具有回转系统的前移式叉车及其作业方法.pdf

本发明公开是对一种前移式叉车的改进。在叉车的两个前车轮上，装有受驾驶员控制的，由电动机驱动的方向角变位机构和限位开关及失电制动器组成的定位机构。当两个前车轮方向角等于零时，它们和转向驱动后车轮组成叉车的行驶系统，使叉车能够完成仓库内外的搬运作业。当左、右前车轮方向角等于+β和-β时，它们和转向角为90度的驱动后车轮，组成叉车的回转系统，使叉车能够原地回转360度，得以完成在高货架狭窄巷道仓库中的四向堆垛作业；并且还能避免叉车在狭窄巷道中倒车驾驶的困难。本发明公开为该叉车所制定的作业方法，可以提高作业效率，避免车轮磨损和能量浪费现象发生。

1.  一种具有回转系统的前移式叉车，由车架(1)、驾驶室(2)、可前移的举升门架(3)、货叉(4)、货箱(10)、转向驱动后车轮(5)、左右前支腿(7)和(9)、左右前车轮(6)和(8)组成；其特征在于：左、右前车轮(6)和(8)有两种定位模式：一种是两个前车轮(6)和(8)的方向角均等于零，与转向驱动后车轮(5)组成叉车的行驶系统的定位模式；另一种是左、右前车轮(6)和(8)的方向角分别等于+β或-β，与转向角呈90度的驱动后车轮(5)，组成叉车的回转系统的定位模式；其中，β＝tan^-1(c/2(a+b-R))；式中：c是轮距；b是轴距；a是叉车后端至后轮(5)中心的距离；R是叉车的轮廓圆(12)的半径；两个前车轮(6)和(8)与呈90度转向角的后驱动车轮(5)一起，组成叉车的回转系统。

2.  根据权利要求1所述的前移式叉车，其特征在于：两个前车轮(6)或(8)均采用双轮并列结构，其车轮轴(16)、车轮架(17)、梨形板(20)固定在滚动轴承(18)的内圈上；滚动轴承的外圈与齿扇板(19)一起，固定在支腿(7)或(9)的面板之下；在梨形板(20)的后端，垂直安装着由驱动齿轮(21)、齿轮减速箱(22)和电动机(23)组成的车轮方向角变位驱动机构；以及由失电制动器(24)组成的车轮方向角定位机构。

3.  根据权利要求2所述的前移式叉车，其特征在于：当两个前车轮(6)和(8)处于行驶定位位置时，驾驶员接通电动机(23)的顺时针旋转电源，同时接通失电制动器(24)电源，使其释放制动，随即电动机(23)通过齿轮减速箱(22)，驱动齿轮(21)旋转，并带动梨形板(20)，车轮支架(17)和前车轮(6)和(8)向增大方向角方向转动，直到等于β或-β时，限位挡块(25)与限位开关(26)接触，切断电动机(23)电源，失电制动器(24)制动；于是前车轮(6)和(8)固定在回转定位位置；反之，当两个前车轮(6)和(8)处于回转定位位置时，驾驶员接通电动机(23)的逆时针旋转电源，同时接通失电制动器(24)电源，释放制动，随即电动机(23)通过齿轮减速箱(22)，驱动齿轮(21)旋转，并带动梨形板(20)，车轮支架(17)和前车轮(6)和(8)，向减小方向角方向转动，直到等于零时，限位挡块(27)与限位开关(28)接触，切断电动机(23)电源，失电制动器(24)生效；使前车轮(6)和(8)固定在行驶定位位置。

4.  根据权利要求1所述的前移式叉车，其特征在于：蓄电池箱(8)布置在驾驶室(2)的地板下面。

5.  根据权利要求1所述的前移式叉车，其特征在于：包括车架(1)、驾驶室(2)、货叉(4)、转向驱动后车轮(5)、左右前支腿(7)和(9)、左右前车轮(6)和(8)，以及货箱(10)在内的全部叉车构件，都包含在直径为2R的轮廓圆(12)的范围之内；其中支腿(7)和(9)部位的宽度，比叉车轮廓圆(12)的直径约小10厘米。

6.  根据权利要求1所述的前移式叉车的驾驶作业方法，其特征在于：a.在开始搬运作业之前，驾驶员将两个前车轮(6)和(8)置于行驶定位模式；b.驾驶叉车驶入狭窄巷道时，依靠中激光笔(15)射出的光点，对准巷道中心线；依靠左、右激光笔(13)或(14)射出的光点，对准货位中心线，用以确定堆垛作业的停车位置；c.将两个前车轮(6)和(8)置于回转定位模式后，将转向驱动车轮(5)转到90度方向角的位置，回转叉车，使货叉中激光笔(15)射出的光点，对准货位，进行堆垛作业；d.完成堆垛作业后，继续回转叉车，当叉车前方中激光笔(15)射出的光点，对准驶出巷道中心线时，将两个前车轮(6)和(8)置于行驶定位模式，叉车以前进方向驶出巷道；e.当叉车在坡道上驻车时，驾驶员将两个前车轮(6)和(8)置于回转定位模式，将转向驱动车轮(5)转到方向角为零度位置，可增强转向驱动车轮(5)的停车制动器的作用。

