电动搬运车液压防滑装置设计.pdf

机械制造与研究 王路伟， 等 电动搬运车液压防滑装置设计 电 动 搬 运 率 液 压 防 滑 装 置 设 计 王路伟 ， 李国平， 舒利盛 宁波大学 机械工程与力学学院 。 浙江 宁波 3 1 5 2 1 1 摘要 电动搬运车在室 内环境工作期 间经 常出现打滑 ， 现有的防滑方法难 以适应 电动搬运 车 防滑要求。为电动搬运车引入防滑液压回路， 设计一种可控式防猾装置 ， 在搬运车自重与载重 均不变的情况下通过增大驱动轮承重力达到增大驱动轮摩擦力以改善驱动轮打滑。解决了电 动搬运车在行驶过程中的驱动轮打滑， 使电动搬运车行驶过程中的方向稳定性和转向操纵性 得 到改善 ， 加速性能得到提高 ， 实现了电动搬运车的驱动防滑控制 。 关 键词 电动搬运车 ； 防滑控制 ； 液压 回路 ； 承重力 中图分类号 T H1 2 文献标 志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 0 0 6 4 3 0 2 2 - 0 2 De s i g n o f Hy dr a u l i c An t i - s k i d De v i c e f o r El e c t r i c Tr u c k W ANG Lu。 we i ． LI Guo p i n g． SHU Li - s h e n g Nin g b o U n iv e r s i t y ， F a c u lt y o f Me c h a n ic a l a n d M e c h a n i c s ， Ni n g b o 3 1 5 2 1 l ， Ch i n a Abs t r a c t Wh i l e wo r k in g in t h e i n d oo r e n v i r on me nt ． e l e c t r ic t r u c k s k id s f r e qu e n t ly．The ex is t i n g me t h o d s ca n n o t b e u s e d t o s o lv e t he a n t is k i d p r o b l e m o f e l e c t r ic t r u c k s a t is f a c t or i ly ． we de s ig n t he h y d r au l ic cir c uit s i n t he e l e c t r i c t r u c k t o c o n t r o l i t s s k i d ． I n t he sit u at ion t h a t t h e s e lf we i g h t a nd t h e lo ad o f t h e e l e c t r ic t r u c k do n o t c h a n ge， t h e p os it i v e p r es s u r e c an b e in c r e a s e d t o i n c r e as e f r i c t ion o f t h e d r iv i n g whe e l t o r e m o v e t h e dr ivin g wh e el’ s sk i d．Th is c a n s o l v e it s dr ivin g wh e el’ s sk i d．Th e ele c t r ic t r u c k ’s d i r ec t ion a l s t ab i li t y a n d s t e e r ing c on t r o l p erf or man c e c an b e i mp r ov e d d u r in g i t s dr i v in g an d t h e ac c eler a t ion p erf or ma n c e a ls o c a n b e en h a n c e d．Th i s me t h o d c a n b e u s e d t o a c h iev e a n t i - sli p c o n t r o l o f t h e e l e c t r ic t r u c k ． Ke y wo r ds e l e c t r ic t r u c k；a n t is k id c on t r ol ；h y dr a uli c c i r c uit ；p o s i t iv e p r e s s ur e 0 引言 电动搬运车是 一种 轻小 型的搬运设备 ， 也是物 流仓储 业中常用的物料转运设备。