电动汽车一步式换电设备行走单元设计分析

毕树国

（沈阳新松机器人自动化股份有限公司物流部，沈阳 110168）

0 引言

中国在粗放式工业化进程中所遭遇的环境污染问题已经到了刻不容缓的需要解决时刻。低碳减排成为政策，环保意识不断提高，绿色交通势在必行。电动汽车的“零排放”让其成为未来交通设想中较为理想的交通工具。

电池不支持快充成为制约电动汽车快速发展的瓶颈，在繁忙的交通网络中迅速的换电系统网络油然而生，这就需要相应的快速、自动、可靠的换电设备。由于土地资源在城市发展中日益紧张，因此一步式换电设备因占地面积小、结构紧凑，目前已经成为主要的换电模式。

本文将对一步式换电设备进行研制介绍，并对行走单元进行设计计算。

1 一步式换电系统整体结构

一步式换电设备是完成对电动汽车电量不足电池与电量充足电池的交换设备，一端与电池充电架对接，另一端与电动汽车对接。

当电动汽车驶入换电指定区域时，换电设备上已经预先准备好了电量充足的电池，且设备已经就绪。换电设备与电动汽车对接、解锁、抽拉，把电量不足的电池从电动汽车上取下，通过旋转把电量充足的电池送回到电动汽车，完成了电池的换电过程。换电设备再与电池充电架对接，把电量不足的电池放入电池充电架进行充电，再把电量充足的电池放入设备，下次换电工作就绪，换电机器人完成操作，回到初始位置，如图1 所示。

图1 电池更换系统简图

2 一步式换电设备行走单元设计

一步式换电设备主要由行走单元、升降倾斜单元、旋转单元、伸叉取送单元和电控系统组成。本文主要是对行走单元进行设计计算［1-2］。

行走单元采用四轮结构，两轮驱动形式，由车架、驱动轮、随动轮、控制柜、供电系统及驱动电机等组成。其中车架是行走单元主体，骨架的作用。

车架采用型材焊接框架，行走单元结构如图2 所示。

2.1 行走电机选择

图2 行走单元结构图

电机减速机选择，主要是选择减速机的减速比，减速机输出扭矩，输出转数，以及电机扭矩和功率的确定［3-4］。

式中：P静为运行静阻力；P摩为运行摩擦阻力；P坡为坡路上运行时须克服的重量分力；P风为室外运行时由风载荷引起的阻力。

由于一步式换电设备在室内水平行走，P坡和P风可以忽略不计。即P静＝P摩。

式中：G为最大承载，G0为自重。

式中：K为滚动摩擦系数；μ为轴承摩擦系数取；d为驱动轴直径；D轮为驱动轮直径；K附为附加摩擦阻力系数。

式中a为加速度。

行走轮转数，即减速机输出转数：

式中v为行走轮速度。

式中S为安全系数。

式中：i为减速机减速比；ηJ为减速机效率。

式中：ηd为伺服电机效率。

2.2 车架计算

车架采用型材焊接［6-8］，两侧行走轮安装面固定，举升安装面施加压力以及自重，然后进行分析，具体结果如图3～图7 所示。

图3 车架受力图

图4 网格图

图5 屈服力图

图6 变形图

图7 安全系数分布图

通过应力分析、变形分析车架完全满足要求。

2.3 整体吊装分析

一步式换电设备整体完全组装完成后，插入式圆柱形吊耳插入侧面的4 个孔，利用吊带进行吊装，分析车体的强度和刚度［9］，如图8～图10。

图8 屈服力图

图9 变形图

图10 安全系数分布图

3 分 析

表1 分析数据表

分析数据见表1。

4 结语

经过分析车架的强度和刚度，行走单元车架完全满足正常使用状态的要求，也完全满足设备在吊装时的要求，能够保证设备安全、稳定、可靠的运行。

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