叉車電器的防錯及優化設計

趙 龍， 李 偉， 崔慎兆， 劉秋華， 張亞鵬， 張桂林

（山東柳工叉車有限公司， 山東 臨沂 276000）

1 引言

近年來，國家對新能源領域的政策扶持和補貼優惠力度大，國內新能源汽車行業乘東風之勢發展迅猛。同樣地，為了推廣清潔能源用車，加快新舊動能轉換，響應碳中和政策的號召，工程用車領域也在快速邁向電動化、智能化和無人化。隨著電動叉車逐步推向市場，電動叉車的功能越來越多，智能化電器配置也越來越豐富，比如安全監控系統、車隊管理系統、語音報警提示、智能管家、遠程監控系統等。相應地，功能強大的同時，電器線路的設計與研發、通信協議的開發與匹配、控制邏輯的定義與實現也就更加復雜。

電動車規模化發展比內燃車起步晚，電動車的應用和普及是一個逐步完善的過程。跟內燃車相比較，其成熟化的市場表現跟內燃車還存在差距。有報道的自動升降車窗功能失靈、電子顯示屏黑屏、自燃、電子制動失靈等就已經有很多起。一方面，有電器設備本身設計的問題，另一方面，則很可能來源于整車裝配的原因。電器連接錯誤，就會出現行走異常、舉升異常、報故障碼、車燈不亮、喇叭不響等狀況。電器及線路的設計不合理，就導致裝配困難、浪費人力、增加工時、裝配效率低。

在裝配層面，復雜的電器線路對總裝的工藝管控、品質保證和裝配水平提出了更高的要求。為了減小總裝生產線的工作壓力，降低電器線路及器件的裝配難度，簡化裝配流程，在設計階段，可以通過對車架線束、結構設計和物料選型上進行優化來實現。

2 車架線束的優化設計

車架線束連接整車的電器部件，起著給電器負載供電和傳輸信號的作用。由于車架線束原理復雜、結構龐大，制作和裝配難度高、易接錯等特性，因此在設計階段就要從不同的方面做防錯、簡化、優化等處理，以降低制作和裝配難度，避免接錯的情況發生。

2.1 插接件防錯

多芯插件采用不同的規格，通過差異性選型可達到防錯的目的。比如，同樣是兩芯插件，采用不同型號（圖1）、規格、廠家的插件，使得插件的對接具有唯一性，可大大降低現場裝配接錯插件的可能。實物如圖2所示。

圖1 兩芯插件示例

圖2 兩芯插件實物圖

2.2 插接件優化

單芯插件可以通過調換公母插件形成公對母、母對公兩種方式進行防錯，但是2個以上的單芯插件無法使用該方法防錯。可以把多個單芯插件（圖3、圖5、圖7）統一成一個多芯插件（圖4、圖6、圖8），這樣不僅裝配簡單，而且能完全避免插錯。

圖3 優化前單芯插件圖示

圖4 優化后4芯插件圖示

圖5 4個單芯插件

圖6 一個4芯插件

圖7 單芯插件實物

圖8 4芯插件實物

2.3 二極管改成裝配式

叉車電器中有很多類似喇叭、OPS閥等的感性負載，在供電斷開的瞬間，感性負載產生感應電流。為了消耗掉感應電流，減小感應電流對電路和電器的影響，通常會在感性負載回路并聯一個二極管。這樣，在電流斷開的瞬間，感應電流可以通過并聯的二極管形成回路，把電流循環消耗掉。實際線束制作過程中，由于不同廠家技術水平不同，解讀圖紙的能力存在差異，經常會出現二極管方向插反的情況。二極管方向插反，相當于把感性負載短路，實際裝車過程就會出現燒壞熔斷絲或者儀表報故障碼等情況。如圖9所示，是二極管的圖紙定義和正確的安裝方式。為了避免接反錯誤的發生，除了在線束制作前跟廠家確認圖紙以外，通常會要求廠家二極管采用可裝配式（圖10）。這樣就算二極管裝反，也可以在核對圖紙或者排查故障過程中發現，從而采取返工措施更正二極管安裝方向。

圖9 二極管線路設計圖示

圖10 裝配式二極管實物

2.4 布局優化

電器的同一類型插接件重復使用很多是不可避免的，比如，牽引控制器和泵控制器、牽引電機和泵電機、左右燈組件以及舉升、側移、傾斜微動開關等，插接器類型都是相同的。為了避免同樣的插件插錯位置，在電器線路設計階段，可以通過布局優化規避這個問題。拿牽引電機和泵電機舉例，兩種電機都是通過解碼器和溫度傳感器向外部傳遞信息，一般情況下，解碼器接出的4芯插件和溫度傳感器接出的兩芯插件，牽引電機和泵電機并沒有差異。為了防止接錯，牽引電機分支可以和加速器、制動開關線路做在一起，如圖11所示。一旦接錯，加速器和制動開關是無法進行對接的，這樣就可以起到防錯的效果。

