叉车电器的防错及优化设计

赵 龙， 李 伟， 崔慎兆， 刘秋华， 张亚鹏， 张桂林

（山东柳工叉车有限公司， 山东 临沂 276000）

1 引言

近年来，国家对新能源领域的政策扶持和补贴优惠力度大，国内新能源汽车行业乘东风之势发展迅猛。同样地，为了推广清洁能源用车，加快新旧动能转换，响应碳中和政策的号召，工程用车领域也在快速迈向电动化、智能化和无人化。随着电动叉车逐步推向市场，电动叉车的功能越来越多，智能化电器配置也越来越丰富，比如安全监控系统、车队管理系统、语音报警提示、智能管家、远程监控系统等。相应地，功能强大的同时，电器线路的设计与研发、通信协议的开发与匹配、控制逻辑的定义与实现也就更加复杂。

电动车规模化发展比内燃车起步晚，电动车的应用和普及是一个逐步完善的过程。跟内燃车相比较，其成熟化的市场表现跟内燃车还存在差距。有报道的自动升降车窗功能失灵、电子显示屏黑屏、自燃、电子制动失灵等就已经有很多起。一方面，有电器设备本身设计的问题，另一方面，则很可能来源于整车装配的原因。电器连接错误，就会出现行走异常、举升异常、报故障码、车灯不亮、喇叭不响等状况。电器及线路的设计不合理，就导致装配困难、浪费人力、增加工时、装配效率低。

在装配层面，复杂的电器线路对总装的工艺管控、品质保证和装配水平提出了更高的要求。为了减小总装生产线的工作压力，降低电器线路及器件的装配难度，简化装配流程，在设计阶段，可以通过对车架线束、结构设计和物料选型上进行优化来实现。

2 车架线束的优化设计

车架线束连接整车的电器部件，起着给电器负载供电和传输信号的作用。由于车架线束原理复杂、结构庞大，制作和装配难度高、易接错等特性，因此在设计阶段就要从不同的方面做防错、简化、优化等处理，以降低制作和装配难度，避免接错的情况发生。

2.1 插接件防错

多芯插件采用不同的规格，通过差异性选型可达到防错的目的。比如，同样是两芯插件，采用不同型号（图1）、规格、厂家的插件，使得插件的对接具有唯一性，可大大降低现场装配接错插件的可能。实物如图2所示。

图1 两芯插件示例

图2 两芯插件实物图

2.2 插接件优化

单芯插件可以通过调换公母插件形成公对母、母对公两种方式进行防错，但是2个以上的单芯插件无法使用该方法防错。可以把多个单芯插件（图3、图5、图7）统一成一个多芯插件（图4、图6、图8），这样不仅装配简单，而且能完全避免插错。

图3 优化前单芯插件图示

图4 优化后4芯插件图示

图5 4个单芯插件

图6 一个4芯插件

图7 单芯插件实物

图8 4芯插件实物

2.3 二极管改成装配式

叉车电器中有很多类似喇叭、OPS阀等的感性负载，在供电断开的瞬间，感性负载产生感应电流。为了消耗掉感应电流，减小感应电流对电路和电器的影响，通常会在感性负载回路并联一个二极管。这样，在电流断开的瞬间，感应电流可以通过并联的二极管形成回路，把电流循环消耗掉。实际线束制作过程中，由于不同厂家技术水平不同，解读图纸的能力存在差异，经常会出现二极管方向插反的情况。二极管方向插反，相当于把感性负载短路，实际装车过程就会出现烧坏熔断丝或者仪表报故障码等情况。如图9所示，是二极管的图纸定义和正确的安装方式。为了避免接反错误的发生，除了在线束制作前跟厂家确认图纸以外，通常会要求厂家二极管采用可装配式（图10）。这样就算二极管装反，也可以在核对图纸或者排查故障过程中发现，从而采取返工措施更正二极管安装方向。

图9 二极管线路设计图示

图10 装配式二极管实物

2.4 布局优化

电器的同一类型插接件重复使用很多是不可避免的，比如，牵引控制器和泵控制器、牵引电机和泵电机、左右灯组件以及举升、侧移、倾斜微动开关等，插接器类型都是相同的。为了避免同样的插件插错位置，在电器线路设计阶段，可以通过布局优化规避这个问题。拿牵引电机和泵电机举例，两种电机都是通过解码器和温度传感器向外部传递信息，一般情况下，解码器接出的4芯插件和温度传感器接出的两芯插件，牵引电机和泵电机并没有差异。为了防止接错，牵引电机分支可以和加速器、制动开关线路做在一起，如图11所示。一旦接错，加速器和制动开关是无法进行对接的，这样就可以起到防错的效果。

