CN102167078B - 电动叉车用转向系统 - Google Patents

Abstract

一种电动叉车用转向系统，可按照驾驶员的意愿来控制电动叉车的行驶方向，包括手柄、手轮、转向轴、支架及转向机构，其中，还包括安装板、磁钢、电机调速器、方向电机驱动器、左行程限位开关、右行程限位开关、线路板、助力转向电机、用于控制助力转向电机通断的微动开关及连接在线路板上的CPU信号控制单元、左霍尔元件、右霍尔元件，磁钢位于左霍尔元件和右霍尔元件上方，手轮与安装板之间连接有磁钢来回驱动机构及复位机构，微动开关触头顶在磁钢来回驱动机构上，转向轴与支架之间连接有集电环，左行程限位开关与右行程限位开关分别位于转向机构的两侧。本发明不但能够有效减轻驾驶员操纵方向盘时的作用力，而且节能环保。

Description

电动叉车用转向系统

技术领域：

本发明涉及一种助力的或动力驱动的转向机构，具体讲是一种使用助力转向电机来辅助驾驶员对电动叉车进行转向的转向系统。

背景技术：

用来改变或保持电动叉车及搬运设备行驶或倒退方向的一系列装置称为转向系统，转向系统可以按照驾驶员的意愿来控制电动叉车及搬运设备的行驶方向。传统的转向系统都为机械式的，这种机械转向系统主要以驾驶员的体力来作为转向能源，换句话说，当驾驶员需要对电动叉车及搬运设备转向时，该机械转向系统就会将驾驶员转动方向盘时的操纵力传递给其内部的齿轮机构，由齿轮机构来带动电动叉车及搬运设备的车轮转向，虽然这种机械转向系统可以实现对电动叉车及搬运设备的转向，但是，当机械转向系统中转向轴的负荷较大时，仅靠驾驶员的体力来作为转向能源则会难以顺利转向，为此，人们设计出了液压式动力转向系统，这种液压式动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设了一套转向加力装置，转向加力装置的使用能够有效减轻驾驶员操纵方向盘时的作用力，该转向加力装置一般包括转向液压泵、油管、液压马达、位于液压转向器内部的转向控制阀以及用于储存液压油的油箱，转向液压泵主要利用电动叉车及搬运设备发动机的动力从油箱内抽取液压油，由转向液压泵输出的液压油经转向控制阀换向后从油管进入到液压马达内，使液压马达产生的作用力来辅助驾驶员转向操作，从而达到减轻驾驶员操纵方向盘作用力的目的。上述液压式动力转向系统主要以液压油来作为转向助力，为了保持油管内液压油的压力，无论驾驶员是否需要转向，该液压式动力转向系统都要处于工作状态，而这样则会造成电动叉车及搬运设备的能量消耗增加，形成浪费，另外，该液压式动力转向系统在长时间使用后还会出现漏油等现象，从而给周围环境带来污染。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种不但能够有效减轻驾驶员操纵方向盘时的作用力，而且节能环保的电动叉车用转向系统。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的电动叉车用转向系统：包括手柄、手轮、转向轴、用于与机架连接的支架以及与转向轮连接的转向机构，手柄与手轮可转动连接，手轮与转向轴可转动连接，其中，还包括安装板、磁钢、电机调速器、方向电机驱动器、左行程限位开关、右行程限位开关、连接在安装板上的线路板、用于驱动转向机构转向的助力转向电机、用于控制助力转向电机通断的微动开关以及连接在线路板上的CPU信号控制单元、左霍尔元件、右霍尔元件，安装板固定连接在转向轴上，磁钢位于左霍尔元件和右霍尔元件上方，手轮与安装板之间连接有用于驱动磁钢在左霍尔元件与右霍尔元件之间来回移动的磁钢来回驱动机构以及用于对磁钢进行复位的复位机构，磁钢装在磁钢来回驱动机构上，微动开关连接在安装板上，微动开关触头顶在磁钢来回驱动机构上，手轮上设有当磁钢位于左霍尔元件或右霍尔元件正上方时用于带动磁钢随同转向轴一起转动的左挡片和右挡片，转向轴与支架之间连接有可防止转向轴在转动过程中缠绕导线的集电环，转向轴与助力转向电机之间连接有同步传动机构，电机调速器装在助力转向电机机壳内，助力转向电机和方向电机驱动器均连接在机架上，左行程限位开关与右行程限位开关分别位于转向机构的两侧，电机调速器和方向电机驱动器通过集电环均电连接在CPU信号控制单元与助力转向电机之间，左霍尔元件和右霍尔元件均与CPU信号控制单元电连接，微动开关通过集电环与助力转向电机电连接，左行程限位开关和右行程限位开关均通过集电环与CPU信号控制单元电连接。