电动搬运车作为由蓄电池供 电驱动的搬运 车在技术上 已趋于成熟 ， 并 已广泛应用在室 内 车间、 库房、 超市等 工业产品的转运 。但是室内环 境由于地表光洁或有油污的存在， 致使电动搬运车在行驶 过程中很容易驱动力不足而产生打滑现象。电动搬运车 的驱动轮打滑不仅影响搬运车的正常行驶降低工作效率 ， 而且对驾乘司机造成一定 的安全 隐患。因此对 电动搬 运 车进行防滑研 究是 十分 必要 的。 针对 电动搬运 车 的防滑控 制 研究 目前 还没 有展 开 。 已有针对车辆的防滑控制研究主要针对汽车车型， 研究内 容集中于轮式车辆在低附着系数路面的加速、 制动时发生 的滑转 。技术成熟并应用广 泛 的防滑控 制装置 就是汽 车上的 A B S和 A S R防滑控 制 系统 J 。由于 A B S和 A S R 防滑控制 系统在设计之初就是根据汽车的相关情 况 ， 尤其 是针对汽 车的橡胶 轮胎 和柏油 路等 多种 路况 ， 从 而使 得 A B S和 A S R系统具 有较高 的专用 性 ， 其防 滑控制 方法 在 电动搬运车上的应用并不能起 到相对应 的防滑效果 ， 不 能 够 良好的引入解决电动搬 运车的防滑和控制 。 对轻小型车辆的防滑 ， 目前的方 法主要是通过改变驱 动 轮的机械物理特性 ， 增大驱动轮的粗糙度 或在驱动轮 与 地表接触表面 附着 防滑层 以加 大驱动 轮与地面 之间 的摩 擦系数来达到防滑效果。这种被动的防滑措施不能完全 有效地应对 各种打滑情 况 ， 实现 良好 的防滑效 果 ， 而 且轻 小型车辆主动 防滑 控制 的研究 还 很少 ， 所 以电动搬 运 车的主动防滑控制在轻小 型车辆 的防滑 中也没有可 以借 鉴和直接的引入的方法。 针对电动搬运车自身的特征我们借鉴 A B S和A S R防 滑控制思想 ， 提出了一种引入液压回路的主动防滑控 制 方法。方法通过 电动搬运车 的结构优化 ， 在不 改变搬运 车 自重 和载重 的情况 下 ， 通过改变驱 动轮 的承重力 、 产生 较大 的摩擦力来克服搬运车的打滑 。 1 引入液压 回路 的防滑原理 电动搬运车的车轮分 驱动轮和 承重 万向轮 。驱 动轮 有一个 ， 驱动搬运车行进 ； 承重万 向轮一般有 4个 ， 起着辅 助支撑的作用 。所 以 ， 搬运车正常行驶 过程 中出现的打滑 现象也就是驱动轮的打滑。 搬运 车正 常行驶 时， R， 驱动轮纯 滚动 ， 此时驱动 轮与地面接触点的摩擦为静摩擦。当搬运车行驶在光洁 或者油污 的地 面 时， 摩 擦力 变小 ， 驱 动 轮 出现打 滑 ， 此 时 ” w R， 也就是驱 动轮 滑转 。电动搬 运 车打 滑时 ， 驱动 轮 基金项 目 浙江省科 技厅科技计划项 目资助 2 0 0 9 C 3 1 0 2 2 作者简介 王路伟 1 9 8 7 一 ， 男 ， 山东济宁人 ， 硕士研究生 ， 研究方向为机械 电子工程 。 2 2 h t t p ／ ／ Z Z HD ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． C B E ma i l Z Z HD c h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 机械制造与 自动化 机械制造与研究 王路伟， 等 电动搬运车液压防滑装置设计 的受力分 析如 图 1 所示 。 N ，，，，，， ／- ／／，／／ 1 G 图 1 电动搬 运车打滑时驱动轮 受力分析 图 分析此时驱动轮的受力可知， 摩擦力_厂 小于驱动力 F 。 由摩擦力计算公式 ／ 可知， 在不改变驱动轮与 地面接触表面摩擦系数的前提下 ，，不变 ， 若要提高摩擦 力 ， 需要增大驱动轮 的承重力 Ⅳ。 搬运 车正 常行 驶时 ， 在不改变搬运车 自重 和载重 的情 况下 ， 若要改变驱动轮的承重力 以起 到增大摩擦力的作 用， 只能改变驱动轮与万 向轮的承重 比， 使万向轮 尤其 是后部 的两个万 向轮 的承重力 减小并 转移 到驱 动轮 上。 利用 电动搬运 车 自带的液压系统设计 液压 回路 ， 使其 可 以 在搬运车的驱动轮与承重万向轮之间形成一套防滑装置， 利用液压缸的顶升在电动搬运车打滑时改变驱动轮与承 重万向轮之间的承重比， 从而做到防滑控制。 2 防滑装置的结构优化设计和防滑分析 2 ． 1 防滑装 置的结构优化设 计 优化电动搬运车的结构， 设计的防滑装置中液压缸的 安装位置如 图 2所示 。 图2是电动搬运车结构优化后的驱动轮处局部剖面 图。图中， 1 是承重万向轮， 2是驱动轮， 3是 车体外板， 4 是驱动轮支架 ， 5是底板 ， 7是液压油缸 。