叉車電器的防護性能優化設計

[摘要] 叉車電器的防護等級提升是一項困難并且需要持續改進的工作。通過對實際裝車、車輛使用過程和內外品質問題反饋的電氣問題進行分析研判，本文從線束的防護性能改善、電器負載的防護、電器布局及選料的優化3個方面著手，對叉車電器進行改進設計。事實證明，改善后的設計防護性能明顯提升，電器相關部件故障率降低，使用壽命延長。

[關鍵詞]叉車電器；防護等級提升；線束防護；電器布局優化

中圖分類號：U463.62文獻標志碼：A文章編號：1003-8639（2023）

Optimization design of protection performance of forklift electric appliance

ZAHO Long

（Shandong Liugong Forklift Co.，Ltd.，Linyi 276000，China）

【Abstract】Protection of forkliftelectricalappliances is a difficult task which requires continuous improvement. The design of the forklift electrical appliances has been improved from three aspects： the improvement of the protective performance of the wire harness，the protection of the electrical load，and the optimization of the electrical layout and material selection through the analysis and judgment of the vehicle use process and the internal and external quality problems feedback in the paper. Facts have proved that the protection performance is significantly improved，the failure rate of electrical appliances related components is reduced，and the service life is extended after design optimization.

【Key words】forklift electrical appliances；protection level improvement；wire harness protection；electrical layout optimization

作者簡介：趙龍（1988—），男，碩士，工程師，主要從事叉車電器的設計與研發。

收稿日期：2023-11-14

1 "引言

叉車電器對防護性能有比較嚴格的要求，防護一般指防塵防水性能，也就是常說的IP防護等級。乘用車的電器相關設備基本都處于金屬或者合金覆蓋件的包覆下，從而給汽車電器提供了有力和可靠的保護，把水完全隔離開的同時，灰塵也不容易進入車體內部。有別于乘用車，工業用車的使用工況往往比較惡劣，同時，儀表、微動開關、電鎖、翹板開關、換擋開關、燈光組合開關、喇叭按鈕、加速踏板、駐車制動等電器負載完全暴露在外面，沒有金屬結構件的保護，這就給叉車電器的使用安全和壽命帶來了很大的潛在風險。除了配置駕駛室選項的特殊訂單，量產車型基本都存在以上問題。尤其是在鹽業制造、化工廠、化肥廠、冷凍工廠等特殊工況，整車電器除了防塵、防水以外，還要滿足防結晶、防腐蝕和抗凍等要求。叉車電器除電機、電池、電控處于覆蓋件的完全保護下，其他電器相關器件都對防護等級有高標準、高要求，以滿足工業車輛日常露天作業的正常使用。

在不同工況和使用環境中，電氣防護都有相應的要求，以保證用電安全和延長電器使用壽命。1999年，朱海君[1]指出了綜合布線系統的電氣防護問題，并從電氣防護、防火、防電磁干擾、搭鐵等角度出發，列舉了具體的改善措施。2015年，鄭全舉[2]對電氣工程自動化監控系統的安全防護做了深入研究，作者結合電氣自動化工程的特點，探討了相關的監控系統安全防護措施。2018年，李以則[3]對市政路燈線路電氣安全防護措施進行探討，研判了市政路燈線路施工中存在的安全隱患，并提出了多項市政路燈線路電氣安全防護措施。2022年，魏智娟[4]對船舶機械設備中電氣防護設計及應用進行了研究，并從電纜導架的安裝、電纜開孔圖的要求以及電氣設備搭鐵等方面展開論述，以保證電氣防護工作落實到位。

電氣安全是對電器設備使用和運行的基本要求，也是一切工業生產相關活動實施的前提。電氣防護工作做得好，就可以給電氣安全工作多一份保障。本文著眼于叉車用電氣相關設備的使用安全，從不同角度給出了防護升級的措施，以提高叉車電器使用的安全性。

