电动堆高车电气设计.doc

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1、浙江水利水电专科学校毕业设计（论文）摘 要本文首先提出了电气设计要求，根据设计要求对电动堆高车进行控制器、驱动轮、手柄以及辅助部件的选型。设计了电动堆高车的电气原理图，根据电气原理图完成了电气接线和加速器的接线。并对电动堆高车进行了参数编程。最后对驱动轮进行了性能测试以验证驱动轮是否满足堆高车的性能要求，并给出了测试报告。关键词堆高车；电气设计；电气接线；参数编程；性能测试AbstractIn this paper, it puts forward the electrical design requirements firstly and decides the type of contro

2、ller, wheel, handle, and accessories of fork lift trucks according to the design requirements. The electrical schematic diagram is designed, too. According to the schematic diagram, electrical wiring and the accelerator wiring are completed. Moreover, parameter programming of electric fork lift truc

3、ks is realized. Finally, the performance testing of drive wheel is carried out to verify whether the performance of the drive wheel is complied with the requirement of fork lift trucks. The test report is given, too.Key wordsFork lift truck；Electrical design；Electrical wiring；Parameter programming；P

4、erformance test目 录摘要前言11. 电动堆高车设计要求11.1 设计步骤11.2 设计要求12. 电动堆高车部件选型22.1 控制器的选型22.2 驱动轮的选型32.3 手柄的选型32.4 辅助部件的选型33. 电动堆高车电气原理图34. 电动堆高车电气接线54.1 标准功率接线54.2 加速器的连线75. 电动堆高车参数编程106. 驱动轮的性能测试12总结16参考文献18 前言本人所学的专业为机电一体化，在我看来其核心内容为控制。而我所做的毕业设计能很好的体现这一点。电动堆高车在仓库搬运中作用尤为明显，运用也十分广泛。随着经济不断增长，物流搬运行业呈现高速发展趋势，物流搬运

5、设备更加专业多样化。早已告别了工人搬搬扛扛的的劳动方式，用电动堆高车来代替能很好适应这个快节奏的时代，在一个一万平米的仓库有三台较大功率的电动堆高车已足已完成搬运工作，为企业节省开支也为工人减轻负担且车辆是电动的所以高效环保。电动堆高车有着广泛的前景，从目前来看，在中国以及其它的一些发展中国家，电动堆高车并未十分普及，所以有很大的市场有待我们去开发。电动堆高车自身发展迅速，品种较为齐全功能多种多样。但从目前的市场情况来看，世界上生产电动堆高车的公司有很多中国亦是如此但水平参差不齐，尤其是国产品牌质量有待提高。在2008年发生了震惊世界的金融危机其波及范围广，持续时间长，破坏性强已让世界秩序发生

6、变化。所以在我看来作为电动堆高车技术员的一份子应该抓住这次机遇，努力提高车辆的性能将堆高车的国产品牌真正脱掉低档货的帽子。下面我所设计的是一款性能优异且价格便宜的堆高车。1. 电动堆高车设计要求1.1 设计步骤设计一款完整的堆高车需六个步骤完成。（1）提出设计要求，具体的设计指标（2）画出原理图（3）选定各种原件（4）设置参数（5）调试车辆性能，测试数据，将性能调到最好1.2 设计要求载重2000KG，能顺利爬上5%斜度的颇，时速5.5KM/H，性能较好，价格便宜。2. 电动堆高车部件选型2.1 控制器的选型控制器分交流和直流两种，直流易于操作和设计，所以选直流CURTIS1243多模式控制器

7、。CURTIS1243多模式控制器是用在各种物料搬运车辆上的他励电机控制器。这种控制器易于安装，高效，低耗。提供了对电机速度和转矩的平滑，静音，主要有以下特点：（1）全桥励磁线圈和半桥电枢功率MOSFET设计提供了：前进，后退，驱动，制动控制。图1 电枢原理图图2 励磁原理图通过以前的学习可知改变直流电机的转向，通常采用改变电枢电流方向的方法，很少采用改变励磁电流的方法，因为励磁绕组匝数多，电感大。但这里却采用这种方法，这里还涉及到了控制器，它能保证转换时不受影响。（2）可通过1307编程器编程编程。（3）再生制动，缩短制动距离，使得电机一次充电使用时间更长，降低电机发热。（4）每个模式下车辆

