11.5吨后驱三支点电动叉车设计与研究大学论文

摘 要

随着国民经济的不断发展，工业车辆的应用愈来愈广泛。叉车属于通用的起重运输

机械，是物料搬运的最主要工具之一，在各行各业的物流系统中扮演着重要的角色，广

泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等。电动叉车作为一个新型车辆，显现出它独

有的特点。本文通过对国内外电动叉车的发展进行分析对比，讨论了１．５ｔ后驱三支点

电动叉车开发的可行性，并研究分析三支点电动叉车的结构特点、前轮和后轮驱动的性

能等，确定了后驱三支点１．５ｔ电动叉车的开发思路及研究方向。

本文对１．５ｔ三支点后轮驱动电动叉车的总体方案构思，驱动原理、参数确定、主

要配套件选型、及试验研究进行了分析研究。从蓄电池的选取，行走电机的功率计算、

驱动系统结构确定、车速与驱动力的计算等方面对动力系统的匹配进行了论述；对制动

系统的结构及设计计算方法进行了分析；对电动叉车电器及电控技术的发展趋势和先进

技术的应用进行论述；对液压系统的系统及主要元器件进行计算；介绍了工作装置的结

构和特点；对整机试验方法，包括性能试验，强化试验，工业性试验的方法和结果进行

了总结分析，对影响整机主要安全性的稳定性试验进行了计算分析和试验。对噪音试验

和降噪攻关的思路及过程分为行走噪音降噪和起升噪音的降低方法进行了论述。

论文基本上囊括了１．５ｔ后驱三支点电动叉车开发过程的方方面面，该叉车目前已通

过国家检测中心的整机试验验证，形成商品．。

关键词：后驱三支点电动叉车 设计方案动 力匹配稳 定性分析 噪音试验

Ａｂｓｔｒａｃｔ

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长安大学硕：ｔ学位论文

第一 章 绪 论

１．１ 国内外电动叉车的发展概述

随着国民经济的不断发展，工业车辆的应用愈来愈广泛。叉车属于通用的起重运

输机械，由自行的轮式底盘和能垂直升降和倾斜货物的工作装置组成【１１。是物料搬运

的最主要工具之一，在各行各业的物流系统中扮演着重要的角色，广泛应用于车站、

港口、机场、工厂、仓库等。叉车最早出现在１９１４年一１９１５年之间，１９１７年美国克

拉克公司【２】开发并使用自己制造的动力驱动的叉车，Ｔｏｗｍｏｔｏｒ公司和耶鲁公司分别于

１９１９年和１９２０年进入美国的叉车市场【３】。第二次世界大战期间，由于大量搬运军事

物资的需要，叉车的发展得到了极大促进。二次世界大战后，很多在仓库内有效存储

更多货物的方法得到应用，仓储业的发展更需要机动灵活的各类叉车。适用于各种环

境的型式多样功能各异的叉车应运而生。

按照动力装置，叉车分为内燃叉车和电动叉车两大类。内燃叉车以发动机为动力

装置，通过燃烧燃料提供给车辆运行及工作的动力，将热能转化为机械能；电动叉车

以电动机为动力装置，利用电能来驱动叉车行走和工作系统。因为电动叉车具有使用

方便、安全可靠、噪音小、无污染等特点，因此在工厂、仓库、车站、机场、等各行

各业得到了广泛的应用，其自身也得到了飞速的发展。以日本为例，７５年电动叉车产

量为８２８３台，只占叉车总量的１６．４％，８０年生产１９９５１台，占叉车总量的１９．１９％。

而８３年则达到了２１．５９％。９２年生产电动叉车４１０３２台，达到总产量的３７．９２％。 ２０００

年生产电动叉车３９８１１台，占叉车总产量的３５．７％。欧洲是叉车产量最大的区域，据

统计，８２年西欧（主要是德国和意大利）生产的６９万台叉车，其中５０％以上为电动

叉车，两年后，８４年西欧各国生产８万多台叉车，电动叉车占６４％。２００５年欧洲地

区销售的工业车辆中，电动车辆占７４．９７％，内燃叉车占２５．０３％，瑞典的ＢＴ公司生

产的叉车全部是电动叉车【４】。在发达国家，电动叉车的需求远远大于内燃叉车，这与