本发明所述的电动叉车用转向系统，其中，手轮与安装板之间连接有用于驱动磁钢在左霍尔元件与右霍尔元件之间来回移动的磁钢来回驱动机构具体可采用以下结构：安装板上连接有转套，转套内可转动的连接有拨叉，手轮上连接有拨销，拨销位于拨叉上部侧壁设有的U型槽内，拨叉下部通过螺钉连接有磁钢架，磁钢装在磁钢架一端，微动开关触头顶在磁钢架上设有的凹槽内，右挡片和左挡片分别位于拨叉的右侧和左侧。

本发明所述的电动叉车用转向系统，其中，手轮与安装板之间连接有用于对磁钢进行复位的复位机构具体可采用以下结构：手轮中部的圆柱筒上套有扭簧，手轮上连接有第一挡销，安装板上连接有第二挡销，第一挡销和第二挡销均位于扭簧的两个扭臂之间。

本发明所述的电动叉车用转向系统，其中，转向轴与助力转向电机之间连接有同步传动机构，该同步传动机构具体可采用以下结构：转向轴底部连接有万向节，万向节底部连接有传动轴，传动轴中部通过同步传动齿轮与助力转向电机转轴连接，传动轴底部与转向机构连接。

本发明所述的电动叉车用转向系统，其中，转向机构上可连接有用于检测转向轮偏离直线行驶角度的位置传感器，位置传感器通过集电环与CPU信号控制单元电连接，CPU信号控制单元通过集电环与叉车控制中心电连接。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明电动叉车用转向系统具有以下优点：与现有技术采用液压作用力来辅助驾驶员转向操作不同，本发明电动叉车用转向系统采用助力转向电机来驱动与转向轮连接的转向机构进行转向，且安装板上连接有用于控制助力转向电机通断的微动开关，微动开关触头顶在磁钢架上设有的凹槽内，因此，当驾驶员对电动叉车进行转向时，即旋转手轮时，微动开关触头会从凹槽内滑出，并迅速被磁钢架周壁压合，此时，助力转向电机通电，助力转向电机的旋转方向可由左霍尔元件和右霍尔元件来识别，而助力转向电机的转速可由磁钢距左霍尔元件或右霍尔元件的距离来控制，距离越近，左霍尔元件或右霍尔元件产生的电流就越强，相应地，助力转向电机的转速也就越快，当电动叉车需要直行时，磁钢则会在扭簧的作用下复位，即磁钢位于左霍尔元件和右霍尔元件之间，这时，微动开关触头会再次进入凹槽内而断开助力转向电机的电源。综上所述，本发明采用助力转向电机来对转向轮进行转向，且助力转向电机在驾驶员不对电动叉车转向时会自动断开电源，因此，本发明不但能够有效减轻驾驶员操纵方向盘时的作用力，节约能耗，而且省去利用液压作用力来辅助驾驶员转向操作的方式，从而较为环保。

位置传感器的设置能够实时的将转向轮偏离直线行驶的角度传递给CPU信号控制单元，由CPU信号控制单元将此数据分析后再反馈给叉车控制中心，这样，一方面可使驾驶员实时的了解转向轮的偏移角度，另一方面当电动叉车承载的重量超过一定数值时，叉车控制中心就会向CPU信号控制单元输入转向轮转动角度的限制信号，使转向轮的转动角度范围缩小，从而确保了电动叉车及搬运设备行驶时的安全，避免因转向轮的转动角度过大而翻车。

附图说明：

图1是本发明电动叉车用转向系统的主视剖视结构示意图；

图2是图1中“I”区域的放大结构示意图；

图3是图2中“A”向的放大结构示意图；

图4是本发明电动叉车用转向系统手轮处于未转动时的俯视结构示意图；

图5是图4中手轮顺时针旋转时的俯视结构示意图；

图6是图4中手轮逆时针旋转时的俯视结构示意图；

图7是本发明电动叉车用转向系统的工作原理方框图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明电动叉车用转向系统作进一步详细说明：