8、最大速度都受控和被限制（5）高踏板禁止（HPD）和静止互锁（SRO）防止了启动时的飞车。2.2 驱动轮的选型驱动轮暂选1.5KW直流他励驱动轮，需经测试看能否满足要求。驱动轮分直流和交流两种，它是整个堆高车动力型装置，由控制器控制。功率大小可在0.8KW-2.4KW变化，具体要看所设计的车型。目前，交流系列用的并不多，主要是这方面的技术还不成熟。2.3 手柄的选型手柄的选型需和控制器相对应，控制器为CURTIS1243多模式直流他励控制器所以手柄选为国产手柄，表1是国产和CAN BUS手柄的优缺点的对比。表1 国产手柄和CANBUS手柄比较类型优点缺点国产手柄价格便宜，性能较好其它的设计上较复

9、杂，工人装配较烦琐CAN BUS手柄性能优异，优化了原件配置价格昂贵，整车出现问题不易解决2.4 辅助部件的选型电量表选用CURTIS803电量表，外置充电器，ET-1XX电子加速器。另外，还选择了一些辅助部件。3. 电动堆高车电气原理图电动堆高车电气原理图如图3所示。图3 电气原理图4. 电动堆高车电气接线4.1 标准功率接线控制器可以安装在任何地方放置，但是放的地方应仔细选择以尽可能保证控制器的清洁和干燥。如果缺乏清洁干燥的装配位置，就应该用一个覆盖物以防溅入赃物和水。图4为控制器外形图。当选定安装位置时，要考虑到（1）只有从控制器顶部标签上的视窗能看见内部LED状态显示器，（2）在控制器

10、的前部要让编程器插入插座。图5为控制器接线图片。图4 控制器外形图图5 控制器接线为了确保满功率，我把控制器用3个6mm的螺丝通过提供的螺孔固定在平整干净的金属表面上。安装表面是一个300mm300mm300mm的铝板或其他替代品，总之必须至少能产生每小时3米的气流以满足特定的时间/电流比额定值。采用导热胶以改善控制器散热器和安装面之间的热传导。图6为控制器接口图。图6 控制器接口图电机电枢连线简单明了。电枢A1连至控制器B+母线柱。电机励磁连线（S1和S2）则不确定，一旦确定方向，车辆行驶方向决定于S1和S2如何连线。S1和S2的链接极性将影响紧急反向操作。前进和后退开关以及S1和S2连线必

11、须按照以下原则配置：当紧急反向按钮被按下时，车辆应该驶离操作者。控制器参考接线如图7所示。图7 控制器参考接线图主接触器线圈按如图7所示方法接到控制器上。控制器可被编程以检查主接触器故障，故障发生时，主接触器驱动器输出信号断开控制器和电机的电源线路。如果主接触器为接触到四脚，控制器在严重故障时则不能满足安全要求。假如在运行的过程中突然发生一个故障，此时控制器在四脚发出一个信号使得主接触器线圈断电，随即它的常开开关断开，控制器就和电机断电了。4.2 加速器的连线CURTIS1243型控制器可以使用不同的加速器。在手持式编程器菜单上它们分三类。我选的是2型里的电子加速器。这种加速器，控制器在滑动端

12、（6脚）取得电压信号。0V对应0速。5V对应全速。表2为加速器性能参数。表2 加速器性能参数加速器滑动端（管脚6）输入阀值加速器型号 参数加速器死区0%高踏板禁止25%加速器最大100%2互动端电压0.2V1.5V5V下面对上表中的名词做详细解释。（1）加速器死区：加速器的死区是当控制器空档时，加速器电位器游标的电压范围。增加加速器死区设定值就增加了空档范围。该参数特别有用，因为允许把死区定义的足够大以确保在加速器松开时控制器能回到空档位置。（2）高踏板禁止：此功能防止当控制器通电之前就施加了大于25%的加速器。除了提供平滑启动，有时加速器连接出现问题，例如部件弯曲，返回拉簧断裂等，即使松开加

13、速器，仍有加速器信号输入控制器，此功能就会防止由于这种意外导致的突然启动。高踏板禁止和静态断开有些类似。静态断开是指若在互锁输入或互锁输入加KSI输入前就有方向输入，则控制器被禁止。举个例子，当松开手柄或松开手柄且钥匙开关没有打开，此时你按动加速器即给控制器一个方向信号，然后按下手柄或按下手柄和打开钥匙开关时，车子不会有反应，因为控制器被禁止了，我们把这种功能称作静态断开。电子加速器给CURTIS1243型控制器提供了一个0-5V加速器和前进/后退输入。加速器连线如图8所示。图8 加速器连线图其中，GN接电源正极，OG和WH/BN、WH/GN接电源负极，BK接控制器6接口（电位器抽头），WH接

