混合動力叉車門架動力學性能與勢能回收關系研究

張翼　紀琛　蔣盛

【摘 要】隨著當前社會的不斷發(fā)展，在日常的生產和生活當中，對于能源的消耗量大幅增加，人們正面臨著日益緊張的能源問題。工程機械是一個重要耗能部分，因此對于工程機械節(jié)約能源的要求也越來越高。混合動力叉車門架是一個較為常用的高耗能機械設備，對于其能源的節(jié)約，主要可通過動力學性能與勢能的回收來進行解決?；诖耍疚膶旌蟿恿Σ孳囬T架的動力學性能和勢能的回收關系進行了研究，以期能夠實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

【關鍵詞】混合動力叉車門架 動力學性能 勢能 回收關系

混合動力技術是當前一項較為先進的技術，隨著該項技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，在眾多工業(yè)企業(yè)和科研機構中，對于混合動力工程機械的研究正日漸深入。常用的混合動力工程機械設備主要包括推土機、叉車、輪式裝載機、液壓挖掘機等。其中，混合動力叉車門架作為一個重要的混合動力工程機械，在實際應用中發(fā)揮出了很大的作用。但是，其能耗問題一直是阻礙其可持續(xù)發(fā)展的重要因素。隨著近年來越來越嚴重的能源消耗問題，在該領域當中，對于其動力學性能和勢能的回收也逐漸受到人們更高的重視。

1混合動力叉車動力學性能與勢能回收系統(tǒng)數(shù)學模型

在混合動力叉車的動力學性能與勢能回收系統(tǒng)當中，叉車門架下降過程的動力學方程為Mg-Fc-Ff=0.5δMa，其中，M=m0+0.5m1+m2+0.5m3。負載質量為m0，內門架質量為m1，貨叉架和貨叉質量為m2，升降油缸運動部件質量為m3，門架運動摩擦阻力為Ff，升降油缸活塞桿受力為Fc，重力加速度為g，貨叉下降加速度為a，門架旋轉質量轉換系數(shù)為δ。

升降油缸力平衡方程為Fc-p1A1=m3ac+bcvc+Ffc。其中，升降油缸活塞桿受力為Fc，升降油缸活塞運動摩擦阻力為Ffc，升降油缸活塞面積為A1，升降油缸無桿腔壓力為p1，升降油缸運動部件和負載粘性阻尼為bc，升降油缸活塞加速度為ac，升降油缸活塞運動速度為vc。

液壓馬達力矩平衡方程為Dmp2=Jmdω/dt+bmω+Tf+Tg。其中，液壓馬達和發(fā)電機轉動慣量為Jm，液壓馬達摩擦轉矩為Tf，液壓馬達入口壓力為P2，液壓馬達弧度排量為Dm，液壓馬達角速度為ω，發(fā)電機再生制動轉矩為Tg，液壓馬達回轉粘性阻尼為bm。

在混合動力叉車動力學性能與勢能回收當中，電機具有十分重要的作用與意義。對于門架勢能回收來說，將電機當作發(fā)電機使用，其制動轉矩越大，就能夠回收越多的制動能量[1]。在一些常用的電機當中，對于其轉矩來說，往往具有低速恒轉矩，中、高速恒功率等方面的特點。也就是說當n

對于勢能回收效率來說，可以通過方程ηt=Esc/Ep=Egηsc/Ep來進行計算。其中，勢能回收效率為ηt，發(fā)電機對超級電容器充電能量為Esc，電機發(fā)電能量為Eg，負載勢能為Ep，發(fā)電機到超級電容器能量轉換效率為ηsc。負載勢能公式為Eg=（m0+m2）gh+1/2（m1+m3）gh。其中，負載質量為m0，內門架質量為m1，升降油缸運動部件質量為m3，門架起升高度為g，重力加速度為g。

2門架動力學性能與勢能回收關系

對于門架勢能回收效率來說，對其產生影響的主要因素包括門架運動摩擦阻力、液壓馬達摩擦轉矩、發(fā)電機到超級電容器能量轉換效率、換向閥液壓管路壓力損失、升降油缸活塞運動摩擦阻力等[2]。在混合動力叉車門架當中，其液壓馬達轉動慣量、升降油缸運動部件質量、發(fā)電機效率、液壓馬達效率、升降油缸活塞面積、液壓馬達排量等勢能回收系統(tǒng)零部件參數(shù)；貨叉下降加速度、貨叉下降速度、門架負載等動力學性能參數(shù)；以及勢能回收效率之間，存在著以下關系：

隨著門架負載的增加，勢能回收效率也會增加，在額定負載下，能夠達到最高的勢能回收效率[3]。隨著貨叉下降加速度的降低，勢能回收效率會增加。在門架下降的過程中，貨叉擁有越平穩(wěn)的速度，就能夠達到越高的勢能回收效率。同時，在馬達高效率運轉和發(fā)電機高效率運轉的轉速范圍之內，貨叉如果越慢下降，就能夠達到越高的勢能回收效率。隨著液壓馬達轉動慣量的下降，勢能回收效率將會增加。隨著液壓馬達排量的增加，勢能回收效率也會增加。隨著升降油缸活塞面積的下降，勢能回收效率將會增加[4]。隨著升降油缸運動部件質量的下降，勢能回收效率會增加。

3結語

作為當前一種主要的能耗組成部分，混合動力叉車門架對于混合動力工程機械的節(jié)能來說，有著十分重要的意義和影響。在實際應用中，通過其動力學性能與勢能中各個方面的數(shù)學模型與公式，能夠推導和計算出二者之間的關系，從而為混合動力叉車門架的節(jié)能提供借鑒和參考。

參考文獻：

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[2]劉昌盛，何清華，張大慶，李鐵輝，龔俊，趙喻明.混合動力挖掘機勢能回收系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化與試驗[J].吉林大學學報（工學版），2014，02：379-386.

[3]孫駿，胡悅，徐回，李衛(wèi)民.混合動力叉車動力系統(tǒng)設計與仿真研究[J].集成技術，2013，06：11-17.

[4]強維博，趙宏強，龔俊，張龍凱.叉車混合動力驅動和能量回收系統(tǒng)研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2013，05：1059-1066.