电动叉车设计(共35页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计题 目 电动平动式轻型装卸机的设计 学生姓名 张迅雷 学号 所在院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 汽车专 081 班 指导教师 赵 永 强 2011年3月26日电动装卸车设计 摘要 目前应用的电动车辆主要有直流驱动和交流驱动两种方式。由于交流系统本身在性能、维修等方面的优越性能，自上世纪末，交流动力逐渐应用于电动装卸车的设计和生产中，它的应用使电动装卸车的性能显著提高，林德.永恒力等。外资企业对交流技术的应用已日趋成熟。国内电动装卸车行业技术相对落后，电控、电机的落后状况尤为突出，严重制约着电动装卸车的设计及其发展。交流驱动系统作为装卸车更新换代的技

2、术，必将得到越来越广泛的运用。因此，我们从学习国际电动装卸车先进驱动技术入手，带动民族叉车产业发展。 本文通过对电动装卸车直流与交流驱动系统在原理、结构和控制等方面的比较，说明了电动装卸车采用交流驱动系统在系统性能、效率、维护成本等方面有着不可逾越的优势。通过描述感应电机在变频电源供电下的机电特性，阐述了当前比较流行的 感应电机控制器的控制方式。针对交流驱动技术在电动装卸车的应用实例，介绍 了感应电机和控制器及其它关键部件的选型.匹配。 本文所探讨的交流技术在电动装卸车驱动系统的应用对于新一代交流电动装卸车驱动控制系统优化调试有重要的参考价值。 关键词： 电动叉车 感应电机 控制 目录电动装卸

3、机的总体设计.156.1电机选型.166.2传动系统传动比的确定186.3电动装卸车制动力选择186.4电动装卸车机动性.206.5工作装置与转向系的工作过程.207重心与整机性能的关系.20 7.1装卸车的轴载.21 7.2驾驶室的布置228驱动前轮的传动设计24 8.1蜗轮传动的特点24 8.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算25 8.3蜗杆传动的失效形式和计算准则.28 8.4蜗杆传动的材料和结构.28 8.5.蜗杆传动的强度计算29 8.6热平衡计算31 8.7.蜗杆传动安装.32专心-专注-专业电动装卸机的发展概况电动装卸机是以电力直流或交流为动力实施装卸、起重、搬运、堆垛作业的车辆

4、。八十年以来, 由于电动叉车具有易操作、作业灵活、安全、动力利用率高、噪声小, 对环境污染小等优点, 更适合于工矿企业作搬运机械使用, 因而倍受人们重视, 得到了迅速发展。1956年丰田的第一款装卸机最佳电动装卸车设计及配置方案 在当今电动装卸车领域，交流电气驱动系统的发展十分迅速。相对直流驱动系统，交流电气驱动系统凭借其高效率、免维护、长寿命等优势，吸引了众多厂商和用户的注意，并得到成功的应用。但是，全交流电气驱动系统也存在成本较高、技术复杂及国内用户在整机价格一时难以接受等劣势。 针对交流驱动系统的优缺点，如何做到既能发挥交流驱动系统的优势，又可以大幅降低整车驱动系统的成本，最大限度的提高

5、装卸车性能和在国内加大普及速度？半交流驱动系统是解决叉车驱动系统的最佳方案。 所谓半交流驱动系统，即叉车行走部分是交流驱动（交流电机+交流控制器），液压提升部分是直流驱动（直流电机+直流控制器）。目前国内电动装卸车电气控制系统配置概况： 这种半交流方案有哪些优点？它的实际应用情况又是如何那？下面将通过具体的技术分析来为主机厂和用户介绍电动电动装卸车半交流电气驱动系统的优势。交流驱动系统的优缺点 首先我们先了解下交流驱动系统的优缺点 交流行走驱动系统在应用中的优点 三相交流异步电机是交流驱动系统的主要组成部分，其工作原理是三相交流电输送给定子绕组，产生旋转磁场，感应闭合的转子绕组，从而产生感应电

