电动叉车转向驱动系统.doc

哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）电动叉车传动系统匹配及性能分析摘 要电动叉车驱动系统性能的好坏在很大程度上取决于驱动电机。为了满足电动叉车所要求的各项性能指标，使叉车整体的性能得到更好地发挥，对电机本身性能参数的选择非常重要。同时由于电动叉车在行驶的过程中所遇到的工况比较简单，并且所面临不同工况的阻力变化比较小，在电机和叉车的车轮之间联接上机械传动部分的变速器或固定速比减速器及主减速器，有利于减轻驱动电机及电池组的负荷，所以确定传动系统的传动比也是一个重点。本文根据电动叉车的整车参数及动力性能指标的要求，通过分析计算对驱动电机进行选型并确定了机械传动系统的传动比，使驱动电机与传动系统的参数合理匹配，有利于提高电动叉车整体的动力性能。本论文主要研究的是三支点式平衡重电动叉车传动系设计与计算，因此本论文先根据整车的基本数据初步确定驱动转向桥的初始尺寸；然后利用MATLAB绘制电机特性曲线图，通过分析电机特性曲线图对传动比进行优化，根据得到的优化尺寸利用CATIA进行三维建模；利用CATIA的工程图输出功能输出二维图到AutoCAD进行编辑。关键词 电动叉车；传动系；匹配；MATLAB Transmission of electric forklift match and performance analysisAbstractThe performance of the drive system of electric forklift depends largely on the driving motor. In order to meet the requirements of the various performance index of electric forklift to improve its overall performance, choosing appropriate parameters is very important to the driving motor. It is necessary to connect a transmission or a main reducer assembly to decrease the load of the motor and the battery source between the motor and wheels because of the simple working conditions and the little resistance change faced while the forklift is running. so the calculation of transmission ratio is another key point . The article choosed appropriate parameters for the driving motor and designed the transmission ratio to match the parameters between the Driving Motor and the Transmission System by analysis and calculation. Meanwhile,it can help to improve the overall dynamic performance of the electric forklift.This thesis is to design and calculate three-wheeledelectric forklifts transmission system. so at the beginning this paper determine the initial size of the transmission system according to the data of this forklift, then use MATLAB software drawing the motorcharacteristic curve，By analyzing thecharacteristic curveofthe motorto optimize