如图1、图2和图3所示，在本具体实施方式中，本发明电动叉车用转向系统包括手柄20、手轮2、转向轴16、安装板21、磁钢25、线路板23、电机调速器36(见图7)、方向电机驱动器35(见图7)、左行程限位开关38、右行程限位开关37、与转向轮12连接的转向机构、用于与机架13连接的支架17、用于驱动转向机构转向的助力转向电机6、用于控制助力转向电机6通断的微动开关30(见图3)以及连接在线路板23上的CPU信号控制单元33(见图7)、左霍尔元件24、右霍尔元件29。线路板23通过螺钉和电路板支柱连接在安装板21底部，安装板21焊接在转向轴16上，磁钢25位于左霍尔元件24和右霍尔元件29上方，手柄20通过螺栓与手轮2可转动连接，手轮2中部的圆柱筒套在转向轴16上并通过轴承与转向轴16可转动连接，手轮2顶部连接有一个手轮盖1，手轮2与安装板21之间连接有用于驱动磁钢25在左霍尔元件24与右霍尔元件29之间来回移动的磁钢来回驱动机构，该磁钢来回驱动机构具体采用以下结构：安装板21上连接有一个转套27，转套27内可转动的有拨叉28，手轮2上连接有拨销18，拨销18位于拨叉28上部侧壁设有的U型槽内，拨叉28下部通过螺钉连接有磁钢架26，磁钢25装在磁钢架26一端。手轮2与安装板21之间连接有用于对磁钢25进行复位的复位机构，该复位机构具体采用以下结构：手轮2中部的圆柱筒上套有扭簧5，手轮2上连接有第一挡销3，安装板21上连接有第二挡销4，第一挡销3和第二挡销4均位于扭簧5的两个扭臂之间。手轮2上设有当磁钢25位于左霍尔元件24正上方时用于带动磁钢25随同转向轴16一起转动的右挡片19(见图4、图5和图6)，手轮2上设有当磁钢25位于右霍尔元件29正上方时用于带动磁钢25随同转向轴16一起转动的左挡片32(见图4、图5和图6)，右挡片19和左挡片32分别位于拨叉28的右侧和左侧，微动开关30通过螺钉连接在安装板21上，微动开关30的触头顶在磁钢架26上设有的凹槽31内。转向机构包括转向齿轮9和转向架10，转向齿轮9通过螺钉与转向架10连接，转向架10上部通过轴承与机架13可转动连接，转向架10下部通过螺钉11与转向轮12连接。转向轴16与助力转向电机6之间连接有同步传动机构，该同步传动机构具体采用以下结构：转向轴16底部连接有万向节15，万向节15底部连接有传动轴14，传动轴14中下部通过花键连接有同步传动齿轮8，同步传动齿轮8与助力转向电机6的转子啮合连接，传动轴14下部与转向齿轮9啮合连接。转向轴16与支架17之间连接有可防止转向轴16在转动过程中缠绕导线的集电环22，集电环22的动片通过平键与转向轴16连接，集电环22的静片通过螺钉与支架17连接，助力转向电机6通过螺钉和电机座7连接在机架13上，电机调速器36装在助力转向电机6的机壳内，方向电机驱动器35通过螺钉连接在机架13上，左行程限位开关38与右行程限位开关37通过螺钉连接在机架13上且分别位于转向机构的两侧，转向齿轮9上通过螺钉连接有用于压合左行程限位开关38触头的左限位挡板以及用于压合右行程限位开关37触头的右限位挡板，转向架10上连接有用于检测转向轮12偏离直线行驶角度的位置传感器39，位置传感器39通过导线和集电环22与CPU信号控制单元33电连接，CPU信号控制单元33通过导线和集电环22与叉车控制中心34电连接，电机调速器36和方向电机驱动器35通过导线和集电环22均电连接在CPU信号控制单元33与助力转向电机6之间，左霍尔元件24和右霍尔元件29均与CPU信号控制单元33电连接，微动开关30通过导线和集电环22与助力转向电机6电连接，左行程限位开关38和右行程限位开关37通过导线和集电环22均与CPU信号控制单元33电连接，上述集电环22的设置可有效防止转向轴16在旋转过程中将CPU信号控制单元33与左行程限位开关38、右行程限位开关37、电机调速器36、方向电机驱动器35及叉车控制中心34之间的导线缠绕在转向轴16上，避免了导线被扯断的风险，大大方便了驾驶员转向时的操作。在本具体实施方式中，助力转向电机6、集电环22、左霍尔元件24、右霍尔元件29、磁钢25、电机调速器36、方向电机驱动器35、左行程限位开关38、右行程限位开关37及位置传感器39均为市售产品，故不再此赘述，叉车控制中心34为整个电动叉车及搬运设备的控制中心，它和与转向轮12连接的转向机构都为常规现有技术，故在此也不再赘述。