6、流，感应电流的磁场与定子旋转磁场相互作用，便产生电磁力推动转子旋转。 综上所述，交流行走驱动电机与直流行走驱动电机相比：具有动力强、效率高、噪音低、体积小、重量轻、再生能量高、电磁干扰小、终身免维护、结构简单、易于冷却和寿命长等优点。随着交流电机的控制能力大大增强和交流电机控制器硬件部分的成本逐步降低，为交流电气驱动系统广泛应用和普及创造了良好的基础。 交流驱动系统在应用中的缺点 交流电气驱动系统本身也存在一些缺点： 1.编码器 当前的交流控制系统中，编码器是必备器件。安装在交流电机上，用来向交流控制器提供转速及方向信号。由于编码器目前没有国产化，价格较高。使得交流控制系统的整体价格被抬高。

7、2.控制器 由于交流变频调速控制技术很复杂，控制器需要选用较大的微处理器；同时，控制器的三相交流输出也需要使用比直流控制器多得多的功率器件（如：MOSFET），直接导致成本的增加。所以交流控制器价格比直流控制器价格高。 3.交流电机 虽然交流电机比较简单，制造工艺和材料都没有直流电机复杂，但由于交流驱动系统应用在国内刚刚起步，除了少数国产电机，大多电机还需进口，尤其是编码器全部进口。所以在未来一段时间内，交流电机价格会比直流电机价格高。 由此可见，从交流控制系统的整体来看，不仅其技术的复杂和特殊，而且器件的成本高。这使得其整体价格会比直流驱动系统高出许多。这将不可避免的影响主机厂的生产成本，同

8、时也提高了最终用户的采购成本。 扬长避短的最佳解决方案一半交流驱动系统 交流驱动控制系统应用于电动叉车行走部分 采用直流控制系统的电动装卸车在运行中出现故障频率较高的是行走驱动部分，主要原因是用户不能及时检查和更换直流行走电机的碳刷及换向器，造成火花大（甚至环火）还在继续使用，导致电流过大烧坏控制器或电机。要从根本上解决，可以采用交流行走控制系统。装卸车行走整体性能显著提高，故障及元件更换率明显降低，可靠性大大增强；装卸车完好出勤率和单位时间的生产率更高，运行及维护成本更低。将给最终用户、主机厂、配套商带来非常显著的直接和间接的经济效益。 采用交流行走控制系统的电动叉车优势主要体现在以下方面：

9、 1.运行与维护成本低 交流电机终生免维护 交流电机无需换向接触器（前进，后退换向），节省了部件。更为重要的是，交流电机无碳刷和换向器，不仅电机的体积更加轻便小巧，运转速度提高了，而且彻底摆脱了定期检测和更换碳刷的麻烦，极大地增强了装卸车的可靠性与稳定性；同时，在装卸车设计时不用考虑预留电机维修空间，甚至可以将电机密封起来，使叉车结构设计更加紧凑。 采用再生制动，减少机械磨损 再生制动是一种非接触性制动，无论驾驶者丢开加速器踏板减速，踩制动器踏板刹车，还是切换行驶方向刹车，交流电动机均会处于发电机状态，其电磁转矩转变为制动转矩。这意味着减少刹车片的磨损，延长制动器寿命，降低制动器维护费用，使运

10、行成本更低。同时，由于交流电机在行驶与制动上的效率很高，而且刹车或换向时，都会有再生能量产生，高达30%，并能将再生能量回馈到蓄电池，这会使蓄电池工作时间延长，寿命也更长。虽然直流他励行走电机也有再生制动，但必须在强烈的制动时才能启动，再生能量只有15%。而交流行走控制系统几乎在所有的情况下，交流电机均会产生能量再生，并且持续作用直至装卸车完全静止，显然比直流电机的能量再生效率更高。 2.生产效率提高 交流电机最高转速比直流电机提高很多，动力更强劲。而且，交流电机可以将获得的再生能量回馈给蓄电池，既延长了电池的使用时间，也提高了装卸车的整体性能：启动更快，加速/减速性能提高，缩短了达到最高速度