thetransmission ratio. After getting the optimized data, I use CATIA software to build 3D mode, then, for editing 2D engineering drawing, the qualified model is output into the software of AutoCAD by the CATIAs engineering graphics output function.Key Words Electric forklift, Transmission system, Matching, MATLAB 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题研究目的和意义11.2 国内外研究现状概述11.3 本文主要研究内容2第2章 三支点式平衡重电动叉车传动系概述32.1 电动叉车传动系统概述32.2 电动叉车动力传动系统布置形式选择32.3 电动叉车动力传动方案拟定42.4 本章小结5第3章 电动机参数确定及特性分析63.1 叉车整车参数的确定63.2 电机功率的选择63.3 直流串励电机的分析73.3.1 直流电动机的原理73.3.2 直流串励电动机的机械特性83.4 直流串励电机的特性拟合103.4.1 转矩拟合103.4.2 转速拟合113.4.3 功率拟合123.4.4 直流串励电机外特性曲线绘制133.5 本章小结14第4章 传动系传动比的选择154.1 传动系的功用及要求154.2 传动系速比的初选与分析154.2.1 传动系统传动比的初选154.2.2 传动系速比对整车性能影响分析164.2.3 传动系统传动比的分配194.3 整车性能的确定194.4 本章小结19第5章 传动系结构设计及校核205.1 变速箱结构方案的确定205.2 齿轮的设计与校核225.2.1 圆柱斜齿轮传动的设计计算225.2.2 圆锥齿轮传动的设计计算265.2.3 数据整理295.3 润滑方案的确定295.3.1 润滑剂的作用及立式驱动桥的润滑特点295.3.2 立式驱动桥的润滑剂的选用305.4 本章小结31结 论32致 谢33参考文献34附 录35 - IV -第1章 绪 论1.1 课题研究目的和意义电动叉车由于无污染、节能、零排放，在场地搬运、仓储装卸等领域得到了广泛的应用。本论文问题涉及一种三支点平衡重式电动叉车，相对于四支点平衡重式电动叉车具有结构紧凑、质量较轻，机动灵活、对环境无污染和能耗较低等优点，特别适用于对环境质量要求较高的场合作业。电动叉车传动系统是电动叉车的重要组成部分，一套匹配合理、结构精巧的传动系对提高整车性能具有十分重要的意义。传动元部件是电动叉车最重要的核心元部件之一，被喻为电动叉车的心脏，特别是对以牵引力作为动力的行走作业，电动叉车更为重要。在价值方面，传动元部件占的比重也相当大。以典型的5t型装载机为例，采用双涡轮液力变矩器及简单行星式变速箱双变，加上普通钳盘式制动器驱动桥，目前采购成本大约46万元之间，平均5万元。而整机成本约20万元左右，这样传动元部件大约占整机成本的约25%。如果采用高技术水平传动件，这一比例还要高，大约要占30%以上。因此，传动元部件在电动叉车中占有举足轻重的地位。1.2 国内外研究现状概述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的特点。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：（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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1。我国由于在三电(电机、电控、电池)可靠性不稳定及环保意识、空间意识不太强，三支点电动叉车未得到很好的发展。近年来，随着环保意识的逐渐加强，许多企业在采购叉车时已将环保要求提到重要地位。经济发达地区的地价非常高昂，如何在较小的面积内存放更多的货物将成为更多用户考虑的问题，越来越多的企业为了提高仓储效率开始对原有仓库进行仓储物流造价，因受原仓库建筑的限制，只能在现有空间内进行改造。三支点叉车作为驾驶类转弯半径最小的叉车将越来越受欢迎。国内多家公司成功开发的三支点电动叉车，已正式上市。