14、控制器11接口（后退），BK/WH出来分两路一路接控制器12接口（前进）一路接控制器13接口（紧急反向）。我所选用的一些元件及功能的连线如下：（1）紧急反向连线为了执行紧急反向功能，管脚13（紧急反向输入）必须接在电源电压上。当钥匙开关打开且紧急反向开关接通时，紧急反向被激活。松开紧急反向开关后控制器不会正常运行，直到加速器回到空档位置。一旦紧急反向开关闭合，控制器提供最大制动力矩然后车辆以最大工厂设定的驱动电流限位自动反向驱动，直到紧急反向开关被释放。（2）紧急反向检测连线一根直接连到紧急反向开关上的连线提供了短线保护。紧急反向检查采用脉冲信号的周期性来判断紧急反向连线是否连续。若不连续，直

15、到排除控制器才能有输出。紧急反向检测连线按标准连线图所示接到管脚10，如果选择了该特性，但没有连接检测连线，车辆不会运行。如果选择该特性，但连接了检测连线，不会产生损害，但也不会检测出连续。（3）钥匙开关车辆会有一个主开关，当车辆不用时关闭系统。钥匙开关输入为控制器提供了逻辑电源。钥匙开关提供了驱动主接触器和所有其它输出驱动器负载及控制器内部逻辑电路的电流。控制器里可分为两部分，一部分就是我们所学的单片机，还有一部分是接主电路的，所以电源会给控制器分别供电，而我刚才所说的逻辑电源是指给单片机供电的。（4）反向极性保护二极管为了反向极性保护，必须在控制电路中加一个二极管。该二极管可以保证在电池意

16、外B+与B-接通时，禁止主接触器动作和有电流流过。（5）电路保护器件为了保护控制电路意外短路，在电池和钥匙开关之间串联了一个小电流保险丝。另外，一个大电流保险丝与主接触器串联。（6）模式选择开关操作两个模式选择开关定义了四种操作模式。在我的设计中只用到了一个模式选择开关，所以只有两种操作模式。这种模式选择开关俗称蜗牛开关，在运行的过程中车辆就会以很慢的速度前行，这样就是改变了控制器的操作模式。5. 电动堆高车参数编程所设计的堆高车其内部线路的核心元器件是控制器，而控制器的内部有一个单片机，这里不需要编写程序，只需要设置参数。1243型控制器有大量可通过1307型手持型编程器进行编程的参数，对这

17、些参数进行编程可满足不同车辆性能或不同应用的要求。这里选择性的设置一些参数，其他参数按照原来厂家设定好的来执行。（1）驱动限流：驱动限流参数是允许调整控制器施加给电机的最大驱动电流。参数可在50A至控制器满额电流之间调节。由于这里设计的产品质量较重、体积大，所以这个参数设定为200A即可。（2）加速率：加速率定义了控制器输出从0%到100%所需的时间。大的值代表长的加速时间和缓慢启动，可以通过减少加速时间来快速启动。例如把加速率调到较小值。加速率可在0.1s到3.0s内调节。这里把它设定为1.0s。（3）快速启动：一旦接收到从空挡位置突然变高的加速请求，快速启动功能使得控制器输出超过正常加速度

18、的信号，克服了启动的迟钝。快速启动可在0s到10s内调节，增加该值，能明显提高车辆对快速加速器输入动作的响应。由于这里设计有踏板（即不需要人行走而是站在上面），所以车辆速度以及启动速度应比人行走速度快，其值设为4。如果对车辆施加了制动，快速启动失效，插入正常的制动。（4）加速器减速：加速器减速参数决定为从驱动到加速器关制动的转化过程中电枢PWM递减率。较大的参数使得转化平滑：较小的值产生突然转化。加速器参数设定的太高将导致释放加速器时车辆产生失控的感觉，此时车辆仍将持续行驶一段时间。加速器参数设定的太低将导致车辆过度反应，从行驶到制动猛然停止。加速器参数通常0.3或0.4对大多数车辆比较合适，