全球重视环保的因素密切相关。尤其是在港口、仓库以及烟草、食品、轻纺等行业，

电动叉车正在逐步替代内燃叉车。

我国电动叉车与内燃叉车的销售比例如表１－１所示。

长安大学硕士学位论文

个４，－－５Ｋｗ的驱动电机，而前轮驱动一般需２个３－－４Ｋｗ的驱动电机。国外一般三支点后

轮驱动叉车采用２４Ｖ的蓄电池组作为动力源，电池容量为５００－－７００Ａｈ［１０１。

国际上的最新后轮驱动三支点电动叉车，在结构上还有一个突出特点，即采用了新

的门架连接方式。传统的叉车，包括内燃叉车与蓄电池叉车，均是门架下部铰接于驱动

桥上，上部与倾斜缸的缸头铰接，通过液压系统供油，随着倾斜缸活塞杆的前后运动而

实现前倾或后倾。而后轮驱动的三支点电动叉车由于没有驱动前桥，将门架直接与前轮

固连为一体，上部与车架铰接，门架下部与一个布置于车体底部的倾斜油缸连接。通过

液压系统供油，随着倾斜缸活塞杆的前后运动，门架连同前轮绕车架上的铰轴转动，底

部前伸或缩回，实现后倾或前倾。同时整车的轮距伸长或缩短。这种结构有以下优点：

ａ．缩短了整车的前悬距，同样吨位，所需的配重轻，整车车长缩短，转弯半径减

小，机动性好。

ｂ．载货运行时，门架后倾，轴距伸长，稳定性提高。司机可更安全、更平稳地操

‘

作叉车。

ｃ．牵引性能更加优越，因为随着轮距的加长，重心后移，后轮负荷加大，满负荷

门架后倾时，后轮负荷可增加为原后轮满载负荷的５４％左右，而由于后轮负荷在较小的

范围内，牵引力由后轮附着力决定，后轮的负荷增加，无疑改善了牵引性能。

ｄ．增加每班的工作时间，由于配重小，整机重量轻，可以节省能源。

ｅ．轴距缩短时，可以改善机动性，增加存储空间的利用，采用这种结构形式的叉

车比其他形式的叉车能在更狭窄的通道内工作。

后轮驱动的三支点叉车，一般由一个牵引电机经过齿轮变速箱带动后轮直接运转。

国外经常把电机及变速箱做成一体，形成一个驱动单元【１１１。根据电机的布置方式可分为

两种：牵引电机横置与竖直。电机横置，无需改变传动方向，可以免除复杂的斜面齿轮

组，通过五个直齿齿轮，两级减速，带动后轮运转。这种安装形式结构简单，但要求电

机的外形尺寸较小。而且，转向时电机跟着车轮一起向左右９００摆动，电缆线等件总在

运动中，会影响电机的使用寿命，缩短维护保养的时间。电机竖直，一般通过一对直齿，

一对螺旋伞齿轮改变传动方向，将电机的旋转运动改为后车轮的转动。整个变速箱通过

转向系统带动绕后轮中心向左或向右９００转动，实现叉车的转向。这种安装形式虽然结

构较复杂，但是电机安装于后车架或配重上，除了转子外为固定件，安装方便，利于维

护保养。对电机的外形尺寸要求也不高。两种布置形式各有所长，各厂家根据自己的工

艺及制造的方便性各有所选。

第 一 章 绪 论

１．３．３三支点电动叉车的其他特点

与其他形式的叉车类似，现代叉车在技术、性能等方面的改进也全部都在三支点电

动叉车上体现：

ａ）宽视野门架的采用。三支点叉车大都采用宽视野门架，门架起升高度从２０００ｍｍ

至６０００ｍｍ，有两级门架也有三级门架，有部分自由提升与全自由提升等多种门架，可根

据用户的不同要求来选配。国外一般都采用工字钢并列布置的双‘‘１．＇’型结构。两个起升

缸分别位于左、右门架立柱外侧，最大程度地减小前悬，改善稳定性。

ｂ）转向机构采用动力转向：目前三支点电动叉车大多采用全液压转向或电转向来

实现动力转向，克服车轮的转向阻力，减轻方向盘上的操作力，使转向轻便灵活，减轻

司机的疲劳【１２】。液压动力转向由液压系统将动力油通过全液压转向器在方向盘的操纵

下，分配给液压缸或液压马达，驱动转向车轮绕后轮中心转动，相对于车轴心偏转，从

而实现整车的转向【１３】。转向液压系统和起升液压系统可以采用共泵分流或由独立的转向

电机带动转向泵向转向液压系统供油。液压动力转向在转向装置和转向轮之间用油管传