该叉车分为前轮驱动与后轮驱动两种驱动形式，吸取了世界各国的三支点电动叉车的优点，在世界范围内采购成熟先进的三电采用国际上流行的MOS管电控。各项性能指标已步入世界先进行列。将有力地带动我国三支点电瓶叉车的发展2。1.3 本文主要研究内容本文结合三支点平衡重式电动叉车项目，主要工作如下：（1）分析电动叉车传动系统的基本构成和布置形式，重点匹配计算车辆驱动电机的各项参数及减速机构总传动比；（2）根据电动机外特性曲线参数以及选定的驱动轮滚动半径，通过调整减速机构不同的总传动比，对车辆的动力性能和经济性能进行分析、比较，找出最佳匹配参数加以确定；（3）传动机构设计。第2章 三支点式平衡重电动叉车传动系概述2.1 电动叉车驱动转向桥概述后轮驱动三支点式平衡重电动叉车是后轮既做驱动轮又做转向轮的一种电动叉车。该种形式的叉车因叉车负载在前，故后轮桥荷小。所以驱动系统所需电机功率小、结构简单，可获得较小的转弯半径3。成本较低。其缺点是：当叉车有载运行时。后轮轮压变小。附着力也随之变小，使其牵引能力降低，尤其是负载爬坡的能力相对较弱，故该种型的使用环境应该是平坦路面。采用这种传动形式的三支点叉车主要有：Still公司的R50系列11.5t电瓶叉车、Mycros公司的11.5t电瓶叉车、瑞典BT公司的CR系列11.5t电瓶叉车、永恒力EFGDH系列11.5t叉车、海斯特11.5t电瓶叉车等。这种传动形式，充分利用了叉车的桥负荷特点，节约能源，因为叉车满载时，后桥负荷仅为叉车满载总重的1015，而空载时为叉车空载总重的50左右。以1.5t叉车为例，一般后桥负荷满载为400600kg左右，空载为14001600kg左右。而前桥负荷满载时为37003950kg左右，空载时为12801360kg左右。根据结构布置的不同，桥负荷分配也不相同。从以上数据可以看出，后桥负荷远小于前桥负荷。后轮驱动一般用一个45kW的驱动电机，而前轮驱动一般需两个34kW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500700Ah4。后轮驱动三支点式平衡重电动叉车是后轮既做驱动轮又做转向轮的一种电动叉车。该类型叉车转向系统为液压控制动力转向, 借助于液压力, 转向轻便灵活, 方向盘操纵力仅1013N，远远小于其他形式的电动叉车。根据叉车的桥荷分布特点, 叉车在空载时, 后轮负荷约为整机重量的55%, 而在满载时后桥负荷仅为整机重量的12%15% , 驱动后轮比驱动前轮所需要的扭矩小得多。所以后轮驱动的驱动效率高, 驱动电流小,能量损失小, 电瓶每次充电后的工作时间长。通过国家技术检测中心的能耗试该车型的单班工作时间为8 10 h。此外三支点平衡重式电动叉车的制动系统与传统的内燃机叉车也有区别。此叉车具有再生制动功能，当释放加速踏板时，不仅对整车进行制动，而且同时对蓄电池进行充电，可延长每班蓄电池的工作时间，制动更加柔和平稳。叉车具有释放制动功能, 在释放加速踏板时对整车进行制动。所有车型在运行过程中均无需踩制动踏板, 仅释放加速踏板即可达到制动距离大于2 m。但为了安全起见, 仍选用先进可靠三支点平衡重式叉车专用制动器, 以便电气系统出现故障时采用液压制动。因为制动器很少使用, 所以有效地减少了制动片的磨损。在叉车的整个寿命中，几乎不用更换制动器摩擦片。而且由于采用先进电控技术, 该种叉车具有无级调速、微动灵敏、操纵简单方便、控制平稳、性能可靠等特点。2.2 电动叉车动力传动系统布置形式选择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 根据电的布置方式可分为两种：卧式驱动桥与立式驱动桥，如图2-1，图2-2所示。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5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90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、一对圆锥齿轮改变传动方向，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90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。 