11、的时间，延长了续航距离，工作效率显著提高。 3易于编程，控制能力大增强 随着变频调速技术取得了突破性发展，交流控制器可以实时控制交流电机的运转，使交流电机的受控能力大大增强，获得了同直流电机一样的调速性能。交流驱动采用速度力矩控制，控制的灵敏度提高，可以提高装卸车操作效率；采用加速踏板释放制动功能，前进过程中换向为倒车时可以平稳过渡，提高了装卸车的稳定性与可靠性，同时，采用CAN总线，使系统集成更简单，单元设计更灵活。 4装卸车操作更加舒适 交流驱动系统在提高叉车驾驶员操作舒适方面所起到的作用与众不同，由于交流电机比直流电机小巧轻便，这使得叉车的设计相对更灵活。 直流驱动控制系统应用于电动装卸

12、车起升和转向部分 既然交流控制系统优于直流控制系统，为什么还要介绍直流控制系统应用于电动装卸车液压工作系统中呢？当然全交流配置的控制系统是目前电动装卸车系列中的顶级配置，性能更加优越，运行和维护成本会更低。国外发达地区电动装卸车基本上都是全交流顶级配置。但是全交流顶级配置的成本要远高于直流控制系统，一般要高出3-4倍。这对国内绝大多数装卸车用户是一时难以接受。为了既能提高电动装卸车的整机性能和可靠性，又能在整机成本增加不大的情况下，尽快地拓宽国内外市场。使用户得到实惠、主机厂找到新的经济增长点、配套商降低服务费用。这一举三得的举措能不干嘛！ 因此推荐半交流配置方案就能实现上述举措。 我们知道电

13、动装卸车在作业中都在小范围内频繁地前进后退换向，直流控制系统中的换向接触器触点和电机中的碳刷、换向器容易烧蚀和磨损，如不及时检查和更换就会产生系统故障，造成用户抱怨。对此推荐采用交流行走控制系统，从根本上杜绝了直流系统中频繁的故障率。 而在电动装卸车液压系统中的泵电机是定向旋转的串励电机，不需要换向接触器。虽然也频繁地起升和倾斜，但每次作业时间都很短，不会超过30秒。如果采用“双泵合一”配置，泵电机兼顾转向，在起升或倾斜不工作时，泵控制器供给泵电机的电压很低，约13V左右（48V电源）。这时泵电机低速旋转，约400-800rpm。由于泵电机是定向旋转且短时工作制，且液压系统已设定了最大压力值，

14、过载时溢流阀（安全阀）自动打开，所以没有很大的电流冲击。因此电机的碳刷和换向器寿命要长得多，相对可靠。同时也延长了碳刷定期检查和更换的时间，降低了运行和维护成本。直流串励电机大扭矩特性是非常适合液压系统的驱动电机。介于直流液压控制系统的作业特点和价格优势，电动装卸车半交流控制系统在当前很有生命力，整机特性和销售价格容易被国内外用户接受，市场前景肯定很好 门架目前，国内外电动装卸车大部分已经采用宽视野门架，起升液压缸由中间放置改为两侧放置。液压缸的放置位置有两种： 1. 液压缸位于门架中间 2. 液压缸位于门架后面 3. 液压缸位于门架外测注意：1.第一种为窄视野门架，后 两个种门架为宽视野型门

15、架。2.窄视野门架常见于踏板式小 型装卸车。踏板式小型装卸车驾驶室由于多数电动装卸车用于室内搬运，因此一般没有封闭的驾驶室，只安装起防护作用的护顶架。 护顶架 新型装卸车驾驶室 但世界上比较先进的电动装卸车对这提出了更高要求，如：LINDE的E20新型装卸车驾驶室，按先进的人机工程学原理开发研制，采用舒适的液压减振悬挂式座椅，能够根据驾驶员的身高和体重进行调整。双踏板加速系统在装卸车改变行驶方向时无需转向，方向盘立柱的倾角可根据驾驶员的要求进行调节。中心液压操纵杆集门架的升降和前后于一体。所以这些新设计都大大地减轻了驾驶员的劳动强度。驱动系统驱动系统是电动装卸车的关键部件之一。各种装卸车在驱动