圖11 牽引電機、 泵電機線路分支位置示意

3 結構設計優化

3.1 熔斷絲盒安裝孔位的優化

如圖12 所示，熔斷絲盒的固定孔位，一端是直徑Φ=6mm的通孔，另一端是外徑為6mm的長條孔。這種設計改進，擯棄了兩邊都是直徑Φ=6mm的圓形通孔的設計。這種設計可以在保證圓孔形通孔一端固定熔斷絲盒的同時，另一端長條孔可以允許一定的鉆孔位置誤差。這樣既保證了安裝的便捷，也降低了鉆孔位置的準確性要求，減小了鉆孔工作的難度。

圖12 熔斷絲盒安裝孔位設計改進

3.2 DCDC安裝孔位的優化

同樣，電壓轉化器的安裝孔從圓孔（圖13）改成長條孔（圖14），也降低了對安裝板固定螺紋孔相對位置精度的要求。同時，安裝過程不需要孔對孔完全對齊才可裝配，簡化了裝配過程。

圖13 優化前圓形通孔設計

圖14 優化后長條形通孔設計

3.3 組合信號燈安裝板優化

叉車護頂架后橫梁安裝組合信號燈的螺紋孔規格和孔距是固定的，這樣可以減少同一車型護頂架的種類，方便統型，節省管理成本。但是組合信號燈由于供貨廠家的不同，同時考慮到不同型號物料價格的差異，實際采購的物料往往跟護頂架的開孔位置不能完全對應，這就需要增加一個過渡板安裝在護頂架后橫梁和組合信號燈之間。由于不同廠家的組合信號燈出線位置也存在差異，圓孔形出線孔設計就存在局限性。組合信號燈出線位置跟圓孔形出線孔位置存在偏差的情況下，燈組件的實際安裝存在困難。

圓形出線孔（圖15）改成矩形出線孔（圖16），可以兼容出線位置存在差異的不同規格的后尾燈，提高了安裝板的通用性。同時，豁口的加大可以節省鋼板的使用，節約了成本。

圖15 優化前圓形孔設計

圖16 優化后矩形孔設計

3.4 加速器安裝方式優化

加速器需要固定在腳踏板的上方，傳統的安裝方式是螺栓與螺母、彈墊、平墊的組合，如圖17所示。先把加速器用螺栓穿過腳踏板，在腳踏板的反面，依次在螺栓上套上平墊、彈墊、螺母，并將螺母緊固。由于腳踏板本身（圖18）就是一塊質量比較重的鋼板，來回翻轉鋼板，是一個費時費力的工作。同時，還需要將螺栓和平墊、彈墊、螺母配合，緊固過程需固定住螺栓的另一頭，操作過程繁瑣。

圖17 優化前加速器固定方式

圖18 優化前腳踏板通孔設計

加速器安裝方式優化后，螺母直接焊接在腳踏板下方，如圖19所示，去除彈墊、平墊。這樣，裝配加速器只需螺栓穿過加速器，如圖20所示，直接擰緊螺栓固定在踏板即可。節省物料，降低成本的同時，簡化了安裝流程，大大減少了加速器裝配的工作量。

圖19 優化后腳踏板通孔加焊螺母

圖20 優化后加速器固定方式

4 物料選型的優化

4.1 前照燈安裝螺栓

傳統的前照燈安裝是螺栓和螺母、彈墊、平墊的組合，這種方式使用物料多，而且廠家需根據前照燈支架的開口，對應匹配物料，物料選型錯誤，則會導致安裝的差錯。比如平墊選型錯誤或者缺失，就會導致彈墊卡到支架開口內，失去彈墊、平墊組合的緩沖和緊固作用。

六角頭螺栓（圖21）換成法蘭面螺栓（圖22），則可以避免這個問題。同時省去了彈墊和平墊，簡化了物料，給現場的實際物料安裝提供了便捷。

圖21 六角頭螺栓

圖22 六角法蘭面螺栓

4.2 線路固定方式的優化

線路通常使用圓鋼固定，這種方式直觀上比較簡潔美觀。但是由于圓鋼跟管線路的接觸面積小，在車輛發生顛簸、振動、側傾等狀況后，管線路容易掙脫圓鋼的束縛，散落到其他位置，從而造成車輛行駛過程異響，管線路磨損。

圓鋼（圖23）換成彎板（圖24），增大了與管線路的接觸面積，固定效果加強。同時，彎板省去了折彎工序，質量小，成本降低。

圖23 圓鋼

圖24 彎板

5 結論

在勞動力成本升高、原材料價格上漲的今天，只有不斷解放生產力，提高生產效率，降低物料成本，才能在競爭白熱化的大環境下占有一席之地，叉車制造業更是如此。本文結合具體的生產實際，在設計階段，從車架線束優化設計、結構優化以及物料選型3個角度出發，進行了詳細的設計改進，以簡化裝配流程，降低錯誤發生率，節省原料使用，最終達到降本增效的目的。