電動(dòng)叉車勢(shì)能回收液壓系統(tǒng)工作效率分析與實(shí)驗(yàn)

摘要：本文通過對(duì)電動(dòng)叉車勢(shì)能回收液壓系統(tǒng)的工作效率以及具體的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析進(jìn)行講解，講述電動(dòng)叉車勢(shì)能回收液壓系統(tǒng)的先進(jìn)性和可行性。

關(guān)鍵字：電動(dòng)叉車；蓄能器；采集點(diǎn)；勢(shì)能利用

電動(dòng)叉車在車間、倉(cāng)庫(kù)、食品以及制藥和微電子等儀器儀表等要求較高的環(huán)境場(chǎng)合中應(yīng)用的非常廣泛，由于其能量的轉(zhuǎn)換效率較高，噪音很低以及沒有廢氣排放和控制簡(jiǎn)捷這些優(yōu)點(diǎn)使得其逐步的成為了在室內(nèi)進(jìn)行物料搬運(yùn)時(shí)的首選工具。由于叉車其結(jié)構(gòu)的原理以及工作特點(diǎn)決定了其叉車叉駕提升物品的同時(shí)也要將油缸提升來為其提供驅(qū)動(dòng)力，其原理就是由液壓缸提供能量通過液壓能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能來在叉車將物品降下時(shí)釋放出勢(shì)能。這種勢(shì)能在叉車進(jìn)行頻繁工作時(shí)是非?？捎^的。因?yàn)檫@些勢(shì)能是必然出現(xiàn)的，如果不能夠進(jìn)行有效的利用，就會(huì)造成能量的浪費(fèi)還會(huì)出現(xiàn)液壓油溫度提升的情況從而導(dǎo)致系統(tǒng)工作性能也受到影響。所以在叉車的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)必須也要儲(chǔ)能裝置的問題，通過儲(chǔ)存在貨物的下降過程中釋放的勢(shì)能然后在下次的工作周期進(jìn)行重復(fù)利用，可以使能量的利用效率提高，對(duì)油液溫度的升高進(jìn)行減少的成果并且還可以增加系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性、工作可靠性以及安全性。

1.勢(shì)能回收系統(tǒng)的工作原理及效率

對(duì)勢(shì)能的回收主要是通過蓄能器來進(jìn)行的，將蓄能器連接在泵的入口處，將儲(chǔ)存的勢(shì)能在下一次進(jìn)行舉升時(shí)進(jìn)行能量的釋放。其原理可以用圖一來解釋：在進(jìn)行重物提升時(shí)，多路閥9在上位工作而電磁閥12和電磁閥15則分別在下位和右位工作，通過液壓缸對(duì)重物進(jìn)行推動(dòng)提升，并且蓄能器將對(duì)儲(chǔ)存的能量進(jìn)行釋放，同時(shí)提升負(fù)載，與此同時(shí)通過對(duì)泵的進(jìn)出口壓差進(jìn)行減少來降低電動(dòng)機(jī)的負(fù)載達(dá)到節(jié)省能量的效果。在重物下降的同時(shí)，多路閥9在中位或者下位工作，電磁閥12和電磁閥15分別工作在上位和左位，重物就會(huì)將液壓油重新壓回蓄能器，從而蓄能器則對(duì)負(fù)載的勢(shì)能以液壓能的形式進(jìn)行儲(chǔ)存。這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)：由于該系統(tǒng)是由原有的起升系統(tǒng)基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)的，所以在電磁閥全部關(guān)閉的時(shí)候，其與原來叉車一樣的起升系統(tǒng)功能仍然可以使用，叉車還是可以進(jìn)行正常的舉升和放下動(dòng)作。其蓄能器只是附加在原有叉車上的一個(gè)能量回收和再利用附件，所以在進(jìn)行節(jié)能時(shí)，也可以利用手動(dòng)操作進(jìn)行閥換向，從而可以避免出現(xiàn)貨叉下降過慢或者貨叉重物太輕而產(chǎn)生的下不來情況。

2.實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)

針對(duì)勢(shì)能回收系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)研究，選用了一個(gè)比較常見標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)叉車作為試驗(yàn)叉車，而實(shí)驗(yàn)選用的蓄能器是一個(gè)小口結(jié)構(gòu)，公稱容積為10升，公稱壓力為10MPa這一型號(hào)的蓄能器，其通過螺紋進(jìn)行連接，工作介質(zhì)選用抗磨液壓油HM-46，工作環(huán)境溫度-10℃～+40℃。其作為儲(chǔ)能裝置如果是水平或者傾斜的進(jìn)行安裝會(huì)使得有效容積以及最大允許的流量都減少所以選擇進(jìn)行了垂直安裝。在蓄能器使用前，注意檢查氮?dú)馐欠癯淙氲侥z囊里去。根續(xù)工作時(shí)0.6MPa間歇工作為1MPa，其進(jìn)出口壓力差的最小限度為4MPa。在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將手動(dòng)球閥代替了單向閥。在這次實(shí)驗(yàn)中是利用的電控叉車功率測(cè)試軟件是由南京理工大學(xué)設(shè)計(jì)的，其功能具體有通過在線測(cè)試控制器的輸入和輸出電壓電流、流壓泵的輸出壓力及流量以及多路閥的輸出壓力和流量等物理量，并且計(jì)算出各關(guān)鍵點(diǎn)的功率值，然后掌握在電動(dòng)叉車工作過程中能量的傳遞和損耗情況。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，蓄能器安裝在液壓馬達(dá)的吸油口處，而流量計(jì)和壓力的傳感器則安裝在蓄能器的放能油路上。而求電機(jī)的輸出功率則進(jìn)行對(duì)其測(cè)速和扭矩進(jìn)行測(cè)量，但是由于實(shí)驗(yàn)的各種限制，這次實(shí)驗(yàn)則是在線去測(cè)量電機(jī)的輸入功率或控制器輸出的功率，也就是在線對(duì)控制器的各種輸出電壓和電流進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)設(shè)定采樣的時(shí)間間隔為0.5ms，所有采集的數(shù)據(jù)則保存在檔的形式記載在計(jì)算機(jī)的硬盤里。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1.帶蓄能器的液壓系統(tǒng)和原系統(tǒng)能耗測(cè)試和其對(duì)比分析