图 2-1 卧式驱动桥 图 2-2 立式驱动桥综上所述，为了延长电机的使用寿命，延长维修保养的时间，便于设计，安装方便，本三支点式平衡重电动叉车采用立式驱动桥方案，现市面上多数的三支点式平衡重电动叉车都采用该种布置方式，如西林叉车CPD10S-10、CPD10S-20型号，林德叉车E16C型号。这也间接反映了此种方案的合理性。2.3 电动叉车动力传动方案拟定对于小吨位的电动车辆，通常都采用单轮驱动模式。图2-3所示为叉车驱动装置，它装于叉车的后部正中，三支点式平衡重电动叉车的传动系统在结构上主要由三部分组成，即回转部分、固定部分和传动部分。（1）回转部分。回转部分为转向轴承构成，转向轴承分为上下两部分，上部分与固定部分连接，下部分与悬架箱体连接。（2）固定部分。固定部分由牵引电机、转向液压马达、安装板组成。（3）传动部分。直流电动机转子通过轴套和主动斜齿轮联接起来，使之一同旋转。主动斜齿轮带动从动斜齿轮旋转，实现一级减速。从动斜齿轮与主动锥齿轮同轴等速旋转，主动锥齿轮带动从动锥齿轮旋转，实现二级减速增扭，并改变传动方向。低速轴通过花键带动驱动轮旋转，实现叉车行驶。 1.驱动电机 2.转向液压泵 3.承载轴承 4.转向齿轮 5.主动斜齿轮6.从动斜齿轮 7.主动锥齿轮 8.从动锥齿轮 9.悬架箱体 10.车轮图 2-3 叉车驱动转向桥示意图2.4 本章小结 本章主要介绍电动叉车的传动系的一些概况，并对各种形式的布置方式进行讨论，选取了适合本设计的传动系布置形式，并给出了初步的设计方案。第3章 电动机参数确定及特性分析3.1 叉车整车参数的确定此电动叉车的整车设计要求参数，如表3-1所示。表3-1 整车设计要求参数表承载能力500kg行驶速度满载6.2km/h自重1500kg空载6.5km/h轴距1080mm爬坡能力满载8%前轮距892mm空载10%3.2 牵引电机选型此电动叉车的整车设计要求参数，如表3-1所示。表3-1 整车设计要求参数表承载能力500kg行驶速度满载6.2km/h自重1500kg空载6.5km/h轴距1080mm爬坡能力满载8%前轮距892mm空载10%根据叉车整车的设计要求，对牵引电机的型号进行选取，下面按照满载平道工况对牵引电机进行设计计算，然后根据牵引电机的外特性曲线进行合理的修正。 (3-1)式中 叉车满载平道上最大速度运行时的牵引电机功率( kW)； f 滚动阻力系数，一般取0. 0150. 02； G 叉车总重量(N)；Q 叉车载重(N)； 叉车满载平道最大行驶速度(km/ h)； 传动系统总效率，一般取0. 850. 90。 (3-2)式中 叉车牵引电机额定功率(kW)。 根据算得的额定功率，再结合电机额定功率系列，选取额定功率大于等于计算功率的电机型号。表3-2电动机主要性能参数表牵引电机型号DC24-1.5电机额定功率1.5Kw蓄电池额定电压24V额定电流74A额定转速2800r/min额定转矩5.3叉车的行驶要求，一般在设计时选择的工况是叉车满载,以最大速度在平道上行驶,则牵引电机的功率应为: (3-1)式中 叉车满载平道上最大速度运行时的牵引电机功率( kW)； f 滚动阻力系数，一般取0. 0150. 02； G 叉车总重量(N)；Q 叉车载重(N)； 叉车满载平道最大行驶速度(km/ h)； 传动系统总效率，一般取0. 850. 90。如上所述,叉车在不同工况下运行时，行驶阻力变化幅度很大，尽管采用串激电机作为牵引电机，有很大的过载能力（一般情况下最大扭矩可以是额定扭矩的5倍），但如果按上面计算的运行功率直接选取牵引电机，仍然不能满足叉车在爬越最大坡道时的工况的需要。因此,在选择牵引电机时，一般根据计算功率，参考爬坡、起动等特殊工况，选用额定功率大于计算功率的牵引电机： (3-2)式中 叉车牵引电机额定功率(kW)。代入表3-1数据，计算叉车满载满载平道工况所需最小功率为： (3-3)选用额定功率为： (3-4)根据串励直流电机功率标准系列，选定电机额定功率为1.5kW。选定的串励直流电机主要性能参数，如表3-2所示。表3-2电动机主要性能参数表型号KIN-DC-1.5L-S电机功率Kw1.5蓄电池电压V24额定电流A74额定转速r/min2800额定转矩5.33.3 直流串励电机的分析直流串激电机有较为理想的机械软特性，能随阻力矩的变化自动调节输出转矩与转速,适应叉车行驶要求，并且直流串激电机具有很强的过载能力，在爬坡、起动等工况下，叉车可获得很大的输出扭矩。叉车上驱动行走机构的电动机，称为牵引电机，经常采用直流串励电机。