电动叉车的槽式取电装置设计

黄张弛 杨忠达

摘要：本设计所研究的槽式取电装置属于一种电源连接结构，主要应用于一些在移动中依然要求要保证电源供给的机构，又或者是在移动过程中随时要接入电源的设备，比如电动叉车等移动抬升设备。为了克服现有技术的不足，并能有效提高工作效率，该研究主要解决设备在移动过程中取电的结构性问题。

关键词：电动叉车;槽式;电源连接

1  研究概况

1.1 目的意义

电动叉车行业，若想对叉车进行改良，使其可以轻易地在活动区域无拘束地获得充电电源，则其必须摒弃累赘的电源线。那么电能如何接入，则是本研究所指向的范畴。目前，很多企业在电动叉车的实际使用过程中，当叉车蓄电池电能显示电量较低，导致对其起重造成困难的时候，如若电动叉车工作范围固定在一个区域的时候，人们往往只采取直接接上电源，或者对电源线做加长处理，进而直接带着长长的电源线工作。这样的做法往往会带来几方面的缺陷，首先，随意更改电线必然会导致安全隐患，容易造成触电事故;其次，长距离的电线铺设终将导致电压降低，使电位不稳定，这样对于精密加工的设备会带来必然的影响;第三，长距离拉线会在空间布局上阻碍了电动叉车的运作;最后，在设备的实际使用上，会带来先决条件上的缺陷，使设备的使用过程过于规限。有鉴于此，为了解决上述情况，本项目致力研究一种可以加装在电动叉车设备上的取电装置，既能有效提高设备的动作自由度，提升工作效率，又能给厂房的空间布局，综合布线上带来全新的格局。

1.2 国内外概况

在国内外，用于解决自动化设备长行程工作时，其附加设备取电难，布线不易的问题的解决方案不多，有在综合布线上考虑解决问题的，有通过无线技术方案解决问题的，有通过弱电技术解决问题的，而从机械结构上考虑解决该问题的方案毕竟还是少数，而且往往会出于只根据具体的某个设备作专门的技术改良，因此较难普遍的推广。

类似的设计在我国也有出现，前期见于用在仓库自动化设备上的改良较多。比如用在自动仓库货架的取电结构改装等就较为类似，对该问题的考量原因是其蓄电池在工作中使用频繁，因而需要频繁充电，所以如果单纯依靠蓄电池作为起重動力源的话，蓄电池的使用寿命必然不能长久。因此该类型设备在这方面做出考虑，需要开发一种起重时候用的电源连接装置，延长自动仓库货架蓄电池的使用寿命。而本设计也参考了类似装置，研究一种可以安装在电动叉车以及大多数设备上的取电装置，而不必只针对单一设备进行研究，因而可以有效推广。

1.3 市场预测和发展趋势

本项目研究的这种装置结构，是电动叉车在长行程中运行而同时其附加设备需要用电时，通过该取电装置获取电能，避免被冗长的电线拖累从而降低电动叉车的空间使用效率，提高了设备的设计灵活性与空间自由度，也加大了设备的自动化程度，可以进一步推广到广大有类似需求的自动化设备上。从这一角度出发，预期市场上会得到广泛的推广和应用。并且，由于概念创新，相信会带来一系列设备设计理念的伴随性改良。

2  研究开发内容、方法、技术路线

2.1 具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题

2.1.1 具体研究开发内容

本项目所研发的内容，是一种能用于电动叉车以及大部分类似的自动化上的，满足自由无限制接入条件的新型槽式取电装置。这种装置主要有上下两插脚，和因应设备而随时改变安装方式的插槽而组成。其中插脚部分安装在移动的公端设备上，而插槽部分需要配合安装在相对固定的母端设备上（比如货架）。其主要研发内容侧重于连接装置所设计的大小和具体位置，包括插脚与插槽大小的配合，插头的顶针小球的结构设计，插槽的铜片结构设计，导线的综合布线设计等。

研究过程中，需要尽可能多地兼顾考虑各种类型的母设备布局，如弧形、转角型、直线型等的配合问题。

2.1.2 重点解决的技术关键问题

在许多自动化设备里，尽管用上了自动化技术（比如自动导航设备），也很难避免出现插头与插座对接不准确而需要降低对接的动作速度的问题，这是必然会遇到的问题。原因在于传统的插脚与插座都设计得比较细小，这样必然会出现插头与插座对接时候的尴尬现状，所以只能用放慢对接速度的方法去解决精准对接的问题。

在这种情况下，新型的取电装置就应运而生了，在连接的时候，不管什么样的情况都能连接得上，可以顺利获取电能，这是关键所在。

鉴于上述情况，考虑插座结构需要设计成长槽型，分上下两槽放置于母端设备需要连接处，且长度应该尽可能多的围绕母端设备去设计;为了保证插脚与插座配合时能可靠取电，插脚端部考虑采用顶针万向滚球的设计。着重设计插槽与插脚本体之间在高度方向上的间隙，要求插槽铜片与插脚本体之间的距离小于顶针万向滚球凸出部分的高度。

在这种情况下，电源连接装置就可以在连接的时候，不管什么样的情况都能连接得上，可以顺利获取电能，这是关键所在。

2.2 项目的特色和创新之处

对于一些在长行程移动中依然要求要保证电源供给的机构，又或者是在移动中过程中随时要接入电源甚至是变换电源种类的设备中，比如一些“就地形”的抬升设备，和一些精密自动化设备等，都可以考虑利用本研究设计的取电装置，从而轻松摆脱固有电源插头与插座以及长导线连接引起的一连串问题，并能有效提高设备的使用效率，进一步提高相关设备的自动化程度。