19、因为这里设计的不是人步行速度，所以快速停止对人的安全不会造成影响，所以可设置的低一点，这里取为6。（5）最大速度：最大速度定义为加速器满程时控制器的最大输出，该参数以1%的增量在0到100%内调节。这里设为80%。（6）爬行速度：该参数定义为刚选定方向时控制器产生的初始输出。只需一个方向信号而不需加速器来使车辆进入爬行速度方式，输出保持直到超过加速器死区。所以这和后面所设定的加速器死区有关系，因为设定的加速器死区为10%，所以爬行速度可在控制器占空比0到50%的之间调节，把它设定为40%。（7）负载补偿：负载补偿参数将电机电压作为电机负载电流函数的调节。这使得操作者在不同的行驶路面上不需要经常

20、调节加速器就可以保持车速。但不能调节的太高，否则会导致突然启动，且车辆一般在仓库中行驶，所以路面质量一般较好，此参数可在控制器输出的0-25%间调节。把它设为5%较好。（8）高踏板禁止：此功能防止了若当控制器通电之前就施加了大于25%的加速器。除了提供平滑启动以外，有时加速器连接出现问题（例如部件弯曲，返回拉簧断裂等），即使松开加速器，仍有加速器信号输入控制器，此功能就会防止由于这种以外导致的突然启动。若操作者想在已施加加速器后启动车辆，控制器在加速器返回到空挡位置之前禁止对电机输出。为了使车辆运行，控制器必须在接收到加速器信号前接收到KSI输入信号或KSI输入和互锁输入信号。两种类型可通过编

21、程器选择。但也可被编程器禁止，在编程菜单中设置为0。1）KSI型（1型）为了启动车辆，控制器必须在接收到加速器之前接收到KSI输入。若在KSI接通时加速器输入已经大于25%，则控制器操作立即被禁止。若在互锁开关闭合前且KSI输入接通后使用加速器，车辆便会在互锁开关闭合后加速到要求的速度。2）互锁型（2型）为了启动车辆，控制器必须在接收到互锁开关输入和KSI输入，在互锁开关闭合时若已经输入大于25%，则控制器被立即禁止。通过把加速器命令减小到25%以下可以获得正常操作。这里选择互锁型高踏板禁止，这样更安全。（9）静态断开：有三种形式的静态断开，使用手持式编程器可做如下选择：0型：无1型：互锁输入

22、加方向输入的静态断开。2型：KSI加互锁输入加方向输入的静态断开。3型：KSI加互锁输入加前进方向输入的静态断开。这里选择2型。（10）低电位器故障：低电位器故障参数可将控制器的低电位器故障检测设为失效。这对于使用单线以地为参考点电压的加速器是非常有用的。设置低电位器故障参数为“OFF”，这样在管脚7低电位器输入上的故障检测被关闭。因为这里采用的电子型加速器是以地为参考点电压的加速器，所以必须设定为OFF，否则控制器将视为加速器故障并且关闭系统。（11）接触器诊断：如果没有使用主接触器，接触器诊断参数可将控制器的主接触器诊断检测设为失效。这里将参数设置为“ON”。（12）最小励磁电流：最小励磁

23、电流限制参数定义为电机励磁线圈内允许的最小电流。该参数会决定车的最大速度。最小励磁电流这里先设定为5A。（13）最大励磁电流：最大励磁电流定义为电机励磁线圈内允许的最大电流，它决定车辆的最大力矩，还能限制励磁线圈本身的功能损耗。6. 驱动轮的性能测试前面所选的驱动轮是否满足要求，必须对其进行性能测试。由于设计的车辆和CS1555大致类似，所以选CS1555车做测试。6EL-DC-1.2、1.5KW-JB驱动轮性能测试报告如下。（1）测试描述测试开始 04/05/2009测试完成 05/05/2009测试报告完成 05/05/2009（2）目的现配的1.5KW驱动轮是否能满足该车辆的各项性能要求

24、。（3）测试条件1）环境条件除非特殊说明，本测试都应在如下条件下进行：a)环境温度：20；b)环境湿度：85 ；c)大气压：86kPa106kPa；另外，测试不允许在很强的EMI环境下进行，以避免测试数据的不准确。2）车辆状态需求车型： CS1555电池： 24V, 350Ah电量： 100% 比重： 1.28车况： 空载/重载牵引电机： 6EL1.2KWDC油泵电机： ISKRA 3.0KW控制器： CURTIS 1243-4220手柄： 诺力专用手柄3）测量工具秒表、卷尺、1311编程器、钳形表（Fluke316），200A分流器（4）测试1）测试要求驱动轮电机要能满足CY1555所需要的