2 線束的防護性能改善

2.1 "不防水插件做防水處理

插件分防水和不防水兩種，常見的插接器一般都是防水的，如泰科、安普或者天海供貨的兩芯插件282080-1（DJ7021-1.5-21），如圖1所示。配套這種插件的線束通常先把電線剝皮，套上防水塞以后，再匹配對應的端子進行壓接，最后把壓接好的電線插入插接器鎖住。由于電線配合防水塞使用，所以插件尾部是可防水的，防水等級通常可以達到IP54，能夠滿足日常淋雨、洗車或者濺水等狀況的防護要求。插件存在閑置孔位的情況，可以使用防水堵塞住，既美觀又可達到防護的目的。對于不防水插接器，主機廠沒有特殊或者指定的要求下，線束廠家通常是不做任何處理的。防水插件的孔位一般為圓孔，不防水插件的孔位為方孔，同時不防水插件的孔位尺寸比較大，沒有配套的防水塞或者防水堵與其配合使用。

為了達到所有插接器都能滿足防水要求，不防水插接器（圖2）可以做注膠處理。比如，熔斷絲盒的插接器DJ7061-6.3-11（圖3），本身是不防水的。為了達到防水效果，可以在線束端子插入插接器孔位后，使用卡夫特的704L有機硅密封膠或者K-5024K導熱硅膠注膠，使其填滿整個方形孔，注膠的量可選擇為與插接器的外延平齊。注膠完成后，將插件豎直放置，待膠固化后，就可直接與熔斷絲盒插件對接，裝車使用。這種處理效果實際比使用防水塞的效果要好，如圖4所示，處理后的插件可以完全避免外部灰塵和水進入插件。

2.2 "防水插件盡量保持線徑統一

由于實際做線過程中，防水塞與線束線徑的匹配不能做到完全的對應，比如線徑是0.85和0.5的兩種線，實際匹配的是同一種防水塞，這是線束廠家防水塞物料種類缺失或者防水塞本身類型豐富性缺失造成的。這種結果就導致了線徑0.5的電線匹配的防水塞過于寬松，電線和防水塞之間存在間隙，存在進水可能。為了避免這種情況的發生，在線束設計階段，同一個插件盡量選擇統一的線徑，匹配對應的防水塞，從而保證線束的防水品質。

2.3 "使用對插件或者匹配護套防護

叉車的客戶訂單通常分為標配和選配兩種。標配的車型出貨量大，是主機廠的主打配置。選配依客戶要求而定，也占有一定的市場份額。同一款車型，不論標配還是選配，通常有且只有一條車架線束，跟標配和選配車型通用。這樣可以減少物料種類，方便現場的物料管理。選配車型由于增加了標配選項以外的其他配置，功能豐富的同時，車架線束就得設計出預留的插接器滿足拓展功能的實現。同一條車架線束用在標配車型上，預留的插接器的管理就非常關鍵，不僅影響到整個線束的防塵、防水性能，還能體現整車線束是否整潔美觀。

沒有對預留插件做出具體要求之前，預留插件通常不作處理或者直接用絕緣膠帶纏繞包扎（圖5、圖6），以達到絕緣和簡單防護的效果。根據實際的品質反饋和客戶訴求，上述處理方式過于簡單粗糙，并不能達到客戶的心理預期。后期經過設計改進，改用對預留插接器進行防護（圖7、圖8），對插件使用盲堵密封，這種改進不僅提升了預留插接器的防護效果，還使整車線束布局美觀。

3 電器負載的防護

3.1 "微動開關防護

如圖9所示，微動開關的連接線和滾輪都裸露在外面，容易受到外部刮蹭、異物進入、雨水淋濺等因素的影響，從而使微動開關功能失效或者壽命縮減。在鑄造行業，生產現場粉塵大，揚塵極易濺入微動開關和撥桿之間縫隙或者微動開關內部滾輪和本體之間，造成滾輪不回彈（圖10）。如圖11所示，在化肥廠、化工廠、食鹽制造廠等具有腐蝕性環境的工況，食鹽或者化肥等化學制品濺入微動開關的滾輪部位，會腐蝕金屬造成滾輪和內側金屬的黏連，使滾輪喪失回彈特性。為了避免這種情況的發生，延長微動開關的使用壽命，降低該配件的更換頻率，后期進過優化改進，在開關外部增加一個橡膠套做防護（圖12），從而大大提升了開關的防護性能。

3.2 "散熱風扇外加防護罩

散熱風扇外加防護罩（圖13），可以一定程度上避免樹枝、木棍、樹葉、棉絮等較大尺寸的異物進入風扇，導致風扇扇葉或者軸承卡滯，從而引起風扇發熱嚴重、風扇損害或者燒蝕。同時，也避免了操作人員開合機罩作業過程中，手等身體部位不慎觸碰到高速旋轉的風扇，造成人身傷害。

