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約翰。迪爾（佳木斯）農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，主要生產(chǎn)聯(lián)合收割機(jī)，為符合工廠環(huán)保要求，車間內(nèi)運(yùn)行的所有生產(chǎn)運(yùn)輸車輛（叉車，牽引車）全部要求電瓶動(dòng)力，并且因工廠面積有限，其內(nèi)部各車間的 物料架與物流車輛通行道路設(shè)計(jì)運(yùn)行空間十分緊湊，叉車需要在狹小范圍內(nèi)完成裝載、轉(zhuǎn)向、擺正等動(dòng)作。

1。問(wèn)題描述

基于以上要求，車間內(nèi)大量使用小型電瓶叉車作為物流運(yùn)輸車輛，其中FB25-7型 2.5T電瓶車占物流運(yùn)輸車輛總數(shù)的16％，此車型的EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳動(dòng)用滾珠絲杠使用周期僅有3個(gè)月－5個(gè)月，每次維修需要4小時(shí)左右，并花費(fèi)包括備件費(fèi)用，人工費(fèi)用在內(nèi)的近7千元人民幣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高。

2。原有結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向部分由EPS電控系統(tǒng)控制直流電機(jī)，經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，絲母旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，絲杠聯(lián)接三聯(lián)板，控制后輪轉(zhuǎn)向；EPS系統(tǒng)通過(guò)以方向盤轉(zhuǎn)角控制的電位器，輸出控制信號(hào)，經(jīng)由同時(shí)安裝在三聯(lián)板上的轉(zhuǎn)向力矩反饋桿，做出反饋動(dòng)作，構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，由于滾珠絲杠的高傳遞效率，及相關(guān)的力矩的反饋功能，轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤幾乎無(wú)感，操作非常省力。

此閉環(huán)系統(tǒng)原理上可行，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)后輪已轉(zhuǎn)至機(jī)械極限位置，輪轂已碰到頂絲后，EPS系統(tǒng)依然控制電機(jī)在輸出力矩。詳細(xì)分析其原理后，發(fā)現(xiàn)在EPS電控的閉環(huán)系統(tǒng)中，只控制了轉(zhuǎn)向信號(hào)與電機(jī)輸出，沒(méi)有極限位置的輸出限定，這必然導(dǎo)致當(dāng)機(jī)械到達(dá)極限位置后，系統(tǒng)仍然會(huì)繼續(xù)有輸出，絲杠會(huì)頂死，而且當(dāng)快速打舵時(shí)，絲母快速旋轉(zhuǎn)中突然因絲桿到位而被卡死，會(huì)給滾珠絲杠造成很大的沖擊，加速絲杠的損壞，最常見(jiàn)的失效形式是卡死狀態(tài)時(shí)，鋼珠因突然停止循環(huán)，而使回珠器被鋼珠頂壞，珠粒破損，絲杠報(bào)廢。

3。改進(jìn)方案

曾就此問(wèn)題與廠家技術(shù)人員進(jìn)行過(guò)溝通，探討是否可以將EPS電子轉(zhuǎn)向改為橫置油缸形式，或是改進(jìn)其控制電路，但因?yàn)榇塑囆蛢?nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分緊湊，沒(méi)有空間配備額外的液壓元件或是其它的安裝固定結(jié)構(gòu)，而且廠家也不提供改進(jìn)電路的技術(shù)支持。

最終決定廠內(nèi)自行對(duì)EPS電路進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過(guò)分析，共制訂了2套方案：

（1）控制主回路：設(shè)計(jì)附加的控制電路，當(dāng)正向打舵到極限位置時(shí)，通過(guò)擋塊，用接近開(kāi)關(guān)控制附加電路，斷開(kāi)電機(jī)的正向電流而不斷開(kāi)反向電流，從而避免打死舵，而又不會(huì)影響到回舵；

（2）控制EPS系統(tǒng)輸入信號(hào)電壓：將原來(lái)由方向盤控制電位器，調(diào)節(jié)EPS信號(hào)電壓的方式，改為附加的電路輔助控制，當(dāng)處于極限位置時(shí)，由附加電路直接給EPS系統(tǒng)輸入一個(gè)基準(zhǔn)0位電壓，使EPS的電機(jī)輸出為0。

4。方案分析

控制主回路的方案中，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如果后輪懸空試驗(yàn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的，但后輪著地，正常使用時(shí)，打舵到極限位置后，后輪會(huì)小幅度的來(lái)回?cái)[動(dòng)，反帶動(dòng)方向盤擺動(dòng)，可能會(huì)對(duì)操作者造成傷害，同時(shí)控制繼電器也在快速的吸合、斷開(kāi)，而主電路中有近20A的電流要斷開(kāi)，試運(yùn)行一天后繼電器即損壞。究其原因?yàn)樵嚨牧胤答佅到y(tǒng)中，結(jié)構(gòu)尺寸鏈中三個(gè)球頭共有近15mm的間隙，以及橡膠輪胎的回彈性：當(dāng)接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，電機(jī)失電，因?yàn)檩喬セ貜?，就?huì)反過(guò)來(lái)帶動(dòng)反饋系統(tǒng)動(dòng)作，擋塊返回，進(jìn)而電路恢復(fù)，電機(jī)再得電，接近開(kāi)關(guān)再動(dòng)作，電機(jī)失電，循環(huán)往復(fù)，造成上述現(xiàn)象。

后改為控制EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向信號(hào)電位器，此電位器總阻值5K歐姆，控制EPS輸出，兩端點(diǎn)電壓5V，當(dāng)其處于中間位置，中線電壓2.5V時(shí)，EPS輸出為0，左右偏轉(zhuǎn)大小控制EPS輸出電流大小，因此可以給出一個(gè)2.5V的電壓基準(zhǔn)，當(dāng)打舵到極限位置時(shí)，將中線的電壓強(qiáng)制定為2.5V，從而使EPS輸出為0，查閱說(shuō)明書得知，電壓的誤差允許值為±0.4V，為滿電壓的16％，現(xiàn)用2只常用5％誤差的50K金屬膜電阻串聯(lián)取中點(diǎn)電壓，實(shí)際電壓誤差為10％，小于系統(tǒng)允許誤差。仍用接近開(kāi)關(guān)控制繼電器的方式。試運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)此方案可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，并且以弱電控制強(qiáng)電，在電路的電氣元件參數(shù)及體積上都有減少，便于安裝。

5。改進(jìn)結(jié)果

通過(guò)以上改進(jìn)，因避免了對(duì)絲杠的沖擊，可使EPS系統(tǒng)的滾珠絲杠的使用壽命大大延長(zhǎng)，降低FB25-7型電瓶叉車的故障率，減少維修時(shí)間及維修費(fèi)用，使其更好的滿足生產(chǎn)需求。