25、速度和爬坡要求，并能满足负载情况下的各工作状况。2）测试方法先将车辆运行20分钟预热，再进行相关测试。a)平路上调试车辆空载状态时速度在5.5km/h左右，并记录下电流、电压等数据(速度测试在已测量好的25米距离上测试)。b)测量额定重载时车辆的速度及并记录下电流、电压等数据c)载重1.5T爬5的坡道，看是否能顺利爬上，并且在坡道上能平稳停车，还能顺利上坡。记录下各项数据。由于没有5坡道，试验时选用6.9的坡道进行测试，然后换算成5坡道。d）测量制动距离和噪声级e）测量电机负载工作的温升情况3）驱动轮电机技术参数驱动轮型号6EL-DC-1.2 1.5KW-JB 电机型号 XQ-1.5T-1额定

26、功率 1.5 KW额定电枢电压24 V额定转速 2100 r/min定 额 60 min励磁方式 他励4）性能测试结果平路速度的测定如表3所示。（为车辆运行20min后测量的数据）表3 平路速度测定表备注励磁电流速度（Km/h）电枢电流总电流空载前进4.25.6945-5045-50后退4.2645-5045-50重载前进4.24.965-7070-75后退4.25.365-7070-75可知速度并不能达到所要求的5.5KW/H，所以要调节控制器参数。a.首先将1307编程器插入控制器。b.选到编程器的编程菜单。c.将原先我所设置的最小励磁电流FIELD MIN的4.2通过编程器调节到4.6。

27、d.通过继续测试速度发现速度还未达到要求，所以继续设置其最小励磁电流，将其最小励磁电流设置为4.8。e.通过测试发现满足要求。注：驱动轮的前进和后退速度略有不同，这是电机本身的原因，可以通过调节电机来调节前后转速，但相差的不到10%即可满足要求。 制动距离和噪声测定制动距离(M） 0.9噪声级测试dB(A) 68温度测试额定1.3T一直行走4小时后电机表面温度78.5（环境温度20）。驱动轮空转电枢电流18A（5）电机温升测试1）测试方法额定载重1.5T在50M的车间路面往返行走，每隔30min测量相关技术参数。a电机表面温度使用Fluke万用表测量b电量表为CURTIS 803c电解液密度使

28、用密度计测量（密度计损坏无法测量）d电枢电流使用200A分流器和FLUKE316钳型表测量（在稳定的路面上二者测得的数据基本一致）e控制器温度和电机励磁电阻通过1311编程器查看，由于用编程器测的的励磁电阻并不十分准确，所以现在改用双臂电桥测试。2）测试的相关数据表4 电机温升测试数据序号时间电机表面温度电量表电量电解液密度g/cm3电枢电流113：00121001.2890-100213：30389050-60314：00478050-60414：30567050-60515：00686050-60615：30725050-60716：00764050-60816：30773050-6091

29、7：0078.52050-60说明：a.车辆在没有运行热之前，整车的空载速度为5.5 km/h，电机电枢电流为45-50Ab.车辆运行20min后，整车的空载速度为5.5km/h，电机电枢电流为50-60A （6）结论 1）驱动轮空载和额定重载速度能够符合设计要求2）驱动轮能够满足设计爬坡度要求3）驱动轮噪音和温升符合要求.4）6EL-DC-1.2 1.5KW-JB 立式驱动轮满足车辆的性能要求总结 2009年3月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于

30、落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 3月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是电动堆高车的电气设计。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在公司里搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。4月初，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。、4月底，论文

31、的文字叙述已经完成。5月开始进行相关图形的绘制工作和电路的设计工作。为了画出自己满意的电路图，图表等，我仔细学习了Excel的绘图技术。在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查

32、找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多电动机、电气设计的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互

33、相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。参考文献1李良仁.变频调速技术与应用.北京:电子工业出版社.2004.122陈立周.电气测量.北京：机械工业出版社.2005.13姚伯威.机电一体化原理及应用.北京：国防工业出版社.2007.84张琦.现代机电专业英语.北京：清华大学出版社.2008.55姜佩东.液压与气动技术.北京：高等教育出版社.20066许晓峰.电机及拖动. 北京：高等教育出版社.2004.67梁深.自动检测与转换技术. 北京：机械工业出版社.2005.18李若英.电工电子技术基础.重庆：重庆大学出版社.2005.29孙平.电气控制与PLC. 北京：高等教育出版社.2004.1210祝之光.物理学. 北京：高等教育出版社.2003.918