3.3 "充放電插頭配對應防護套

由于充放電插頭直接連接電池，電池高壓對整車電器和駕駛員都有潛在的安全隱患，因此必須提前做好防護措施，防止電氣安全事故的發生。在車輛維修、電池充電、電叉長時間閑置過程中，電池放電插頭經常需要跟整車電器連接斷開，以減少電池的虧電。電池放電插頭裸露，會導致外部的水汽、灰塵、雜物進入插頭內部，引起插頭內部正極電極生銹、堵塞、短路等，從而使插頭使用壽命縮短或者引起電池發熱、爆炸、起火。對該插頭配置相應的護套（圖14），基本可以隔絕以上因素的影響，提高了整車電氣安全性能。

3.4 "前照燈的防護升級

LED燈相較于傳統鹵素燈，由于具有功率低、亮度高、損耗小等優點，目前已經在叉車電器中廣泛應用。LED燈多采用整體封裝工藝，外殼防護等級可達到IP67級別，滿足一般工況下的防塵、防水要求。但是隨著叉車使用年限的加長，車輛使用過程中磕碰、撞擊、雨淋、日曬等因素的影響，LED燈也會不可避免地產生損壞，導致LED燈不亮。如圖15所示，初始設計的LED燈安裝座是一塊L型板，只能起到支撐和固定LED燈的作用，防護作用弱。升級后的LED燈安裝支架帶一塊上遮板（圖16），同時整個支架的寬度加寬，這樣就可以在一定程度上阻擋外部的碰撞、摩擦、磕碰，保護前照燈免受直接的雨水澆淋，從而延長了前照燈的使用壽命。

4 電器布局及選料的優化

4.1 "通用型護孔圈用改良型橡膠圈替代

護孔圈是指套在叉車結構件和覆蓋件開孔位置，防止液壓管路或者電氣線路經過出線孔被磨損的膠圈。通用型護孔圈（圖17）可以跟機罩的預留穿線孔完美配合，是一種在叉車上應用最廣泛的護孔圈，能對穿過孔位的管線路起到保護作用。通用型護孔圈缺點也很明顯，因其具有通用型和一般性，其內徑尺寸較大，因此在對防護要求性能要求高的場所，該護孔圈不能滿足要求。如圖18所示，改良型橡膠圈能夠適配開孔尺寸的同時，可以對穿過其中的管線路緊密包裹，從而阻止了水、異物、塵土的進入，防護效果大大提升。

4.2 "機罩開孔位置由座椅下方改至機罩側面

座椅的預留開關線穿過機罩與車架線束連接，可以實現OPS功能獲取座椅狀態信息的目的。如圖19所示，原始的機罩預留孔是開在座椅正下方位置，這樣可以實現連接線以最短距離到達車架線束的對應插接口。但是由于座椅下方整個平面處于相對凹陷的位置，戶外作業的叉車在下雨、洗車過程中，水會順著機罩出線孔流到車體內部，從而濺落到電池上表面，存在電器安全隱患。如圖20所示，優化后的機罩，座椅出線孔改到機罩側面，這樣出線孔的位置加高，同時采用改良型的橡膠圈，避免了從外部進水及其他雜物的可能。

5 "結論

電器相關線路及負載防護性能的提升是一項具有重要意義的工作，不僅關乎駕乘人員的安全體驗，還關乎客戶對電動叉車的認可度和接受度。最近國內外頻發的電車自燃、功能失效、顯示器黑屏等安全事故，給電動車設計人員敲響了警鐘，提高了對安全性能防護的重視。本文從車架線束、電器元件、整體布局等方面改進，實現了電氣防護等級的提升。

參考文獻：

[1] 朱海君. 綜合布線系統的電氣防護與接地[J]. 江蘇電器，1999（4）：11-12.

[2] 鄭全舉. 電氣工程自動化監控系統安全防護探究[J]. 科技創新與應用，2015（25）：150.

[3] 李以則. 市政路燈線路電氣安全防護措施探討[J]. 建材與裝飾，2018（23）：262.

[4] 魏智娟. 船舶機械設備中電氣防護設計及應用[J]. 船舶物資與市場，2020，30（8）：75-77.

（編輯 "楊 "景）