16、系统的结构上存在很大的差别，有单电机布置形式上也存在差别。LINDE的E20电动装卸车则是由两个独立的电机来完成的，电机与驱动轴平行放置，结构紧凑。由于是双电机驱动，加速和爬坡性能好，牵引力大，采用了电子整速系统，替代原来的机械差速系统，使用性得到了很大的提高。双电机驱动系统 丁字结构驱动系统电动装卸车的驱动电机 丁字型结构的驱动桥电动装卸机的总体设计电机选型： 1. 根据稳定运行的要求 2. 根据发热等值条件 3. 举升电机 4.运行电机注意：1.运行电机还需进行超载能力的校核。ZQD-11型直流串激电机ZQD-11型直流串激电机传动系统传动比的确定： 1.电机传动比 2.主减速器的主传动比

17、调速电机-3.23电动装卸车制动力： 1.无需离合器 2.制动能回收 3.鼓式制动器制动能回收系统电动装卸车机动性： 1）通过直角通道的最小通道宽度S 2）上下坡的能力 稳定性控制液压系统： 1.举升液压缸 2.转向液压缸 3.倾斜油缸 4.齿轮泵 5.液压油箱横置式转向液压缸齿轮泵举升液压缸及倾斜液压缸 工作装置与转向系的工作装卸机的工作装置由 直流串激电机带动齿轮泵产生液压油储油罐泄压阀举升液压缸控制阀. 倾斜液压阀 转向泵举升液压缸 倾斜液压缸 转向液压缸。电动装卸机的三维建模零件建模： 1.车架2.车身3.门架4.车轮5.方向盘 方向盘运行电机装配图建模主要按照电动装卸车的各个总成来建

18、模。工作装置总成整车装配体重心与整机性能的关系重心的位置对装卸机的主要性能：牵引特性.制动特性及稳定特性等都有重大的影响。重心的位置取决于各组成部分的重量分布。在总体设计中，为估计整车所需的发动机功率和牵引性能的计算，就需要相关装载车总重及重心的位置。但对于一台新车的设计缺少这些资料，为此不得不根据与之相近的其他车型的资料来估计，借助一下估算： （7-1）G。叉车自重的重力G 叉车额定起重量的重力Se 载荷中心距R 前轮半径Sl轴距右下图不难根据力矩平衡得出上式（7-1）计算方法如下，其自重重力G为： G = G1+G2+Gi+Gn式中 G1Gn各部件或总成的重力；N各部件总成总数。重心的水平

19、位置，即距前轴的距离Slt 重心的高度位置，即距地面的距离h0，运行状态的自重和中心位置可效仿上述方法求出。1.装卸车的轴载 对于平地静立的状况下，轴载可分为空载与满载两种状况。前轴的轴载G10为：G 叉车的自重重力St轴距S10自重重心距前轴的距离后轴的轴载G20为：G20=(S10/S1)G满载时前轴的轴载G1为后轴的轴载G2为：2.驾驶室的布置： 在选定主要总成的类型.规格和参数后，可以进行总体的布置。各位置均相对司机而言，但司机的位置定于司机的座椅，在装卸机上它一般布置在左侧，座椅与各脚踏.方向盘.手柄相对关系在汽车上已有较深入研究，在叉车上由于空间狭小，布置比较难，因此必须加以改善。

20、为适应司机不同身材与习惯，座椅一般都是三度可调的，即坐垫的高低.与远近及背的倾斜角度，能够小范围自由转动。保持司机驾驶的舒适性。为保证司机操纵舒适有以下位置参考：8.驱动前轮的传动设计驱动前轮采用涡轮蜗杆传动式的双电气驱动，即驱动力分别由左右调速电动机输出，通过蜗杆涡轮传送到前轮，从而进行驱动。8.1蜗轮传动的特点 蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。 传动平稳、噪声小。 可制成具有自锁性的蜗杆。 蜗杆传动的主要缺点是效率较低。 蜗轮的造价较高。 8.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮

21、合。在蜗杆传动的设计计算中，均以中间平面上的基本参数和几何尺寸为基准 。一、 蜗杆传动的主要参数及其选择 1.蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2和传动比 i较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。 蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1 。 z2不宜太小（如z226)，否则将使传动平稳性变差。 z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 传动比 i 2.模数m和压力角a蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面

22、模数、压力角相等，即 ma1= mt2 = m aa1= at2=20 3.导程角l在m和d1为标准值时，z1l正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且人b 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。直径d1与模数m的比值称为蜗杆的直径系数当模数m一定时，q值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。5.中心距 二、 蜗杆传动的几何尺寸计算 8.3.蜗杆传动的失效形式和计算准则一、 蜗杆传动的失效形式 1.

23、齿面间相对滑动速度v； 2.齿轮的失效形式； 蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式二、 蜗杆传动的计算准则 对于闭式涡轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。 对于开式涡轮传动，或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数z2大于90时，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。 由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效。8.4.蜗杆传动的材料和结构 为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。 高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、

24、40Cr淬火。 低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。 蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋 部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。蜗轮的结构8.5.蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。蜗杆输入功率P45HRC。蜗轮：因转速较高，采用抗胶合性能好的铸锡青铜，ZCuSn10P1，砂模铸造。 查表6.16，蜗轮材料的基本许用接触应力为&=200MPa查表6.15，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为&=58Mpa计算应力循环次数N 涡轮

25、转速n2=1450/25r/min=58r/minN=60jn2Lh=60*1*58*15000次=5.22*107计算寿命系数计算许用应力（2）确定蜗杆头数和蜗轮齿数由表6.12，根据传动比i值取Z1=2 Z2=iz1=252=50（3）计算涡轮的转矩T2 T2=9.5510in6（P1/n2） 取=0.85 T2=9.5510In67.5/580.85N.mm=10.510In5N.mm4）按齿面接触疲劳强度计算取载荷系数 K=1.2由式（11.10）得 d1=KT2*(520/(Z2*&h)In2 =1.210.510In5(520/(50*163)In2 =5130查表6.13， 按d

26、1=5130mm3选取d1=5376mm3得m=8，q=10d1=mq=810mm=80mm d2=m *z2=840mm=320mm 查表6.8，得Yf2=2.24齿根的弯曲疲劳强度校核合格。8.6热平衡计算取室温t0=20 取散热系数Ks=15W/（.） t1=1000（1-）P1/(KsA)+t0=1000（1-0.86）7.5/（151.5）+20=677090 符合要求7）中心距a及各部分尺寸a=（d1+d2）/2=（80+320）/2=200mm 各部分尺寸计算略。2、蜗杆传动的润滑润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选

27、择。给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。8.7.蜗杆传动安装 蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如右图所示。 为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。 蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。 致谢本项目的研究工作是在尊敬的导师的悉心指导和关心下完成的，在论文研究中取得的每一点进步和成绩无不渗透着老师的心血。老师以他们丰富广博的知识、严谨求实的治学态度、一丝不苟的精神、卓越的才智以及求实创新的工作作风深深影响了我，使我受益匪浅。尤其是老师对新事物、新科技的敏锐洞察力和先进技术研究大大开拓了我的眼界，时刻鞭策我不断开拓奋进。值此论文完成之际，谨向长时间以来关心和培养我的老师致以崇高的敬意和诚挚的感谢。 在和他们的研讨中，获得了许多设计思路设计灵感，他们的合作与帮助是本文的研究工作得以顺利完成的关键。感谢同学们对我的热心帮助和指导，论文工作离不开他们的支持。同时，我还要感谢我的家人，是他们的支持与理解，鼓励我顺利完成了这篇论文。