方金順 鄧國(guó)成

FANG Jin-shun et al

龍巖暢豐專用汽車有限公司 福建龍巖 364000

1 前言

電動(dòng)汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而被國(guó)家大力扶持，但由于電池充電慢、充電站建設(shè)占地面積大等系列瓶頸，發(fā)展較為緩慢。近年來(lái)，將單純的充電站升級(jí)為具有換電池和插充雙重功能換電站的技術(shù)路線引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。充換電站能夠提供電池充電和換電池兩種服務(wù)，即對(duì)接了目前國(guó)內(nèi)整車購(gòu)買和電池租賃這兩種主要的電動(dòng)汽車銷售模式，增加了充換電站的目標(biāo)客戶群體，增強(qiáng)了其地域適應(yīng)性[1]。

換電倉(cāng)運(yùn)輸車是《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品（第232批）》公告產(chǎn)品，專用于換電站與集中充放站之間換電倉(cāng)的運(yùn)輸，換電倉(cāng)運(yùn)輸車工作示意如圖1所示。換電倉(cāng)運(yùn)輸車在換電站必須與換電站的換電倉(cāng)周轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行接駁作業(yè)，實(shí)現(xiàn)換電倉(cāng)裝卸。其接駁功能由運(yùn)輸車與周轉(zhuǎn)平臺(tái)定位對(duì)接裝置、車廂地板升降裝置和換電倉(cāng)裝卸驅(qū)動(dòng)裝置等三個(gè)裝置共同完成。

2 實(shí)現(xiàn)接駁功能的關(guān)鍵裝置

2.1 定位對(duì)接裝置

由于換電站內(nèi)周轉(zhuǎn)平臺(tái)是固定安裝的，因此換電倉(cāng)運(yùn)輸車需以周轉(zhuǎn)平臺(tái)為基準(zhǔn)，保證兩者的中心偏差小于±20 mm。定位時(shí)，可通過(guò)在地面車輪位設(shè)置修正臺(tái)，分別調(diào)整前后輪的位置，以精確擺正換電倉(cāng)運(yùn)輸車裝卸車時(shí)的位置。修正臺(tái)采用伺服或變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)節(jié)速度可設(shè)為定值，也可在線時(shí)調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)200 mm，并在頂棚懸掛攝像頭，可目測(cè)對(duì)接偏差。定位對(duì)接裝置原理如圖2所示。

2.2 車廂地板升降裝置

運(yùn)輸車的車廂平臺(tái)放置電池倉(cāng)區(qū)域內(nèi)布置有萬(wàn)向輪地板升降裝置，裝置的升降行程為50 mm。升降裝置采用油缸驅(qū)動(dòng)桁架機(jī)構(gòu)，并在桁架機(jī)構(gòu)上固定萬(wàn)向輪群。四個(gè)油缸與桁架連接，驅(qū)動(dòng)桁架上下升降。油缸活塞桿伸出時(shí)，桁架與萬(wàn)向輪群平面升起，供電池倉(cāng)移動(dòng)。完成電池倉(cāng)與周轉(zhuǎn)平臺(tái)交換作業(yè)后，油缸活塞桿退回，萬(wàn)向輪群平面降下，電池倉(cāng)回落到車廂平臺(tái)地板上，車廂地板升降裝置原理如圖3所示。萬(wàn)向輪采用三條四組導(dǎo)向輪排（后部設(shè)錐形導(dǎo)向）組成兩個(gè)導(dǎo)向槽的布置方式，確保電池倉(cāng)縱向移動(dòng)軌跡偏差不大于±2 mm，萬(wàn)向輪布置方案如圖4所示。

2.3 裝卸驅(qū)動(dòng)裝置

裝卸驅(qū)動(dòng)裝置是一套單自由度液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，具有推拉功能，機(jī)械手爪具有對(duì)電池倉(cāng)的抓、放功能，該機(jī)械手可把電池倉(cāng)末端送出和收入車尾邊緣。機(jī)械手推拉行程約為350 mm，推拉速度為50 mm/s。周轉(zhuǎn)平臺(tái)補(bǔ)充設(shè)計(jì)了向上壓緊的動(dòng)力滾輪，可提供約490 N的恒定摩擦力，且不受質(zhì)心位置影響。裝卸驅(qū)動(dòng)裝置原理如圖5所示。

