叉車開式泵控勢能回收舉升系統特性分析

宋雪峰

摘要：叉車舉升裝置能量回收系統，增設回收泵/馬達、回收電機、開關閥，單獨驅動舉升系統。下降過程中，在舉升液壓缸無桿腔油液驅動下，液壓泵/馬達反向驅動伺服電機，使伺服電機工作在發電狀態，從而將貨叉及貨物的重力勢能轉換為電能，存儲到超級電容中。

關鍵詞：叉車;舉升裝置;能量回收;超級電容

引言

現代工作中對貨物起升及搬運裝置的節能環保和環境適應性提出了更高的要求。叉車通常處于兩種狀態——起升下降狀態和運輸狀態。在起升狀態時將燃料的化學能或電能轉換為貨物的勢能，將貨物提升到一定的高度便于裝卸。在下降狀態時貨物緩慢下降，將貨物重量的勢能轉化為工作介質的熱能逐漸消散掉。耗散掉的該勢能如果能再次轉換成電能儲存起來，用于下一次的貨物起升工作循環，有助于節約能源提升環保要求。因此，需要設計一種叉車舉升裝置勢能回收裝置實現貨物下降時貨物重量勢能的再利用。該裝置的研發及大規模使用會提升叉車工作時對能耗的利用率，進一步提升工業生產的節能減排能力，為實現碳中和及碳達峰目標提出了一種方便可行的解決方案。

1工作原理

圖1所示為叉車舉升裝置的工作原理。叉車舉升裝置主要由貨叉、門架、舉升液壓缸、鏈條等構成;在舉升液壓缸的驅動下，鏈條帶動貨叉上下移動，完成貨物的裝卸工作。圖1（a）所示為傳統叉車舉升裝置液壓驅動系統，電動機驅動液壓泵為叉車提供高壓油，經多路閥分配到舉升系統、行走系統和轉向系統。由于多路閥的節流作用，在舉升系統中存在大的能量損失，且不具備能量回收功能，造成大量重力勢能的浪費。圖1（b）所示為所提出的舉升裝置能量回收系統，原有主泵驅動其他回路，增設回收泵/馬達、回收電機、開關閥，單獨驅動舉升系統。超級電容為伺服電機提供能量，伺服電機驅動液壓泵/馬達單獨為舉升系統提供高壓油，避免了多路閥節流作用造成的能量損失。下降過程中，在舉升液壓缸無桿腔油液驅動下，液壓泵/馬達反向驅動伺服電機，使伺服電機工作在發電狀態，從而將貨叉及貨物的重力勢能轉換為電能，存儲到超級電容中。因此，所提系統具有較高的能量效率，可改善叉車續航能力。

2對中裝置液壓系統設計

2.1比例閥控制的對中液壓系統

左右兩側電液換向閥分別控制左右兩側水平對中油缸運動，通過控制電液換向閥動作，實現水平對中油缸快速頂出和快速退后，比例閥工作油口分別連通兩側對中油缸的無桿腔，實現工件對中過程的微調;當電液換向閥④控制對中油缸快速頂出接觸到工件后，水平對中油缸無桿腔壓力逐漸升高，當到達壓力繼電器的設定值時，壓力繼電器發訊，進入工件緩慢對中調整過程;由于電液換向閥控制水平對中油缸的運動速度不可控，壓力繼電器發訊時工件所處位置難以確定，需首先讀取對中油缸位移尺數據，判斷工件偏差方向和偏差位移量，最后通過程序控制比例閥⑦動作，實現工件位置的緩慢微調，最終實現工件到達目標位置;當需要夾持抬起時，電磁換向閥⑥得電動作，控制泵來油同時進入兩側對中油缸無桿腔實現工件夾持。

2.2舉升裝置設計

根據以上分析和技術指標要求設計的舉升裝置，主要包括底座、調平腿、平行四邊形機構、電動缸、升降平臺、翻倒鎖定裝置、起豎鎖定裝置、位置檢測裝置和控制系統。在升降平臺的兩側對稱位置分別布置了一個平行四邊形機構，需要控制系統和位置檢測裝置共同保證電動缸伸縮的同步性，以避免兩側的平行四邊形機構因不同步而產生內應力。

2.3雙泵控制液壓系統

本系統采用雙出軸電機加兩臺同型號液壓泵的控制方式，雙出軸電機驅動可以保證泵的同步轉動。但是使用過程中，由于負載壓力波動會影響液壓泵的內泄，并且電磁閥的換向也不可能到達完全一致，還是會導致較大的誤差?？刂频木燃s為3%。

3液壓系統缺陷分析及改進

從設備工作工況分析可見：當絞龍和刮板取料機構位于中間時，左舉升缸和右舉升缸負載基本相當，左右舉升缸活塞桿伸出一致，絞龍底板左右端均可與地面貼合。當絞龍和刮板取料機構位于左側時，左側油缸負載大于右側油缸負載，由于左右油缸油路相連通，形成局部閉環回路，左側油缸在負載作用下活塞桿局部下落，而右側舉升油缸過度伸出，最終造成絞龍底板傾斜扒糧不凈。從以上分析可知，只要切斷左舉升缸和右舉升缸間形成的閉環回路，消除偏載影響就可排除故障，可以考慮在左舉升缸和右舉升缸前的油路中各增加一個液控單向閥。根據原液壓系統工作原理，仍采用結構緊湊的獨立液壓動力單元，在液壓系統中的左升降缸和右升降缸間各增加一個兩位兩通電磁換向閥，問題得到解決。

結束語

本文作者提出一種開式泵控叉車舉升裝置能量回收系統，對該系統進行了理論和仿真分析。研究結果表明：所提出的能量回收系統在舉升裝置下降初始存在小幅的速度和壓力波動，可基本保證叉車舉升裝置的平穩運行;與傳統系統相比，采用能量回收系統可降低叉車舉升裝置能耗，且貨物質量越大，系統節能效果越好;通過不同貨物質量時系統能量特性分析可知，開式泵控叉車提升裝置能量回收系統的節能效果為23.6%～57.8%。研究結果為后續試驗研究和生產應用奠定了基礎。

參考文獻

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