承重 万 向轮 1及 其支架焊接于车体外板 3 。驱动轮 2安装在驱动轮支架 4 上。驱动轮支架 4和底 板 5之 间是搬 运 车转 向用 推力球 轴承。底板 5连接固定于车体外板 3 。在底板 5上垂直 安 装液压缸 7 ， 其 中液压 缸活塞杆穿 过推力 轴承 固定在搬 运 车驱动轮支架 4上 。 4 3 1 一万向轮；2 驱动轮；3 一车体外板；4 驱动轮支架 5 底板； 6 一紧固螺栓；7 液压缸 图 2电动搬运车防滑装置安装 结构图 在搬运车 出现打滑时 ， 控制液压缸 7动作 使活塞杆外 Ma c h i n e B u i l d i n g Au t o ma t i o n ，De c 2 0 1 0 ， 3 9 6 2 2～ 2 3 ， 3 6 伸运动带动搬运车底板 5微幅抬起， 由于底板连接搬运车 外板 3 ， 而承重万 向轮 1安 装在 车体 外 板上 ， 所 以通 过微 幅伸长液压缸活塞杆实 现了微幅抬升万 向轮 ， 从而改变搬 运车万 向轮和驱动 轮的承重力 ， 来增加 驱动轮的摩擦力 。 根据电动搬运 车 自带的液压系统设计 了一套液压 回路 来控制液压油缸活塞杆的动作， 并提供防滑装置控制方案。 伺服液压 回路及控 制原理如 图 3所示 。其 中， 液压 回 路 主要有液压油缸 、 液压锁 、 比例换 向阀、 阻尼孔 以及 电动 搬运车自带的液压泵和油箱组成。阻尼孔的作用是控制 通过 比例阀的流量， 液压锁的作用是保持液压缸位置不因 自重或其他原因自行下滑。整体来说， 该液压回路是液压 缸 的控制系统 ， 通 过该液 压 回路 控制 液压缸 的微 幅抬 升 ， 而液 压 回路的控制是 通过 防滑控 制器控 制三 位 四通 电液 比例换 向阀的连通方式 。 图 3 伺服液压 回路及控 制原理 制 号 防滑装置 的控 制方案是 由油缸位置 的信 号反馈 、 控制 器的对比处理和比例阀控制信号的输出组成 的闭环反馈 系统进行实 时控 制。在图 3中， 油缸 的位置反馈信号直接 反映为驱动轮 的转 速 。控 制器 的对 比处 理是 将接 收信号 与控制信号的对比， 控制信号通过电动搬运车打滑得出。 液压系统控制液压缸动作的过程如下。当电动搬运 车出现打滑现象 ， 电动搬运车防滑控制器通过油缸位置反 馈信号判 断出打滑 状态 并进 入 防滑模式 ， 此 时 给 Y A1 通 电 ， 万 向轮与液压缸 的无杆 腔一 起微 幅抬升 。当 电动搬运 车已驶过打滑 区域 ， 防滑控制器通 过油缸位置反馈信号做 出判断并进入 正常行驶模式 ， 此 时给 Y A 2通 电， 万 向轮与 液压缸的无杆腔一起下 降。 2 ． 2 防滑分析 驱动轮驱动搬运 车负载运行 ， 前后 的万向轮起辅助支 撑作用， 后面两个万向轮和搬运车在同一线上。此时分配 在搬运车后万 向轮 和驱 动轮上的承重力相等 ， 此时驱动轮 的摩擦力记为 ， 在液 压缸 微幅 抬升 后使得 后 万 向轮分 担承重力减小 ， 驱动轮 承重力 增大 ， 此时 驱动轮 摩擦 力增 大为 ， 液压油缸 抬升 的极 限状 态为 驱动轮 承担 搬 运车 下转第 3 6页 2 3 机械制造与研究 王蕴伎 K B E技术在门式启闭机快速平台建立中的应用研究 讯通过黑板进行， 其功能是记录技术要求、 中间设计结果 以及最 终设 计方案 ， 并且 由于黑板 反映 求解 问题 的各个 描述 ， 因此它能够及 时进行任务 和资源分配 ； 知识库及其 管理维护模 块负责知 识库 的定义 、 装 入 、 操作 、 维护 以及 一 致性和完整性检查。知识库是快速设计平台的核心， 它由大量的特定产品数据、 成熟产品实例、 工程数据手 册 、 领域 专 家 的 经 验 和 规 则 组 成 ； 平 台应 用 模 块 包 括 C A D、 C A E等功能模块， 其中C A D模块负责技术协调、 概 念设计 、 初步设 计 、 总体设 计 、 装 配设计 、 详 细设计 、 模拟 装配 和绘制工程 图等 ； C A E模 块 负责 门机各 关键 承载构 件 的强度分 析 、 刚度 分析和关键 零部 件 如卷筒 的强度 分析与 刚度 分析等 。 知识工程模块 3 结论 本文 以 K B E和虚 拟样机 技术 为背景 ， 针对 门机 的结 构特点， 综合面向对象方法和 C B R方法的优点表达门机 实例， 构建了门机的快速设计平台， 该平台可引导设计者 进行门机的智能化变型设计 ， 并 且可 以实现 C A D和 C A E 功能的信息集成 ， 将参数化结构设计方法引入门机产品的 结构分析 和方案优选 中， 实现产 品设计 和结构分析 的并行 处理 ， 从而提高了门机的设计品质和设计效率。 