2.3 要达到的技术、经济指标及社会、经济效益

2.3.1 技术指标

该新型槽式取电架构，包括有安装在任何作为公端设备上的的插脚，和设置在母端设备上的插槽组成;在其中所述插脚中，可以是上下排列，也可以是左右排列，只要跟母端插槽相对应就行，因此可以灵活多变。因此，所述槽式插槽也应该为上下对应或左右对应的，其中一槽通过金属片与外部电源高电位相连，另一槽则与零电位相通，根据需要，可增加一槽用于接地，这样可以在平时的移动对应连接过程当中时刻保持去静电的功能。另外，插脚头部上端面前方安装万向金属球，可滚动，滚球两端有滚轴，而转轴安装在所述插脚内部设置的安装槽内，且安装槽内还装有弹簧，位于滚轴下方。金属滚球通过穿设在所述插脚内部的电线，与相关公端设备的供电端导电联通。插槽外部材料采用高强度、低脆性的绝缘材料，能承受插脚与插槽配合时的作用力。

2.3.2 经济指标及社会效益

①经济效益。该连接结构与母端设备配套使用，能彻底将母端设备的固定取电方式自由化，解放了母端设备的活动自由度与灵活度。例如，该连接结构可以用于直流起重设备的改良上，安全高效。改良安装上这种取电装置，可以很大程度上提高其自动化程度，能轻松实现由原来的小功率转变为大功率强度工作，解决随时使用大功率电源的问题。②社会效益。该项目所研究的连接结构属于一种创新理念设计，对于有这种灵活用电需求的设备是值得推广应用该技术的，以此来提高设备利用率，增加设备的灵活性和自由度，使设备可以更开放地根据需求而去设计，无需受用电方式的束搏。由于理念创新，相信会带来一系列设备设计理念的伴随性改良。

2.4 采用的方法、技术路线以及工艺流程

2.4.1 采用的方法

①自动化设备模型设计。为了实现移动取电自动化，所设计的模型可以是任意的，比如电动叉车，只要后期能够装上自动取电的插槽和插脚即可，但首先要求插槽与插脚是对应布置，可以上下，可以左右，可以沿轨道拐弯，只要设备在整个工作过程中移动的时候使设备公端插脚部分能与设备母端插槽部分充分接触即可。

②插脚插槽设计。在上述结构中，用插槽而不是用传统的插孔，是考虑到设备在实际应用环境当中，有可能会遇上工作对象位置时刻变动，或工进位置过长等原因，那么设备母端的取电位置必然要调整到使公端插头能伸进电源处取电。这样一来，如果取电方式采用传统的插頭与插孔配合的方法的话，设备当时的位置就不能再保证插头能对应上原来的插孔位置。而本设计中把传统插孔改为轨道插槽，就可以实现一种宽域的配合，使设备模型的取电位置可以解放出来，从而方便实际应用。方法如下：

第一种，插槽与外部电源相连接，上槽和下槽的内顶部靠里面一侧均设有薄长铜片，上槽铜片与高电位相连，下槽铜片与零电位相连;第二种，可以根据实际情况需要，加装第三槽为接地槽（必要性很小）;第三种，是三槽380v（或者是任意要求的工作电位）的设计，方便工厂设备使用。

为了保证插脚完全插入到插槽时，万向滚球都能够很好的与铜片接触，铜片的长度与宽度要进行相应考虑。而为了防止因设备公端移动幅度过大而影响插脚正常插入插槽导致无法取电的情况，插槽的布置位置也应做出相应考虑。为了保证插脚插入时能与插槽铜片正常接触，则插脚本体与插槽之间的间隙距离亦要做出相应考虑。而为了防止插脚与插槽内壁发生碰撞，插脚长度也应做出考虑，且当插脚完全插入插槽时，金属滚球与铜片应能刚好相互接触，并要求设备正好处于公端相对插槽宽度方向不再进给的状态。

2.4.2 技术路线及流程

项目设计路线及流程如图1所示。

2.4.3 对环境的影响及预防治理方案

本项目对环境没有影响，不涉及化学污染因素，无需采取特殊的环境保护防治方案。

3  研究总结

3.1 技术创新点

该项目所研究的电动叉车槽式取电装置属于技术创新型的。针对这个领域，目前市场上往往只是出现通用的（两脚的或三脚的）电源插座，以及标准的电源插头与之连接，而一旦出现一些设备机构在内部特殊情况需要取电，而又往往不能配置成插座与插头连接的时候;又或者尽管有插头，但也不能精准对应上插座，那么这个时候往往需要借助电子设备进行感应识别，让其自动配对。而本项目所要设计的取电结构则可以满足随时可以连接上电源的这种需求。

3.2 设计成熟程度

本设计对该槽式取电装置结构处于初期研究阶段，目前已有研究方案，设计图纸，并继续针对一些实际生产企业在实际工作当中所遇到的一些问题作出进一步完善处理。

3.3 设计完成时所处阶段

该设计处于初步能成功实现的阶段，进而可以与有同类型使用需求的企业进行项目对接，解决企业的生产难题，对企业设备进行技术改良，使其能实现使用该槽式取电装置所带来的社会效益。

参考文献：

[1]姚琳娜.电动叉车智能充电机充电技术研究[J].工业和信息化教育，2014（10）.

[2]陈敏娜，田华，刘玉荣.纯电动叉车快充装置的设计研究[J].2019（06）.

[3]赵皎云.国产电动叉车全面进阶[J].物流技术与应用，2020（02）.