設(shè)定負(fù)載為2噸，舉升以及下落的高度都為3m，蓄能器的初始容積則為10L，初始?jí)毫υO(shè)定為4MPa。實(shí)驗(yàn)中馬達(dá)的排量為16mL/r，其電機(jī)的轉(zhuǎn)速則為1780r/min。如圖1所示，其不帶蓄能器的電機(jī)平均的輸入功率則為6500W左右。

而圖2則為帶有蓄能器的電機(jī)的輸入功率，因?yàn)樵囼?yàn)臺(tái)的系統(tǒng)蓄能器回油路控制器為手動(dòng)球閥，

所以是通過人工來操作的，在蓄能器進(jìn)行放能時(shí)會(huì)比電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間稍微慢一些，所以在采集點(diǎn)在4000與7500之間的時(shí)候則單獨(dú)由電機(jī)提供能量，而采集點(diǎn)7500之后則由蓄能器和電機(jī)一起為系統(tǒng)提供能量。從上圖可以輕易的看出在7500采集點(diǎn)的時(shí)候電機(jī)的功率明顯的出現(xiàn)了下降，從6500w直接降到了2000w，蓄能器內(nèi)的能量明顯就是隨著時(shí)間放出而變少，而反之，電機(jī)的輸入功率反而在增多，在采集點(diǎn)達(dá)到41500采集點(diǎn)時(shí)候，負(fù)載在升到頂時(shí)，電機(jī)的輸入功率則為6500W，這個(gè)時(shí)候的蓄能器內(nèi)能量已經(jīng)基本放完，所以可以得出蓄能器中的能量是持續(xù)釋放的，隨著整個(gè)舉升的周期過程進(jìn)行釋放。在本次試驗(yàn)中蓄能器的415000的采集點(diǎn)以后其系統(tǒng)就開始溢流了，由此可知電機(jī)輸入功率為最大的約為8000W.通過計(jì)算其系統(tǒng)的節(jié)能效率是百分之三十四點(diǎn)二七。

3.2.蓄能器的充氣壓力改變，在線測(cè)試電機(jī)的輸入功率

在負(fù)載限度為2噸，舉升和下落高度為3m的周期中，蓄能器的初始容積為10L，在不同壓力設(shè)定下進(jìn)行測(cè)試，裝置蓄能器的電機(jī)其數(shù)據(jù)則為105.5KJ。其進(jìn)行的測(cè)試的數(shù)據(jù)和結(jié)果如下表1。從表1中可以看出，在初始?jí)毫υ龃髸r(shí)，其電機(jī)的輸入功率則先是逐漸減少的，但是達(dá)到4MPa的左右時(shí)開始達(dá)到最小值；而壓力增大到5MPa后，隨著壓力的增大，電機(jī)的輸入功率則在逐漸增大。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以看出在蓄能器的初始?jí)毫?MPa時(shí)，電機(jī)節(jié)約的能量最多，節(jié)能率在百分之34左右，而初始?jí)毫υ?到3MPa之間時(shí)，其下降高度則均為3m，隨著下降時(shí)間在逐漸增長(zhǎng)時(shí)，其最高的工作壓力則呈線性的變化。最后可以得出的結(jié)論是蓄能器的初始?jí)毫υ酱髣t其負(fù)載的下降高度會(huì)越來越小，由于蓄能器的油液變得越來越少時(shí)，其蓄能器釋放能量的時(shí)間也會(huì)變短。

結(jié)束語(yǔ)：

通過上述的實(shí)驗(yàn)可以輕易的看出，其勢(shì)能回收液壓系統(tǒng)有著非常明顯的節(jié)能效果。而當(dāng)負(fù)載為2噸時(shí)，蓄能器的初始充氣容積為10升時(shí)，蓄能器的充氣壓力處于3到5MPa之間時(shí)，其節(jié)能的效率是最高的。由此可以看出裝置蓄能器以對(duì)重物的重力勢(shì)能進(jìn)行回收是可行的，而且能量的回收效率還是高達(dá)百分之34左右，所以其能夠針對(duì)電動(dòng)叉車的蓄電池進(jìn)行一次充電工作的時(shí)間提供新的技術(shù)保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳慕忱.裝卸搬運(yùn)車輛[M].北京人民交通出版社，1986.

[2]江宏.物流技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢(shì)[J]物流技術(shù)與應(yīng)用，2007，12.

[3]肖永清.叉車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].口裝卸，2007（2）.

[4]李云霞.基于的電動(dòng)叉車液壓起升節(jié)能系統(tǒng)的仿真研究[J].機(jī)床與液壓，2009.

[5]李云霞.電動(dòng)叉車液壓起升節(jié)能系統(tǒng)中液壓蓄能器的選擇計(jì)算.[J].流體傳動(dòng)與控制，2009（2）.

[6]阮學(xué)云，侯波，李瓊.升降機(jī)勢(shì)能回收液壓系統(tǒng)分析[J]液壓與氣動(dòng)，2009（4）.