具有回转系统的前移式叉车及其作业方法
技术领域
本发明公开涉及工业电动车辆中的一种前移式叉车的改进；是为高货架狭窄巷道仓库提供的一种新型物流机械。
背景技术
当代物流业，为提高仓库空间利用率和降低仓储运输成本费用，大力发展了高货架狭窄巷道仓库，以及对应的仓储搬运堆垛机械。
现有前移式叉车，在搬运货箱进入货架之间的巷道时，需做90度转弯运动；使货叉面对货架的货位，才能继而完成堆垛作业。因此，叉车的90度转弯宽度，是局限它进入狭窄巷道去完成堆垛作业的条件(见图7)。
美国US6866113，世界WO2008141836等专利提出了具有横向行驶系统的叉车，或称四向行驶前移式叉车。这些叉车的车轮，可以同时转向90度，使叉车不需转弯，就能够直接横向驶入货架之间的巷道，去完成货叉所面对货架的堆垛作业。
德国DE20114962、及欧洲EP0712805等专利提出了全部车轮都是转向轮的万向行驶前移式叉车。它除了可以横向驶入狭窄巷道之外，原则上可以向任意方向，完成各种不同轨迹的运动。但是，实际运行中，各个车轮的转向角，必须同时满足阿克曼(Ackermann)车辆转向运动学的条件：即车辆的各车轮必须围绕同一个瞬时回转中心旋转；否则将引起轮胎与地面之间的滑移、磨损以及驱动能量的白白浪费。因此，这种叉车，在各个转向车轮之间，必需配备机械或计算机控制的联动系统。目前，四向行驶和万向行驶前移式叉车，在长物料货场或仓库中得到较多的应用。
在高货架狭窄巷道仓库中得到实际应用的有欧洲EP1844684，英国GB2399062等发明专利提出的前轮门架回转式三向堆垛叉车，亦称铰接式叉车。它的驾驶室车体与前轮架之间靠垂直铰轴联接。前轮架、门架及货叉一起，可向左或向右偏转90度，完成三方货架的堆垛作业。门架回转式三向堆垛叉车可在窄巷道中完成堆垛作业；不过，它的90度转弯宽度并不小，因此，仓库的干巷道宽度不能狭窄。
目前，在高货架狭窄巷道仓库中得到较普遍应用的有美国US3659733、US5599155欧洲EP1258451、EP1698584、EP1844684，等发明专利提出的货叉回转式三向堆垛叉车。这类叉车在狭窄巷道中，依靠装在门架上的货叉回转机构，使货叉伸向左、右或前方向货架，完成货物的堆垛作业。货叉回转式堆垛叉车能在非常狭窄巷道中完成堆垛作业；不过，由于车身比较长，要求主巷道有较大的宽度。
以上两种三向堆垛叉车的优点是可以在狭窄巷道中完成三向堆垛作业；缺点是出于堆垛作业时的稳定性的要求，这两类叉车的自重都很大。因而，产品的耗材高，价格昂贵，作业能量消耗和运输成本也都有所相应增加。
发明内容
以上背景技术描述中所提到的三向堆垛叉车的耗材与耗能；全轮转向叉车的操纵系统的复杂；以及现有前移式叉车不能在狭窄巷道中完成三向堆垛作业等等，是本发明亟需解决的技术问题。
本发明公开保留现有前移式叉车在搬运作业时的，由一个转向驱动后车轮，和两个方向角等于零的前车轮组成的行驶系统(见图1)。驾驶员控制转向驱动车轮的转向角和转速，即可控制叉车的行驶方向和速度。
为了使叉车能够在尽可能狭窄的巷道中完成回转运动，一方面，包括货箱在内的叉车整体，应该设计布置在一个尽可能小的轮廓圆的范围之内；另一方面，它的左、右前车轮，应该分别固定在方向角为+β或-β的位置(见图2)；其中，方向角的β值，是根据叉车回转中心与叉车轮廓圆圆心相重合的条件而确定的，即
β＝tan^-1(c/2(a+b-R))；
式中：c是轮距；b是轴距；a是叉车后端至后轮中心的距离；R是叉车的轮廓圆半径。此时，驾驶员将后驱动车轮，置于90度方向角的位置，即可控制叉车原地回转的速度和角度。
综上所述，本发明公开提出的叉车的两个前车轮，有两种方向角定位位置：一种称作行驶定位位置，即两个承载车轮方向角等于零的位置，叉车在搬运作业时采用这种定位位置。另一种称作回转定位位置，即左、右前车轮的方向角等于+β或-β的位置，叉车在堆垛作业时采用这种定位位置。两个前车轮上，都装有受驾驶员控制的，改变方位角的驱动装置和定位装置。
叉车无论在行驶定位位置，或回转定位位置运行，它的三个车轮都只围绕一个回转中心运动。此外，本发明制定的作业方法还规定，只在停车状态下进行定位位置的转换，因此，无论在运行过程，或者定位位置的转换过程中，都不会有背离阿克曼条件的问题发生。
