叉车防磁设计研究

朱海锋　洪悦　韦丽花

摘  要：本文分析了强磁场工况对叉车作业的影响，针对强磁场影响提出叉车防磁设计方法与技术方案。实践证明通过有效的防磁方案设计，可消除或者减弱环境磁场对叉车的影响，使叉车完全适应电解铝强磁辐射工况。

关键词：叉车;磁场;屏蔽;搬运

中图分类号：TH122    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

0 引言

叉车作为重要的物料搬运设备在工业生产中被大量使用，满足了不同行业的使用要求。由于不同行业工况环境差异较大，因此工况环境车辆的性能、可靠性等会产生不同程度的影响。电解铝、电解铜行业是工业生产的重要行业，其生产模式与普通的行业相比存在较大的差异。在电解生产过程中，电解槽中发生强烈的电化学反应，强大的电流在车间内产生强大的磁场。叉车在电解车间内进行辅助物料的搬运作业时，发动机、电气线路、液压系统等部件很容易受到强磁场的影响，导致叉车无法进行正常搬运作业。

1 电解铝车间强磁场的产生

电解铝工厂具有复杂的电力网络，流动的电流在周围的空间产生复杂的空间磁场。电解铝车间电源为工频高压电压电源，通过变压器降压，形成低压工频电流，工频的电流产生工频的电磁场。电解槽需要的电流通过整流器整流后，变成直流电。直流电在母线上传输和电化学反应的过程中均产生强大的磁场，强大的磁场分布在电解车间内部，磁场强度高达1000～3000高斯。电解铝车间磁场产生示意图1所示。

2 电解铝车间强磁场对叉车的影响

电解铝车间一般使用内燃叉车，伴有少量的电动叉车产品。其主要是进行电解辅助材料的搬运。

2.1 交变磁场对叉车的影响

内燃叉车上发动机ECU、仪表、电动叉车控制器等设备均为电子设備，控制部件之间的通讯方式一般使用CAN通讯。高频的交变电磁场通常会对CAN通讯产生干扰作用。在电解铝工厂，电源频率50赫兹，频率较低，对车辆影响不大。

2.2 静电场、磁场对叉车的影响

电解铝车间内，磁场的强度高达1000～3000高斯左右，对叉车的影响起主要作用。

（1）磁化：因叉车大部分零部件采用钢铁作为原材料，叉车进入磁场后，整车被快速磁化，变成一个大磁铁。如图2所示，车辆通过直流母线电缆上方时，存在整车被磁化的情况。发动机飞轮、曲轴、活塞、齿轮等运动部件，均被磁化为磁性，相互吸引，导致发动机运动阻力变大，导致怠速运行熄火故障。（2）影响继电器的正常闭合：启动继电器和启动机电磁开关受到磁场的影响，经常出现无法吸合到位，导致无法启动，触点发生烧蚀。有时启动继电器能够正常吸合到位，但因发动机被磁化，启动机的负荷增大，转速达不到发动机压燃需要的转速，无法正常启动，需多次启动后发动机才能启动。频繁的启动导致启动机的故障率高。（3）磁场干扰仪表的正常显示：叉车上的仪表通常使用磁动式仪表或者步进电机仪表，强大的空间磁场侵入仪表内部，与仪表内部的磁场发生作用，导致仪表不准确。（4）影响到传感器的正常工作。内燃叉车上常使用霍尔式油位传感器，电动叉车的牵引电机和泵电机常使用霍尔式转速传感器，这些传感器本身具有弱磁场。车辆进入强磁环境后，强磁穿透非金属传感器的外壳，直接与传感器内部的磁场发生作用，导致感应的信号不准确，车辆发生故障。（5）在电气系统产生寄生电压。车辆运行时，车架线束切割磁感线，根据电磁感应定律E=B×L×V，导体两端产生电动势差，寄生在电器线路上，对通讯回路和传感器回路产生影响。

根据上述分析和实际的使用经验，普通的叉车在电解铝强磁辐射车间内作业，通常会发生熄火抛锚、无法重新启动、起动机故障率高、仪表显示失灵等问题，需要对车辆进行防磁设计。

3 电磁屏蔽原理

电磁屏蔽就是以金属隔离来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防治静电场和恒定磁场的影响，另一类是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。屏蔽保护的主要原理是采用屏蔽装置改变磁场和电场的走向，降低电磁敏感部件附近的磁场强度，减少电磁场对其影响，如图3所示。

4 叉车防磁屏蔽设计方法

4.1 以防止静磁场作为设计的重点

因电解铝车间内电磁场强度高达1000～3000高斯，要完全消除磁场在车辆上的穿越很难实现。在设计中重点对关键部位进行防磁保护，采用屏蔽设计减少磁场对敏感部件的影响，同时通过屏蔽设计引导磁场的走向，避开敏感部件，达到降低磁场影响的目的。