3 換電倉(cāng)運(yùn)輸車接駁功能裝置的試制

基于上述接駁功能方案，試制了一套接駁裝置，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)該方案進(jìn)行完善。

3.1 接駁過(guò)程缺陷的消除

車廂地板靜態(tài)已調(diào)平，但液壓機(jī)械手爪推出電池倉(cāng)與動(dòng)力滾輪接駁過(guò)程時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡滯、晃動(dòng)、噪聲大的現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的同步閥串接四缸同步回路的四個(gè)油缸時(shí)，存在不同步現(xiàn)象，當(dāng)極限誤差反應(yīng)在A、D兩缸時(shí)，電池倉(cāng)底座兩側(cè)高低差值為6 mm，從而導(dǎo)致裝卸時(shí)出現(xiàn)卡滯、晃動(dòng)、噪聲大的現(xiàn)象。兩缸極限誤差示意如圖6所示。

將系統(tǒng)改用并聯(lián)四缸同步回路，同步誤差理論值 δ+(－δ)+δ+(－δ)=0。經(jīng)100次接駁作業(yè)，測(cè)得實(shí)際電池倉(cāng)底座兩側(cè)高低差值為3 mm，從而保證了接駁過(guò)程平穩(wěn)，噪聲也明顯減小。并聯(lián)四缸同步回路如圖7所示[2]。

3.2 控制系統(tǒng)人機(jī)界面的改進(jìn)

接駁作業(yè)時(shí)，需要完成地板升降、液壓機(jī)械手爪推出及收回、液壓機(jī)械手爪抓放、車前液壓支腿升降、車后液壓支腿升降等動(dòng)作，控制面板上需布置16個(gè)按鈕，如圖8所示，操作繁瑣且連貫性差。故考慮采用雙向自復(fù)位旋鈕開(kāi)關(guān)取代單點(diǎn)單動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，控制面板如圖9所示，每個(gè)操作流程可分別減少10 s。

3.3 電池倉(cāng)移動(dòng)線速度的驗(yàn)證

電池倉(cāng)移動(dòng)時(shí)的動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)不同的動(dòng)力源，即動(dòng)力滾輪和周轉(zhuǎn)平臺(tái)滾筒，如圖10所示。周轉(zhuǎn)平臺(tái)滾筒直徑為89 mm，轉(zhuǎn)速為37.55 r/min，電池倉(cāng)移動(dòng)線速度為10.49 m/min，摩擦系數(shù)η=0.1；由于周轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)6組48只滾筒，最大負(fù)載為12 000 kg， 考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速下降的因素，動(dòng)力滾輪設(shè)計(jì)直徑為220 mm，轉(zhuǎn)速為14.67 r/min，線速度為10.14 m/min，摩擦系數(shù)η=0.2。經(jīng)過(guò)100次接駁作業(yè)，測(cè)得電池倉(cāng)移動(dòng)線速度為10～10.10 m/min。

4 結(jié)論

采用方案設(shè)計(jì)的定位對(duì)接裝置、車廂地板升降裝置和換電倉(cāng)裝卸驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)換電倉(cāng)運(yùn)輸車在換電站的接駁功能，一次接駁時(shí)間約245 s。換電倉(cāng)、周轉(zhuǎn)平臺(tái)及換電倉(cāng)運(yùn)輸車的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)研究與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，是電動(dòng)汽車換電技術(shù)路線獲得成功的基礎(chǔ)工作，應(yīng)加速推進(jìn)。

[1] 劉振亞.中國(guó)電力和能源[M].北京:中國(guó)電力出版社,2012.

[2] 徐達(dá),將崇賢.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2008.