本发明公开中的两个前承载车轮，采用的是双轮并列结构；每个车轮与地面的接触点到滚动轴承回转中心线之间，有主销偏距s；它有利于在车轮方向角改变过程中，减少轮胎与地面之间的摩擦。此外，并列双轮结构有利于降低支腿的高度和叉车的重心。
本发明公开提出的具有回转系统的前移式叉车，能在狭窄巷道中完成堆垛作业后，掉头原路正向驶出，避免了驾驶员在狭窄巷道中倒车驾驶的困难。这样，对于一些小型仓库，可以将原来在狭窄巷道两端设置两条干通道的做法，改为只在狭窄巷道一端或中间设置干通道，达到节约空间的目的。
具有回转系统的前移式叉车，与现有三向堆垛叉车相比，巷道作业宽度略大；但是，有产品自重轻、价格低、材耗少、能耗低等一系列优点。
附图说明
图1是本发明前移式叉车，两个前车轮在行驶定位位置的俯视图；
图2是本发明前移式叉车，两个前车轮在回转定位位置的俯视图；
图3是承载车轮的正视图；
图4是承载车轮的剖视图；
图5是左前轮在行驶定位位置的俯视图；
图6是左前轮在回转定位位置的俯视图；
图7是现有前移式叉车的90度转弯宽度和360度回转宽度示意图。
具体实施方式
由图1可见，本发明前移式叉车由车架1、驾驶室2、可前移的举升门架3、货叉4、转向驱动后车轮5，左、右前车轮6和8，左、右前支腿7和9，货箱10等组成。它的两个前车轮6和8，有两种定位模式，一种是两个车轮正对前方，即方向角等于零的行驶系统定位模式；它们与转向驱动后车轮5组成叉车的行驶系统；驾驶员控制转向驱动车轮的转速和转向角，即可控制叉车的行驶速度和方向。
由图2可见，当左、右前车轮6和8，分别固定在方向角为+β或-β的位置时，称为回转定位方式；它们与转向驱动后车轮5一起组成叉车的回转系统。驾驶员将转向驱动后车轮5转到与叉车前进方向呈90度角的位置；控制转向驱动车轮的转速，即可控制叉车整机的回转速度和角度。
由图3、4可见，左右前车轮6和8，均采用双轮并列结构。车轮轴16和车轮支架17都固定在滚动轴承18的内圈上。滚动轴承18的外圈，齿扇板19都固定在支腿7的面板之下。在车轮支架的中部安装着梨形板20；在板的一端，垂直安装着驱动齿轮21、齿轮减速箱22、变位电动机23和失电制动器24组成的车轮方向角的变位及定位机构。
图5是左前车轮在行驶定位位置时的俯视图。此时，若要求车轮转换到回转定位位置，应接通使电动机23的顺时针旋转电源，失电制动器24当即释放制动，电动机通过齿轮减速箱22驱动齿轮21旋转，并带动梨形板20，车轮支架17和车轮6向增大方向角的方向旋转；直到车轮方向角等于β，限位挡块25与限位开关26接触，切断电动机23电源，失电制动器24生效；于是车轮固定在回转定位位置。
图6是左前车轮在回转定位位置时的俯视图。此时，若要求车轮转换到回转定位位置，应接通使电动机23的逆时针旋转电源，失电制动器24当即释放制动，电动机通过齿轮减速箱22驱动齿轮21旋转，并带动梨形板20、车轮支架17和车轮6向减小方向角的方向旋转；直到车轮方向角等于O，限位挡块27与限位开关28接触，切断电动机23电源，失电制动器24生效；于是车轮固定于行驶定位位置。
本发明为了减小整车的长度，缩小它的轮廓圆直径12，将原本布置在举升门架后侧的蓄电池箱11，改在驾驶室2的下部，这使整车重心后移并下降，叉车的稳定性得以提高。
为了增加叉车在狭窄巷道中行驶时，叉车轮廓与货架之间的间隙，叉车支腿7和9部位的宽度比叉车轮廓圆12的直径约小10厘米。
本发明为提出的前移式叉车制定的驾驶作业方法是：a.在开始搬运作业之前，驾驶员将两个前车轮6和8置于行驶定位模式；b.驾驶叉车驶入狭窄巷道时，依靠中激光笔15射出的光点，对准巷道中心线；依靠左、右激光笔13或14射出的光点，对准货位中心线，用以确定堆垛作业的停车位置；c.将两个前车轮6和8置于回转定位模式后，将转向驱动车轮5转到90度方向角的位置，回转叉车，使货叉对准货位，进行堆垛作业；d.完成堆垛作业后，继续回转叉车，当叉车前方中激光笔15射出的光点，对准巷道中心线时，将两个前车轮6和8置于行驶定位模式，叉车以前进方向驶出巷道；e.当叉车在坡道上驻车时，驾驶员将两个前车轮6和8置于回转定位模式，将转向驱动车轮5转到方向角为零度位置，可增强转向驱动车轮5的停车制动器的作用。