4.2 防磁材料的选择

屏蔽材料一般采用高导磁的材料，高导磁材料具有的低磁阻对磁通起着分路的作用，使屏蔽体内部的磁场大为减弱。一般采用冷轧钢板作为防磁材料，在磁场强度特别大的情况下，选择导磁性能更好的硅钢材料作为屏蔽层，取得更好的防磁效果。

4.3 防磁屏蔽密封性

叉车的外形尺寸较大，驱动桥、转向桥、门架、液压管路等系统在车辆的外部，进行整车的防磁屏蔽设计难度大。磁场能从缝隙穿入发动机舱内部，对车辆产生干扰作用。因此需要分析作业场所的电磁分布情况，了解母线位置、电解槽的位置，对车辆进行相应部位的进行防磁设计。一般情况下，需对车辆的底部、前部、后部进行屏蔽设计。电解铝车间的大电流母线电缆一般布置在地板下方，产生向上的强大磁场。因叉车的离地间隙小，受到来自地面的强磁干扰最严重。因电解铝车间的环境温度相对较高，进行屏蔽设计时需预留合适的空气流动间隙，满足整机散热的要求。屏蔽层与车体焊接在一起，形成闭合的磁路和电路。车架底部、前、后部位的防磁板引导磁场从车体走，穿过发动机舱的磁场强度大大降低，降低了磁场对发动机舱内部零部件及敏感电气元件的影响。如图4所示。

车辆的发动机罩一般采用铁板冲压成型，具有良好的电磁防护性能。采用玻璃钢、塑料等非金属材料的发动机罩无法实现磁场的屏蔽。金属发动机罩边缘与车体的距离尽可能接近，机罩与车体之间的连接采用金属的锁扣，形成金属连接的闭合磁路，使屏蔽达到良好的效果。

4.4 防磁屏蔽层机械强度设计

车辆采用高导磁性的硅钢片或者其他高导磁率的材料，厚度一般很薄，机械强度较弱，无法承担大面积的重量。叉车结构一般为刚性悬挂，无减震的措施，车辆作业路况复杂，振动大，容易导致硅钢片断裂。硅钢片的下部需要采用冷轧钢板进行支撑，如图5所示：

冷轧钢板具有良好的机械性能和防磁功能，可以支承上層硅钢片的重量，起保护作用，防止车辆通过颠簸路面时，振动过大，导致硅钢片断裂情况，同时避免路面异物刮碰防磁层。

4.5 静电释放设计

车辆在磁场中进行搬运作业时，车辆如一个大导体切割磁感线，车身两侧或者前后会产生电位差，需要对静电进行释放。一般的处理方法为在车辆的尾部安装一根铜导体，一端固定在车上，另外一端拖在地板上。运动时车辆产生的静电可以通过静电释放带向大地进行释放。

4.6 电器集中控制盒防磁设计

电器集中控制盒在车辆上处于控制中心的作用，内部的继电器容易受到强磁场的影响，需要进行加强型的防磁设计。设计一般使用3～6mm冷轧钢板制造屏蔽盒，屏蔽盒上设计线束穿孔时，孔径要尽量小，与线束匹配即可。防止空间磁场从出线孔穿入控制盒内，影响内部电气元件的正常工作，导致车辆出现故障。集中控制盒防磁罩设计如图6所示：

（1、集中控制盒安装板;2、集中控制盒;3、集中控制盒屏蔽罩;4、屏蔽罩穿线孔）

安装防磁屏蔽罩后，从集中控制盒周围穿过的磁场，大部分被防磁屏蔽罩分流，集中控制盒内部的磁场强度大大减弱，基本上消除外部磁场对电气集中控制盒的影响。

4.7 电动叉车电机防磁设计

强磁对电机的影响主要是对编码器的影响，可以选择速度传感器内置的电机，利用电机铁外壳进行防磁或者设计转速传感器屏蔽罩，对电机进行传感器屏蔽保护作用，减弱环境磁场对电机转速传感器的影响。

5 结论

按照上述方法设计的叉车，通过强磁工况测试应用，具有良好的防磁效果，能够适应电解铝行业强磁辐射工况。车辆在强磁辐射车间工作时，不发生熄火，无法启动等问题，使起动机的故障率大大降低。

参考文献

[1] 刘慧云，黄仁果，刘念.铝电解槽磁场对人的伤害浅谈[J].科学技术与应用，2009（4）：169-170+149.

Research on Anti Magnetism Design of Forklift

ZHU Haifeng， HONG Yue， WEI Lihua

（Liuzhou Liugong Forklift Co.， Ltd， Liuzhou  Guangxi  545007）

Abstract： This paper analyzes the main influence of strong magnetic field on forklift operation， and puts forward the anti magnetic design method and technical scheme for forklift. Through effective antimagnetic scheme design， the influence of environmental magnetic field on forklift can be eliminated or weakened， so that the forklift can fully adapt to the strong magnetic radiation condition of electrolytic aluminum.

Keywords： Forklift; Magnetic field; Shielding; Handling