本发明电动叉车用转向系统的工作原理是：

1、当电动叉车直行时，磁钢25是位于左霍尔元件24与右霍尔元件29之间的，如图4所示，此时，左霍尔元件24或右霍尔元件29没有信号产生，微动开关30的触头位于凹槽31内，助力转向电机6不得电，换句话说，助力转向电机6在微动开关30的作用下与电源是断开的；

2、如图5所示，当电动叉车需要向右转向时，驾驶员可顺时针旋转手轮2，此时，微动开关30的触头会迅速从凹槽31内滑出，并被磁钢架26的外周壁压合，助力转向电机6得电开始旋转，磁钢25在手轮2的带动下慢慢接近左霍尔元件24，磁钢25距离左霍尔元件24越近，左霍尔元件24产生的电流就越强，此信号经CPU信号控制单元33传输给方向电机驱动器35和电机调速器36，如图7所示，由电机调速器36来相应控制助力转向电机6的转速，当然，左霍尔元件24产生的电流越强，助力转向电机6的转速也就越快，当磁钢25位于左霍尔元件24正上方时，右挡片19就会带动磁钢25随同转向轴16一起顺时针转动，在同步传动机构的作用下，手轮2与助力转向电机6是同步转动的，而当电动叉车及搬运设备向右转向完毕后，可直接松开手柄20，磁钢25就会在扭簧5的作用下迅速复位，即位于左霍尔元件24和右霍尔元件29之间，这时，微动开关30的触头将进入到凹槽31内而断开助力转向电机6的电源；

3、如图6所示，当电动叉车需要向左转向时，驾驶员可逆时针旋转手轮2，此时，微动开关30的触头也会迅速从凹槽31内滑出，并被磁钢架26的外周壁压合，助力转向电机6得电并开始反方向旋转，磁钢25在手轮2的带动下慢慢接近右霍尔元件29，磁钢25距离右霍尔元件29越近，右霍尔元件29产生的电流就越强，此信号经CPU信号控制单元33传输给方向电机驱动器35和电机调速器36，如图7所示，由电机调速器36来相应控制助力转向电机6的转速，当然，右霍尔元件29产生的电流越强，助力转向电机6的转速也就越快，当磁钢25位于右霍尔元件29正上方时，左挡片32就会带动磁钢25随同转向轴16一起逆时针转动，在同步传动机构的作用下，手轮2与助力转向电机6是同步转动的，而当电动叉车向左转向完毕后，可直接松开手柄20，磁钢25就会在扭簧5的作用下迅速复位，即位于左霍尔元件24和右霍尔元件29之间，这时，微动开关30的触头将再次进入到凹槽31内而断开助力转向电机6的电源。

