一般來說,采用液壓轉向系統的傳統叉車需要使用泵和軟管,通過液體將液壓輸送到用于控制車輛轉向的電機。這種方法通常會產生大量損耗,例如,在不使用轉向系統時,仍需要提供使液壓泵運轉的能量。常規的液壓轉向系統還需要將軟管經轉向管柱布置到車輪,以輸送液壓用液體。軟管占據了很大空間,也增加了成本,并降低了設計的靈活性。此外,傳統液壓轉向系統的局限性還體現在,為改善和提高轉向系統的安全性和工作效率而進行的設計比較困難,并且費用較高(如穩定性控制)。
為了解決這些問題,許多叉車設計人員正在考慮將他們的新型叉車轉換為線控轉向系統,有些設計人員已經開始進行這種轉換了。
線控轉向系統的特點
線控轉向系統由一個執行器和一個驅動器組成,使用電子控制系統,增加了如有線制導和穩定性等可提高叉車安全性和工作效率的特性,因此,線控轉向系統對于應用在狹小空間內進行復雜貨物搬運的倉儲叉車提供了特殊優勢。由于只有在轉向系統工作時才使用電能,因此線控轉向系統消耗的功率比較低;而取消了軟管,使線控轉向系統降低了重量、節省了空間,也降低了成本,同時設計靈活性得到顯著改進。以電子方式替代液壓方式,當叉車要向相反方向移動時,可以使轉向盤反向動作變得更加容易;增加了電子穩定控制,確保叉車在轉彎時不會過快。在轉向系統發生故障的情況下,安全控制系統就會自動將車輛停止。
線控轉向系統通常通過工業標準 CANOpen 數據通訊協議進行通訊。通過該協議,可將牽引驅動器、線控制動(brake-by-wire)、線控換擋(shift-by-wire)、線控節氣門(throttle-by-wire)等各種車輛系統輕松集成,實現完美的協同工作,并通過共同控制線運行,從而降低了車輛布線成本和組裝成本。控制器和無刷電機通常是集成在一起的,這樣轉向系統占用的空間也大大縮小了。
在叉車市場上,向線控轉向系統的過渡是與從直流(DC)電機向永磁(PMAC)電機的轉變同時發生的。PMAC 電機的優點是,可達到相同尺寸直流電機所達不到的較高轉矩,響應更加快速,效率更高,從而可實現較長的運轉時間或使用較小的電池,并不需實時維護。PMAC 電機的效率為 85%,而直流電機的效率只有 65%。因此,典型的線控轉向系統功耗僅為 450 W,而典型的液壓轉向系統功耗高達 1.2 kW。這樣,線控轉向叉車可將叉車電池的使用壽命提高 3%-5%。
線控轉向系統可用于所有主要叉車類型。目前已開發了用于載重1~5.5 噸、功率超過5kW 的平衡重式叉車的解決方案。
軟件提供的競爭優勢
線控轉向系統的一個突出優點是能夠通過軟件編程來提供特殊功能,從而提高叉車的生產效率和安全性。例如,線控轉向系統可與用于叉車安全操作的有線制導系統集成在一起,同時將一條導線嵌入到地面內,并通上音頻電流以產生一個磁場,叉車上的有線制導系統能夠檢測到該磁場,并與線控轉向系統連接,控制叉車按照通道的中心線直線行駛,這樣,叉車可以在倉庫通道只是稍稍大于叉車寬度的倉庫中進行搬運操作,節省了空間。
由于線控轉向系統不需要駕駛員傳送機械力,因此可以設計出能夠大大提高人機工程學性能、提高駕駛員工作效率的新轉向方法。一個有趣的例子是無限制的 360 轉向,即司機可以簡單地通過改變轉向盤的方向,實現連續反向移動。這種特性可顯著提高操作空間受限制的倉庫內的工作效率。而在一般情況下,駕駛員每次在裝載貨物時,必須先將轉向盤向左轉動 90 ,然后再向右轉動 90 。通過 360 轉向特性,裝載一次貨物可實現較少的轉彎,因此每小時可處理數量更多的托盤貨物。
要將這種特性集成到液壓轉向系統中,成本十分昂貴,并且設計極為復雜,而通過可進行軟件編程的線控駕駛系統就能很容易地實現,并且只需按下一個按鈕即可接通或關閉。
通過線控轉向系統,還可以對其他獨特功能進行編程。例如,采用常規 180 °轉向的叉車可在叉車被反向操縱時改變車輪方向。這意味著當叉車前行或后退時能夠向正被轉向的方向移動。
根據速度改變轉向靈敏度
使用線控轉向系統,能夠根據車輛速度或其他條件來改變轉向盤的靈敏度。通常,對轉向系統進行編程時,要使車輛緩慢移動時具有較高轉向靈敏度,而車輛速度增加時,靈敏度需大大下降。這樣就可以通過讓駕駛員在車輛慢速移動時使車輪快速轉動起來而提高工作效率,而當車輛移動很快時將轉向傳動比減小。
值得注意的是,線控駕駛系統本身并不提供觸覺反饋,因此一些叉車廠商使用了可控制人工力反饋裝置來產生轉矩反饋。人工力反饋常常模仿正被取代的常規系統的感覺。控制器通過一種觸覺反饋算法進行編程,該算法通過轉向盤轉動速度、加速度、轉向盤位置、轉向后位置、車輛速度或其他參數及其組合的函數對駕駛進行轉矩反饋調制。更詳細的信息可通過一個人工力反饋裝置而不是常規液壓轉向系統提供給駕駛員。例如,車輛轉向時發生脈動可能表示一個車輛故障;而另一方面,對于某些車輛如低速使用的揀選車,一個簡單的摩擦裝置就足夠了。
線控轉向系統的應用實例
海斯特(Hyster)R30XM2使用了線控轉向系統,為用戶提供了獨特功能。通過線控轉向,駕駛員可通過很小的腕部移動使車輛轉向,并可以舒適地在叉鏟或車架方向上駕駛叉車,從而降低了工作強度。一個可選的有線制導系統可與線控轉向系統集成在一起。采用線控轉向系統后,無需再提供很長的液壓軟管,而這種液壓軟管是使用液壓轉向方法使液壓系統沿駕駛員平臺上下移動時所必需的。
皇冠(Crown)ESR4500是另一個使用線控轉向以保持競爭優勢的實例。這種叉車可提供 360 轉向,駕駛員只需將車輪轉向相反方向就能夠將叉車移動方向掉轉。通過該系統,駕駛員可以選擇 180 或 360 旋轉以便與駕駛條件、經驗級別和個人偏好相符合。轉向靈敏度隨行進速度成正比降低,從而降低持續校正的需要。改進的結果是,與同級別的叉車相比,ESR4500每小時搬運的托盤數量增加了 18%,而能量消耗降低了13%。
總體來看,線控轉向系統可以降低能耗,減少部件和組裝成本,更重要的是,通過軟件編程來提供特殊功能,可以提高工作效率和安全性。這就是為何最具革新能力和技術最先進的叉車廠商正在迅速將這種技術集成到他們的新車型設計中的重要原因。
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