参考文献 [ 1 ]钟廷修．快速响应工程和快 速产 品设计 策略 [ J ] ．机 械设计 与研究， 1 9 9 9 1 9 ． 1 2 ． [ 2 ]娄臻亮 ， 赵震 ， 彭颖 红 ， 等 ．工程设 计 K B E系 统 I 概 述 [ J ] ． 机械科学与技术 ， 2 0 0 1 5 4 6 9 47 1 ． [ 3 ]赵震 ， 彭颖 红．K B E在 冲压 工艺设 计中 的应 用 [ J ] ．模具技 术 ， 2 0 0 1 4 5 9 - 6 1 ． [ 4]吕红光．基于知识工 程 的产品 设计 支持技 术 研究 [ D] ．杭 州 浙江工业大学 ， 2 0 0 4 ． [ 5 ]贾怀玉 ， 金先龙 ， 李 治， 等．基 于 K B E的 电梯智 能设计 系统 [ J ] ．计算机辅助 设计与 图形学学报 ， 2 0 0 4 6 8 6 1 - 8 6 4 ． [ 6 ]娄臻亮 ， 张永清 ， 阮雪榆．工程设计 K B E系统 I I 知识 处 瑚技术[ J ] ． 机械科学与技术， 2 o o 】 4 6 l 1 - 6 1 3 ． 图 4门机快速设计平台体系结构 收稿日期 2 0 1 0 一 o 4 一 o 9 上接第 2 3页 后部支撑线的全部承重力， 与车体前部两个支撑轮均分承 重 力 ， 此 时 驱 动 轮 的 摩 擦 力 达 到 最 大 值F 2 F 。 故 可 以有效解决 搬运 车的打滑现象 。 3 结语 针对 电动搬运车特点 设计开发 了引人液压 回路 的驱 动 防滑控制方法 ， 也是 一种可控 式 电动搬 运车防 滑装置 。 以增大驱动轮摩擦力为目的， 在不增加自重和载重的情况 下通过液压回路的控制改变驱动轮的承重力， 使驱动轮摩 擦力增 大解 决 电动搬运 车在行驶地表光 洁或者油污过程 中 特别在起步、 加速、 转弯时 的驱动轮打滑现象， 使电 动搬运车驱动过 程中的方 向更具稳定性 、 转 向操纵性得到 改善 、 加速性能得到提高。 工大学 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ]张成宝 ， 吴光强 ， 丁玉兰 ， 等． 汽车 驱动防 滑的控制 方法研究 [ J ] ． 汽车工程 ， 2 0 0 0， 5 2 2 3 2 4 - 3 2 8 ． [ 3 ]张弦 ， 罗禹贡 ， 范晶晶 ， 等． 电动车辆 驱动 防滑控制方 法 的研 究 [ J ] ． 车辆与动力技术 ， 2 0 0 7 3 1 3 1 9 ． [ 4 ]Y o ic h i Ho r i ．F u t u r e V e h i c l e D ri v e n b y E l e c t r i c i t y a n d C o n t r o l - R e s e a r c h o n F o u r ． Wh e e 1 ． Mo t o r e d“ U O T E l e c t r i c M a r c h I I ” 『 J ] ． I E E E I n d u s t ri a l E l e c t r o n i c s ， 2 0 0 4， 5 1 5 9 5 4 - 9 6 2 ． [ 5 ]Hi r o a k i K a t a o k a ， H i d e o S a d o ， S h i n I c h i r o S a k a i ， Y o i c h i Ho r i ．O p t i ma l S l i p Ra t i o Es t i ma t o r f o r Tr a c t i o n C o n t r o l S y s t e m o f E l e c t ric V e h i c l e B a s e d o n F u z z y I n f e r e n c e[ J ] ．E l e c t ri c E n g i n e e ri n g i n J a p a n ， 2 0 0 1 ， 1 3 5 3 5 6 ． [ 6 ]严 国庆． 汽车防滑控制液压制动系统分析与应用 [ J ] ． 液压与 气动 ， 2 0 0 9 3 5 3 - 5 6 ． 参考文献 [ 1 ]罗毅 ， 王清娟． 物流装 卸搬 运设备 与技术 [ M] ． 北 京 北京理 收稿 日期 2 O 1 O一0 4- 2 1 3 6 h t t p ／ ／ Z Z H D． c h i n a j o u rna 1 n e t ． c n E m a i l Z Z H Dc h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 机械制造与 自动化