图11 牵引电机、 泵电机线路分支位置示意

3 结构设计优化

3.1 熔断丝盒安装孔位的优化

如图12 所示，熔断丝盒的固定孔位，一端是直径Φ=6mm的通孔，另一端是外径为6mm的长条孔。这种设计改进，摈弃了两边都是直径Φ=6mm的圆形通孔的设计。这种设计可以在保证圆孔形通孔一端固定熔断丝盒的同时，另一端长条孔可以允许一定的钻孔位置误差。这样既保证了安装的便捷，也降低了钻孔位置的准确性要求，减小了钻孔工作的难度。

图12 熔断丝盒安装孔位设计改进

3.2 DCDC安装孔位的优化

同样，电压转化器的安装孔从圆孔（图13）改成长条孔（图14），也降低了对安装板固定螺纹孔相对位置精度的要求。同时，安装过程不需要孔对孔完全对齐才可装配，简化了装配过程。

图13 优化前圆形通孔设计

图14 优化后长条形通孔设计

3.3 组合信号灯安装板优化

叉车护顶架后横梁安装组合信号灯的螺纹孔规格和孔距是固定的，这样可以减少同一车型护顶架的种类，方便统型，节省管理成本。但是组合信号灯由于供货厂家的不同，同时考虑到不同型号物料价格的差异，实际采购的物料往往跟护顶架的开孔位置不能完全对应，这就需要增加一个过渡板安装在护顶架后横梁和组合信号灯之间。由于不同厂家的组合信号灯出线位置也存在差异，圆孔形出线孔设计就存在局限性。组合信号灯出线位置跟圆孔形出线孔位置存在偏差的情况下，灯组件的实际安装存在困难。

圆形出线孔（图15）改成矩形出线孔（图16），可以兼容出线位置存在差异的不同规格的后尾灯，提高了安装板的通用性。同时，豁口的加大可以节省钢板的使用，节约了成本。

图15 优化前圆形孔设计

图16 优化后矩形孔设计

3.4 加速器安装方式优化

加速器需要固定在脚踏板的上方，传统的安装方式是螺栓与螺母、弹垫、平垫的组合，如图17所示。先把加速器用螺栓穿过脚踏板，在脚踏板的反面，依次在螺栓上套上平垫、弹垫、螺母，并将螺母紧固。由于脚踏板本身（图18）就是一块质量比较重的钢板，来回翻转钢板，是一个费时费力的工作。同时，还需要将螺栓和平垫、弹垫、螺母配合，紧固过程需固定住螺栓的另一头，操作过程繁琐。

图17 优化前加速器固定方式

图18 优化前脚踏板通孔设计

加速器安装方式优化后，螺母直接焊接在脚踏板下方，如图19所示，去除弹垫、平垫。这样，装配加速器只需螺栓穿过加速器，如图20所示，直接拧紧螺栓固定在踏板即可。节省物料，降低成本的同时，简化了安装流程，大大减少了加速器装配的工作量。

图19 优化后脚踏板通孔加焊螺母

图20 优化后加速器固定方式

4 物料选型的优化

4.1 前照灯安装螺栓

传统的前照灯安装是螺栓和螺母、弹垫、平垫的组合，这种方式使用物料多，而且厂家需根据前照灯支架的开口，对应匹配物料，物料选型错误，则会导致安装的差错。比如平垫选型错误或者缺失，就会导致弹垫卡到支架开口内，失去弹垫、平垫组合的缓冲和紧固作用。

六角头螺栓（图21）换成法兰面螺栓（图22），则可以避免这个问题。同时省去了弹垫和平垫，简化了物料，给现场的实际物料安装提供了便捷。

图21 六角头螺栓

图22 六角法兰面螺栓

4.2 线路固定方式的优化

线路通常使用圆钢固定，这种方式直观上比较简洁美观。但是由于圆钢跟管线路的接触面积小，在车辆发生颠簸、振动、侧倾等状况后，管线路容易挣脱圆钢的束缚，散落到其他位置，从而造成车辆行驶过程异响，管线路磨损。

圆钢（图23）换成弯板（图24），增大了与管线路的接触面积，固定效果加强。同时，弯板省去了折弯工序，质量小，成本降低。

图23 圆钢

图24 弯板

5 结论

在劳动力成本升高、原材料价格上涨的今天，只有不断解放生产力，提高生产效率，降低物料成本，才能在竞争白热化的大环境下占有一席之地，叉车制造业更是如此。本文结合具体的生产实际，在设计阶段，从车架线束优化设计、结构优化以及物料选型3个角度出发，进行了详细的设计改进，以简化装配流程，降低错误发生率，节省原料使用，最终达到降本增效的目的。