这是由于串励电机具有软的机械特性，能适应车辆运行的要求，且比较经济。这种电动机的励磁绕线组与电枢绕组串联，电枢电流增大时，磁极的磁通也增加，电动机的转矩不仅由于电枢电流增大而提高，同时也由于磁通的增大而提高，在磁极磁通未饱和的情况下，电动机转矩几乎和电枢电流的平方成正比。因此，可在电枢电流较小（与其他励磁方式的电动机比较）的情况下获得较大的转矩。这对减小蓄电池的放电电流，充分利用蓄电池的容量也有好处。3.3.1 直流电动机的原理根据左手定则载流导线将受到电磁力的作用，电动机的转子因此受到一个力矩的驱动。由于转换器的作用，转子将始终受到一个方向电磁力的驱动而连续旋转，并从轴上输出一定大小的机械功率，从而实现了将直流电源输入的电功率转变成为转轴上输出的机械功率，见图3-1。(a)导体ab处于N极下； (b)导体ab处于S极下图3-1 直流电机原理图3.3.2 直流串励电动机的机械特性3.3.2.1 励磁方式对于机械特性的影响直流电动机的机械特性随励磁方式不同而有很大差别。并励直流电动机的机械特性，是一条比较平直、略向下倾斜的直线。当阻力矩增大时，转速会略有下降，这时电动机的感应电势下降，使得流入电动机的电流增大，电磁转矩增大，与阻力矩平衡，使得电动机维持稳定的转速。因此并励直流电机的机械特性很硬，见图3-2。图3-2 直流电机机械特性图对比(a) 他励电动机；(b) 串励电动机；(c) 复励电动机3.3.2.2 直流串励电动机械特性分析对于直流串励电机，励磁电流等于电枢电流。根据左手定则，力矩正比于磁感应强度和电枢电流。当磁通未饱和时，磁感应强度正比于电枢电流，这样力矩就正比于电流的平方。而当磁通饱和时，磁感应强度不再增加，力矩随电流按线性增长，中间一段磁通逐渐饱和，属于过渡区间。总之力矩变化的倍数大于电流变化的倍数5。直流串励电机用于车辆牵引的优点有：可以带载起动，传动系统无需离合器；能正反转，无需倒档；机械特性软，虽然不能达到恒功率的理想特性，但具有自动适应阻力变化的趋势能通过电气调速而无需变速器，只需要减速器；力矩变化倍数大于电流变化的倍数，对保护蓄电池、延长其容量和寿命有利；与液力传动相比，在不同转速（阻力）下的高效区宽。3.3.2.3 直流串励电机的调速特征直流串励电机的特征是可调的。其方法可以采用改变电枢电压或改变电枢电压或改变磁通。过去一般都采用在电枢电路中串联不同电阻而同时改变电枢电压及磁通来调节。电动机在起动时或要求低速运转时使用人工机械特征。采用电阻调节的方式，电能损失较大，故现在多采用晶闸管调速系统，它以高频脉冲供电方法控制电动机的端电压，以调节电动机的机械特性。晶闸管调速系统由于没有附加电阻引起的能力损失，节约电能。串励直流电动机控制系统最初采用接触器控制电阻进行调速，是国外五、六十年代的产品。上世纪80年代国内有的厂家开始引进应用先进的电子技术，采用可控硅脉冲斩波无级调速，如长沙铁道学院电子设备厂DKM-3型采用了可控硅，以及后来很多整机厂采用美国GE公司的可控硅调速系统EV100型。EV100型采用可编程控制系统，并配备电能再生制动器和随机故障诊断系统等。随着电子元件的发展，上世纪90年代出现的功率晶体管，可替代SCR可控硅斩波器，使控制板故障减少，维修更方便。采用微处理机接收的信号指令叉车各个部件完成动作。如意大利萨牌公司的H系列和美国科蒂斯公司PMC系列调速控制器；瑞典卡尔玛公司的小吨位蓄电池叉车采用可编程控制系统，主要作业都经微机处理，控制系统始终保持在最佳工作状态。而且目前大吨位蓄电池叉车采用了转向控制系统，例如日本输送机公司对23吨的前移式蓄电池叉车作了改进，转向机构不再采用液压控制，而采用传感器和控制器控制转向力，比液压控制的转向机构节约电池能量四分之一，同时省去了液压管路，结构简单紧凑，运行更加平稳。因此，随着电子技术的发展，电动叉车的电控系统也日趋完善6。3.4 直流串励电机的特性拟合直流串励电动机的特性通常只能通过其特性曲线来分析，进行车辆牵引计算时不太方便，尤其不利于进行计算机辅助设计编程。通过一些假设，可以对其特性进行数学拟合，实践证明拟合精度可以满足工程需要。3.4.1 转矩拟合磁饱和是铁磁材料固有的一种特性，磁饱和曲线的形状与电容器充电时电压随时间的变化曲线非常相像，虽然二者的物理本质是不同的。我们可以对其特性进行数学拟合，用类似的曲线来拟合磁饱和曲线，以便求出转矩和电流的关系，见图3-2。IBO图3-2 磁饱和曲线设直流串励电动机的转矩式为，则： (3-5)即： (3-6)式中 电动机转矩()； 转矩系数； 空耗电流，； 电流常数，。