起升液壓缸受重物作用向下運動，起升液壓缸中的液壓油經多路閥最終流回至油箱，由此完成站駕前移式叉車叉車門架下降動作。其中門架下降速度受重物及閥芯打開程度兩方面因素影響。

3.2 " 站駕前移式叉車主要部件配套

站駕前移式叉車包含多個系統，各系統部件眾多，下面就其中一些主要部件及配套方案進行介紹分析。

3.2.1 " 傳動系統

傳動系統為站駕前移式叉車核心部分，該系統驅動電機型號為HPQ4.5-4HC，產自廣東合浦，為交流電機，額定功率為4.5kW，電壓為33V，轉速分別為2600r/min；齒輪變速箱速比為17.62。

3.2.2 " 轉向系統

轉向系統采用液壓轉向的使用方式，涉及的主要部件為方向盤、液壓轉向器、液壓輪等。

3.2.3 " 操作系統

操作系統主要包含腳踏板、電磁制動器等，電磁制動器型號為BFK457-16，工作電壓為42V，扭矩為125N·m。

3.2.4 " 液壓系統

液壓系統采用共泵分流技術，部件主要有油泵電機、多路閥、液壓轉向器、油箱等，油泵電機產自廣東合浦，型號為HPB8.6-4HCl，額定功率為8.6kW，電壓為32V、電流為220A，轉速為1603r/min，多路閥則為標配三連閥，即起升、前移、前后傾三聯，調定、轉向壓力分別為17.5MPa、9MPa。液壓轉向器型號為BZZ5-E62BA-H，排量63mL/r，油口以O形圏的方式密封。

此外，叉車部件還包括車身系統、電氣系統等，起升組件中的門架采用的是15號槽鋼，分布在門架左右側，標準的起升高度為3000mm，貨叉前后傾角分別為3°、5°。本文所設計站駕前移式叉車如圖1所示。

4 " 站駕前移式叉車各個系統設計

各系統的設計是站駕前移式叉車設計的核心內容，對于該類型叉車而言，需要設計的系統主要包含動力與驅動系統、液壓與操縱系統以及電氣系統。

4.1 " 動力系統選型及驅動系統設計

4.1.1 " 動力系統選型

對于動力系統而言，主要是確定蓄電池組的選型及各項參數。就目前而言，電動叉車中常用的電池主要包含鉛酸蓄電池、燃料蓄電池以及鋰電池3種。鉛酸蓄電池可靠性好、價格便宜，基本性能能滿足該叉車的動力需要，雖然當前應用中還存在著一定的問題，但不影響正常使用。經綜合比較后，認為鉛酸蓄電池更符合站駕前移式叉車應用的基本需要。

在選定鉛酸蓄電池的基礎上，還需要確定電池組的額定電壓及具體容量，其中額定電壓主要是由叉車驅動電機、油泵電機額定電壓共同決定。通常，根據叉車用途、起重量等基本信息，可知叉車驅動及油泵電機額定電壓多取12V、24V、48V等。單個蓄電池的額定電壓則為2V，考慮到叉車實際應用中蓄電池組多為串聯，得到相應的蓄電池組電壓計算公式如下：

V=2N " " " " " " " " " " （1）

式中：N為所串聯的蓄電池的格數，其與單個蓄電池額定電壓的乘積變為整個蓄電池組的額定電壓。在此基礎上經調研可知，當前前移式叉車額定電壓多選用48V，此條件下蓄電池組不論是可靠性還是性價比都比較高，因而最終確定48V為蓄電池組額定電壓。

就蓄電池組的容量而言，主要采用公式（2）進行計算：

C=I0·T " " " " " " " " " （2）

式中：I0表示該選電池組5h放電的平均電流，其可以用下式（3）進行計算，

I0=（I1+I2）/2 " " " " " " " " （3）

式中：T則表示蓄電池組的放電時間，此處按照5h進行計算。經計算，可得蓄電池組的容量420A·h。綜上，由此確定蓄電池組為鉛酸蓄電池，相應的額定電壓、容量分別為48V、420Ah。