如图7所示，当驾驶员对电动叉车进行转向时，左霍尔元件24或右霍尔元件29会根据磁钢25的移动距离产生相应信号，磁钢25距左霍尔元件24或右霍尔元件29的距离越近，左霍尔元件24或右霍尔元件29产生的电流就越强，左霍尔元件24或右霍尔元件29将产生的信号传递给CPU信号控制单元33，信号经CPU信号控制单元33处理后输送给方向电机驱动器35和电机调速器36，由方向电机驱动器35和电机调速器36来控制助力转向电机6的转向和转速，当转向齿轮9上的左限位挡板或右限位挡板碰到左行程限位开关38或右行程限位开关37时，CPU信号控制单元33将得到一个左限位或右限位信号，这时，CPU信号控制单元33会将得到的限位信号迅速传递给助力转向电机6，以阻止助力转向电机6继续转动，即停止转向。在电动叉车转向的过程中，位置传感器39可实时的将转向轮12偏离直线行驶的角度传递给CPU信号控制单元33，由CPU信号控制单元33将此数据分析后反馈给叉车控制中心34，这样，一方面可使驾驶员实时的了解转向轮12的偏移角度，另一方面当电动叉车承载的重量超过一定数值时，叉车控制中心34就会向CPU信号控制单元33输入转向轮12转动角度的限制信号，使转向轮12的转动角度范围缩小，从而确保了电动叉车行驶时的安全，避免因转向轮的转动角度过大而翻车。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电动叉车用转向系统，包括手柄(20)、手轮(2)、转向轴(16)、用于与机架(13)连接的支架(17)以及与转向轮(12)连接的转向机构，手柄(20)与手轮(2)可转动连接，手轮(2)与转向轴(16)可转动连接，其特征在于：还包括安装板(21)、磁钢(25)、电机调速器(36)、方向电机驱动器(35)、左行程限位开关(38)、右行程限位开关(37)、连接在安装板(21)上的线路板(23)、用于驱动转向机构转向的助力转向电机(6)、用于控制助力转向电机(6)通断的微动开关(30)以及连接在线路板(23)上的CPU信号控制单元(33)、左霍尔元件(24)、右霍尔元件(29)，安装板(21)固定连接在转向轴(16)上，磁钢(25)位于左霍尔元件(24)和右霍尔元件(29)上方，手轮(2)与安装板(21)之间连接有用于驱动磁钢(25)在左霍尔元件(24)与右霍尔元件(29)之间来回移动的磁钢来回驱动机构以及用于对磁钢(25)进行复位的复位机构，磁钢(25)装在磁钢来回驱动机构上，微动开关(30)连接在安装板(21)上，微动开关(30)触头顶在磁钢来回驱动机构上，手轮(2)上设有当磁钢(25)位于左霍尔元件(24)或右霍尔元件(29)正上方时用于带动磁钢(25)随同转向轴(16)一起转动的右挡片(19)和左挡片(32)，转向轴(16)与支架(17)之间连接有可防止转向轴(16)在转动过程中缠绕导线的集电环(22)，转向轴(16)与助力转向电机(6)之间连接有同步传动机构，电机调速器(36)装在助力转向电机(6)机壳内，助力转向电机(6)和方向电机驱动器(35)均连接在机架(13)上，左行程限位开关(38)与右行程限位开关(37)分别位于转向机构的两侧，电机调速器(36)和方向电机驱动器(35)通过集电环(22)均电连接在CPU信号控制单元(33)与助力转向电机(6)之间，左霍尔元件(24)和右霍尔元件(29)均与CPU信号控制单元(33)电连接，微动开关(30)通过集电环(22)与助力转向电机(6)电连接，左行程限位开关(38)和右行程限位开关(37)均通过集电环(22)与CPU信号控制单元(33)电连接。

2.根据权利要求1所述的电动叉车用转向系统，其特征在于：所述手轮(2)与安装板(21)之间连接有用于驱动磁钢(25)在左霍尔元件(24)与右霍尔元件(29)之间来回移动的磁钢来回驱动机构是指，所述安装板(21)上连接有转套(27)，所述转套(27)内可转动的连接有拨叉(28)，所述手轮(2)上连接有拨销(18)，所述拨销(18)位于拨叉(28)上部侧壁设有的U型槽内，所述拨叉(28)下部通过螺钉连接有磁钢架(26)，所述磁钢(25)装在磁钢架(26)一端，所述微动开关(30)触头顶在磁钢架(26)上设有的凹槽(31)内，所述右挡片(19)和左挡片(32)分别位于拨叉(28)的右侧和左侧。

3.根据权利要求1或2所述的电动叉车用转向系统，其特征在于：所述手轮(2)与安装板(21)之间连接有用于对磁钢(25)进行复位的复位机构是指，所述手轮(2)中部的圆柱筒上套有扭簧(5)，所述手轮(2)上连接有第一挡销(3)，所述安装板(21)上连接有第二挡销(4)，所述第一挡销(3)和第二挡销(4)均位于扭簧(5)的两个扭臂之间。

4.根据权利要求3所述的电动叉车用转向系统，其特征在于：所述转向轴(16)与助力转向电机(6)之间连接有同步传动机构是指，所述转向轴(16)底部连接有万向节(15)，所述万向节(15)底部连接有传动轴(14)，所述传动轴(14)中部通过同步传动齿轮(8)与助力转向电机(6)转轴连接，所述传动轴(14)底部与转向机构连接。

5.根据权利要求4所述的电动叉车用转向系统，其特征在于：所述转向机构上连接有用于检测转向轮(12)偏离直线行驶角度的位置传感器(39)，所述位置传感器(39)通过集电环(22)与CPU信号控制单元(33)电连接，所述CPU信号控制单元(33)通过集电环(22)与叉车控制中心(34)电连接。

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