递动力，省去了机械连杆，具有布置自由度大，转向轮转角大，转弯半径小，操纵轻便、

维修方便等优点。国外电动叉车目前也有采用电动转向系统，称为ＥＰＳ装置【１４３１，由输入

轴、输出轴、转向轮、转向电机和传感机构组成。将方向盘的转角转变为电信号控制转

向车轮的转动。为了防止电转向系统故障造成整车失去转向功能，国外的电动叉车一般

在配置电转向系统时，还辅助有一套机械转向以防万一。

ｃ）先进控制器的采用：由于世界微电子技术的飞速发展，电气控制系统多采用ＭＯＳ

场效应管控制系统，利用电场效应来控制电流变化。ＭＯＳ管电控的工作频率远远高于

ＳＣＲ电控的工作频率，使得输出电流更加平稳，更加节电。现代电控技术具有以下性

能特点：对低速度的最佳灵敏度；故障自诊断功能；可使用手持单元进行调试及修正参

数；内部小时计的数值可在手持单元上显示；可存储记忆最后出现的若干次故障及每次

故障发生时的小时计读数和温度均可在手持单元上读出；手持单元可对输入信号、电机

电压、电瓶电量等主要参数进行实时检测：触点无弧断开；斩波器内部有接触器线圈放 电回路；高频使电机和电瓶的效率提高；对最大速度有优先考虑。有些控制器具有以下

保护功能：电瓶极性接反保护；电路连接错误时不能进行任何输入；热保护，当控制器

温度超过一定值时，最大允许电流随着温度的升高成比例下降，对电控进行热保护；电

瓶过放电保护：当电瓶电量过低时，最大电流下降５０％，同时提升系统中除液压驱动下

降外均关闭；外部杂质保护，斩波器主体完全密封隔离，可防止任何液体的溅射。

６

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ｍ再生制动技术的广泛应用：当松开加速踏板、踩下反向的加速踏板或踩下制动

踏板时，牵引电机将变成一台发电机，将能量补送回电池，而不是白白浪费掉，这种制

动系统延长了每次充电后的工作时间，减少了制动线及制动磨擦片的磨损，降低了使用

成本【１５１。

１．４后驱三支点电动文车的优缺点分析

三支点电动叉车按照驱动形式的不同，又分为前轮驱动和后轮驱动，两种结构形式

也是各有优缺点；前轮驱动采用两个双电机驱动，动力强劲，由于叉车的负载在前，故

前桥负荷较大，尤其是满载时前桥负荷大约为整车满载重量的９０％ｔ１６】，所以驱动车辆

行驶所需的功率较大，故一般国外三支点电动叉车一般采用两个４．５Ｋｗ电机，共计９Ｋｗ。

而三支点后驱电动叉车的驱动原理是将负荷降低的后轮作为驱动轮，因此所需驱动力大

幅降低，１．５ｔ电动叉车采用一个４ｋｗ电机，整车功率明显降低。 因此前轮驱动和后轮

‘

“

驱动的三支点电动叉车优缺点比较如下：

、

前轮驱动动力强劲，但成本高，使用时费电。日常使用成本加大。后轮驱动巧妙利

用叉车的使用特点，节能高效，叉车行走电流低，整车工作在低电流的安全范围内，可

靠性大大提高。另外，与前轮驱动相比，价格较低。例如在标准符合单班作业时间同为

７．８小时的情况下，１．５ｔ前轮驱动的电动叉车采用的是４８Ｖ４５０Ａｈ的蓄电池。而同吨位

后驱三支点电动叉车采用４８Ｖ３８０Ａｈ蓄电池。采购成本和日常使用成本均大幅下降。

１．５ｔ后轮驱动电动叉车具有较高的性能价格比。缺点是后轮轻，不适合泥泞场地的作业 要求。因此，在采购时要根据使用环境的要求，选择合适的结构形式。如果使用环境为

平坦的水泥路面，货物重量小于１．８ｔ应首选三支点后驱电动叉车，节能、高效、可靠性

高、性能先进、机动灵活。如果使用环境为户外作业，路面状况不好，可考虑选用前轮

驱动的三支点电动叉车来增加功率。如果货物重量在两吨以上，通道没有限制的情况下，

可考虑采用四支点电动叉车。

７

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tuep.html