4.1.2 " 驅動系統設計

對于驅動系統而言，其主要由驅動電機、車輪等部件組成，通過蓄電池供給驅動電機交流電，以實現叉車的前后移動等相關動作。所設計的驅動系統單元結構如圖2所示。傳動比計算公式如公式（4）：

i=0.377r·nv/vmax=0.377×0.1715×2600/9.5=17.70（4）

式中：r為驅動輪的滾動半徑；nv為驅動電機額定轉速，vmax則為叉車的最大允許速度。

根據傳動比，確定變速箱型號為DBS20。經計算，確定驅動電機功率為2.97kW，叉車輪邊最大牽引力為10273.54N，具體的計算過程在此不再詳述。

4.2 " 液壓系統及操作系統設計

液壓系統主要是向叉車執行機構及轉向系統的轉向器提供液壓動力油，并由此實現對貨叉升降、前后傾斜、門架前后移動等的控制，諸如液壓泵電機、多路閥、齒輪機等均屬于液壓系統范疇。

對于液壓系統相關參數的確定而言，主要是針對貨叉起升過程所需的液壓油流量及壓力進行計算。只要貨物起升需求滿足，其他的移動必然可行。具體而言，本文所設計的叉車門架為標準門架，高度3m，其中液壓缸鋼筒內徑和行程分別為45mm、1505mm，相應的受力情況如圖3所示。

起升油缸的作用面積計算如下：

（5）

當叉車門架滿足起升條件時，舉升力須符合下式：

F=2（mg+mig） " " " " " " " "（6）

式中：m為叉車滿載貨物時的質量，即為2000kg；mi所包含的主要是內門架、貨叉等的質量，預估取值為500kg。經計算得到，舉升力為49000N。

該叉車液壓系統工作壓力計算如下：

（7）

在此基礎上，經計算得出貨物最大運動所需流量為21.5L/min。

4.3 " 站駕前移式叉車工作裝置設計

對該叉車各個系統部件及參數計算分析可知，叉車工作裝置主要是完成貨物升降、堆垛等作業任務。具體的工作裝置是由多級門式框架構里、外嵌套構成，并依靠升降液壓缸，使內門架沿著外門架伸縮移動。叉車工作裝置架構如圖4所示。

5 " 結束語

本文以站駕前移式叉車為研究對象，闡述該叉車的總體設計方案、工作原理、相關性能參數確定方法，并對蓄電池組、變速箱等一系列元件的選擇進行分析。本文的研究旨在為此類叉車的研究提供參考，以期不斷加快叉車的更新換代，取得更好的應用效果。

參考文獻

[1] 劉顯貴，楊坤全，張福斌，等.平衡重式叉車滿載急轉工況下

橫向穩定性控制[J].華僑大學學報（自然科學版），2022，43（2）：

154-159.

[2] 曾駿.港口16t重型叉車視野不足分析和提升對策[J].港口科

技，2021（10）：19-22.

[3] 趙佛曉，吳信麗，朱坤，等.基于迭代計算的圖形化前移式叉車

穩定性及剩余載荷計算方法[J].起重運輸機械，2021（16）：81-86.

[4] 林芳，鄧佳強.無人叉車在物流分撥中心的應用與發展對策研

究[J].河南科技，2022，41（19）：45-49.

[5] 劉宇.基于AHP法的大型綜合物流園內叉車風險管理：以宜

昌三峽物流園為例[J].物流技術，2022，41（7）：83-86.

[6] 顧瑩一，繆惟民.永恒力新一代ETR伸縮式前移式叉車亮相

2014亞洲國際物流與運輸系統展[J].中國包裝工業，2014（21）：10.

[7] 申紅嬌，邱繼紅，徐方.基于多項式螺旋線的智能叉車路徑規

劃研究[J].機電工程，2022，39（10）：1477-1483.

[8] 創新無止境：林德全新電動站駕前移式叉車R14 SP/R16 SP/

R18 SP展示[J].中國儲運，2009（12）：78-79.