根据电动机的额定转矩求出： (3-7)式中 电动机额定转矩()； 额定电流(A)。根据以上拟合方程及电动机额定参数得到转矩-电流图，如图3-3所示：图 3-3 直流串励电机转矩-电流图3.4.2 转速拟合根据等效电路图3-4有：图3-4 电动机等效电路端电压： (3-8)自感电势： (3-9)转速： (3-10)式中 电动机转速(rpm)； 转速系数； 电动机等效内阻，可取； 额定电压(V)。根据电动机的额定电压求出： (3-11)式中 电动机额定转速(rpm)。根据以上拟合方程及电动机额定参数得到转速-电流图，如图3-5所示：图 3-5 直流串励电机转速-电流图3.4.3 功率拟合功率等于转矩乘以转速： (3-12)式中 电动机功率(W)； 功率系数，。上述公式展开后的物理解释： (3-13) 输出功率输入功率铜损铁损根据以上拟合方程及电动机额定参数得到输入输出功率-转速图，如图3-6所示。功率(W)输出输入转速(rpm)图 3-6 直流串励电机输入输出功率-转速图 图3-6中粗线表示输入功率-转速关系图，细线表示输出功率-转速关系图。3.4.4 直流串励电机外特性曲线绘制根据公式(3-6)，(3-10)可以推出所选电机转速与输出转矩之间的关系，利用电流变量作为中间过渡变量，联系起转速和转矩之间的关系。并用MATLAB绘制曲线图，如图3-7所示。由于以上公式只为拟合公式，所以存在精度和适应范围的问题，以图3-5转速-电流图为例，实际工作的电机在堵转情况下实际电流不会如图中标示那么大，故以上所有图大概适应范围为500rpm4000rpm，超出范围则失去工程意义。图 3-7 直流串励电机转速-转矩关系图3.5 本章小结 本章节根据叉车的整车参数选定了牵引电机的类型和技术参数，电动叉车的工作工况相对简单，没有高速行驶和爬陡坡的工况，所以设计起来相对简单，所选串励电机的方案是切实可行的。本章还利用MATLAB软件绘制了电机外特性拟合曲线，以上的串励电机外特性拟合函数是在叉车构造与设计一书中查得，其数学模型对于串励电机具有普遍性，而电机的外特性曲线的获得对优化传动比具有决定性意义，接下来的优化分析工作都是建立在对牵引电机外特性曲线的研究之上。第4章 传动系传动比的选择4.1 传动系的功用及要求传动比对电动叉车的动力性有很大的影响。当车辆满载平道行驶时,传动比越小,就能得到越高的车速；而当车辆满载爬坡时,传动比越大,就能得到越大的牵引力,获得越大的爬坡度。因此,在电动叉车的设计中,应合理的选择、确定传动比,以满足叉车在平道行驶、爬坡等不同工况时的需要7。在电动叉车设计中，传动系传动比是一个十分重要的参数，对它的确定主要应满足: （1）设计任务书所规定的对于行驶速度及爬坡度的要求;（2）车辆行驶所必须的牵引力及良好的加速性能。4.2 传动系速比的初选与分析4.2.1 传动系统传动比的初选当牵引电机选定以后,就可以计算叉车传动系统的传动比了,根据叉车工作的实际工况,用户对叉车使用的要求,我们选择叉车在爬越最大坡度的工况下,来确定传动比值: (4-1)式中 叉车爬越最大坡度时的电机输出扭矩()； 叉车最大爬坡度(%)； 叉车驱动轮滚动半径(m)； 传动系统传动比； 叉车的机械效率。根据串激直流电机的特性,可以知道: (4-2)由此得到直流电机的最大限制电流为。根据式(4-1),可以计算出传动系统的传动比。在确定了传动比后，还要验证选定的牵引电机及传动比，能否满足叉车在满载平道行驶时的最大车速: (4-3)式中 叉车满载平道最大车速行驶时的电机转速()。在此,必须注意的确定。从前面的分析可知,作为电动叉车牵引电机的直流串激电机具有机械软特性，当负载转矩变化时，电机转速有较大的变化。所以在计算最大行驶速度时，应根据满载,平道行驶的工况,计算出电机的负载扭矩,再根据图2 所示串励电机机械特性曲线查出此时的转速,即为所需要的转速，以此代入式(4-3)来计算出，看是否能满足设计任务书的要求。如果忽略牵引电机的工作特性，其额定转速ne代入式(4-3)去验算值，则值肯定会小于设计任务书的要求值,必然会使我们去调整i值，以减小叉车的最大爬坡度，或降低最大车速，使得设计值与实际的结果不相符。根据计算结果可以知道叉车的满载车速符合要求。4.2.2 传动系速比对整车性能影响分析首先分析传动系速比与叉车动力性的关系，通过调整传动系数比来改变叉车的满载平路和空载平路两种工况下的车速，以下为两种工况下的电机输出扭矩公式： (4-4)式中 叉车满载平路时的电机输出扭矩()。 (4-5)式中 叉车空载平路时的电机输出扭矩()。根据上章所得到的电机特性曲线拟合公式，结合公式(3-6)，(3-10)，(4-4)，(4-5)可以用MATLAB绘制出满载平路和空载平路两种工况下的总传动比i与车速的关系图，如图4-1所示。车速(km/h)满载平路总传动比i空载平路图 4-1 叉车总传动比-车速关系图然后分析传动系速比与叉车经济性的关系，通过调整传动系数比来改变叉车的满载平路和空载平路两种工况下的车速，先通过第三章的串励直流电机功率拟合公式得到电动机的效率转速关系图，拟合公式如下： (4-5)式中 电机的输出功率(W)； 电机的输入功率(W)； 电机的工作效率。根据拟合公式(4-5)绘制牵引电机效率曲线图，如图4-2所示。根据公式(4-4)， (4-5)以及转矩-电流图3-5可以得到满载平路和空载平路两工况下的传动比与效率的关系，利用MATLAB绘得传动比效率关系图，如图4-3所示。结合传动比-效率图4-2和传动比-车速图4-3，可以看出叉车的车速随着传动比的增加而递减，叉车效率随着传动比的增加在一定范围内为递增趋势，故可以看出叉车车速和叉车效率的是一对矛盾体，是此消彼长的关系。因为初选传动比是根据满载最大爬坡度选定的，故为了符合满载爬坡度的要求，传动比只能比初选的传动比大，结合两图分析，当传动比为20的时候叉车速度和电机效率都处于一个比较理想的范围，且爬坡度得到一定的提升。故综合考虑选定总传动比。效率转速n/rpm图4-2 牵引电机效率曲线图效率传动比i满载平道空载平道图 4-3 叉车传动比-效率关系图4.2.3 传动系统传动比的分配根据直流串激电机的工作特性：一是具有机械软特性，二是可以正反转，这样设计传动系统就简单多了。所以一般电动叉车传动系统由牵引电机、减速箱、驱动桥三部分组成，而由于驱动桥中的主传动的传动比较大，因此一般减速箱均采用二级减速齿轮。整个传动系统的传动比分配为： (4-5)式中 传动系统的传动比； 第一级的传动比； 第二级的传动比。 第一级传动为圆柱斜齿轮传动，传动比范围为110；第二级传动为直齿圆锥齿轮传动，传动比范围为18。综合考虑第一级传动比，第二级传动比。4.3 整车性能的确定确定传动比第一级传动比，第二级传动比后，计算得到电动叉车的整车参数，如表4-1所示。表4-1 电动叉车性能参数表承载能力500kg行驶速度满载13km/h自重1500kg空载14.8km/h轴距1080mm爬坡能力满载8.5%前轮距892mm空载12%4.4 本章小结本章通过对上章所得到的电机外特性曲线进行分析，根据叉车整车参数先初选传动比，再利用MATLAB绘制出传动比-效率关系图和传动比-车速关系图，结合图进行优化设计，确定出合理的总传动比，并反算出整车性能参数，比照设计要求得出最后结果。第5章 传动系结构设计及校核叉车作为一种搬运机械，是实现物流机械化作业、减轻人工搬运劳动强度提高作业效率的重要装备。叉车的设计主要是满足其功用与性能要求，目前还应在环保人性化、安全性、可靠性和维护性能等方面进行综合考虑。面对钢材等原材料的价格飞涨, 成本问题也是当前叉车行业所面临的严峻考验。产品设计决定了产品成本的60%70%。设计不合理所引起的产品性能和经济性方面的问题是生产过程中质量和成本控制措施无法挽回的, 产品设计定型后, 再进行价值分析已经为时太晚。怎样将设计和生产实际有效地结合起来, 高效的使用原材料, 降低成本, 则是设计前期应充分考虑的。5.1 变速箱结构方案的确定电动叉车动力传动系统布置形式选择了电动立式驱动的方式，电动立式驱动轮包括带动传动装置的驱动电机，传动装置包括一转向箱体，其中设置一传动齿轮轴，它啮合一大传动齿轮，它连接一小伞齿轮，它同轴连接一伞齿轮轴，它连接行驶轮，驱动电机固定连接一电动轮安装板，它固定连接由内环与外环相互滚动连接组成的转盘组件，电机输出轴设置一连轴套，它同轴滚动连接一与转盘外环及转向箱体固定连接的、带中心轮毂的转向齿圈，电动轮安装板的一侧固定连接一转向电机，它连接一与转向齿圈相互啮合的转向齿轮。本结构的优点是结构紧凑、且具有较大的承载能力、转向阻力小、荷载平稳；驱动轮自锁性好，转动扭矩大，运行可靠又便于安装维护。以下结合图5-1对结构方案进一步详解。本电动立式驱动轮是由直流电动机带动二级齿轮传动，再连接叉车行驶轮行走；在叉车转弯时由转向电机通过齿轮传动连接叉车驱动轮转动。图5