叉車開式泵控勢能回收舉升系統(tǒng)特性分析

宋雪峰

摘要：叉車舉升裝置能量回收系統(tǒng)，增設(shè)回收泵/馬達(dá)、回收電機(jī)、開關(guān)閥，單獨(dú)驅(qū)動舉升系統(tǒng)。下降過程中，在舉升液壓缸無桿腔油液驅(qū)動下，液壓泵/馬達(dá)反向驅(qū)動伺服電機(jī)，使伺服電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，從而將貨叉及貨物的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能，存儲到超級電容中。

關(guān)鍵詞：叉車;舉升裝置;能量回收;超級電容

引言

現(xiàn)代工作中對貨物起升及搬運(yùn)裝置的節(jié)能環(huán)保和環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。叉車通常處于兩種狀態(tài)——起升下降狀態(tài)和運(yùn)輸狀態(tài)。在起升狀態(tài)時(shí)將燃料的化學(xué)能或電能轉(zhuǎn)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(tài)時(shí)貨物緩慢下降，將貨物重量的勢能轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)的熱能逐漸消散掉。耗散掉的該勢能如果能再次轉(zhuǎn)換成電能儲存起來，用于下一次的貨物起升工作循環(huán)，有助于節(jié)約能源提升環(huán)保要求。因此，需要設(shè)計(jì)一種叉車舉升裝置勢能回收裝置實(shí)現(xiàn)貨物下降時(shí)貨物重量勢能的再利用。該裝置的研發(fā)及大規(guī)模使用會提升叉車工作時(shí)對能耗的利用率，進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能減排能力，為實(shí)現(xiàn)碳中和及碳達(dá)峰目標(biāo)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(gòu)成;在舉升液壓缸的驅(qū)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(tǒng)叉車舉升裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)，電動機(jī)驅(qū)動液壓泵為叉車提供高壓油，經(jīng)多路閥分配到舉升系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于多路閥的節(jié)流作用，在舉升系統(tǒng)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(fèi)。圖1（b）所示為所提出的舉升裝置能量回收系統(tǒng)，原有主泵驅(qū)動其他回路，增設(shè)回收泵/馬達(dá)、回收電機(jī)、開關(guān)閥，單獨(dú)驅(qū)動舉升系統(tǒng)。超級電容為伺服電機(jī)提供能量，伺服電機(jī)驅(qū)動液壓泵/馬達(dá)單獨(dú)為舉升系統(tǒng)提供高壓油，避免了多路閥節(jié)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(qū)動下，液壓泵/馬達(dá)反向驅(qū)動伺服電機(jī)，使伺服電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，從而將貨叉及貨物的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能，存儲到超級電容中。因此，所提系統(tǒng)具有較高的能量效率，可改善叉車?yán)m(xù)航能力。

2對中裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1比例閥控制的對中液壓系統(tǒng)

左右兩側(cè)電液換向閥分別控制左右兩側(cè)水平對中油缸運(yùn)動，通過控制電液換向閥動作，實(shí)現(xiàn)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(cè)對中油缸的無桿腔，實(shí)現(xiàn)工件對中過程的微調(diào);當(dāng)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(dāng)?shù)竭_(dá)壓力繼電器的設(shè)定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)訊，進(jìn)入工件緩慢對中調(diào)整過程;由于電液換向閥控制水平對中油缸的運(yùn)動速度不可控，壓力繼電器發(fā)訊時(shí)工件所處位置難以確定，需首先讀取對中油缸位移尺數(shù)據(jù)，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(shí)現(xiàn)工件位置的緩慢微調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)工件到達(dá)目標(biāo)位置;當(dāng)需要夾持抬起時(shí)，電磁換向閥⑥得電動作，控制泵來油同時(shí)進(jìn)入兩側(cè)對中油缸無桿腔實(shí)現(xiàn)工件夾持。

2.2舉升裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析和技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)的舉升裝置，主要包括底座、調(diào)平腿、平行四邊形機(jī)構(gòu)、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(tǒng)。在升降平臺的兩側(cè)對稱位置分別布置了一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，需要控制系統(tǒng)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(cè)的平行四邊形機(jī)構(gòu)因不同步而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

2.3雙泵控制液壓系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用雙出軸電機(jī)加兩臺同型號液壓泵的控制方式，雙出軸電機(jī)驅(qū)動可以保證泵的同步轉(zhuǎn)動。但是使用過程中，由于負(fù)載壓力波動會影響液壓泵的內(nèi)泄，并且電磁閥的換向也不可能到達(dá)完全一致，還是會導(dǎo)致較大的誤差。控制的精度約為3%。

3液壓系統(tǒng)缺陷分析及改進(jìn)

從設(shè)備工作工況分析可見：當(dāng)絞龍和刮板取料機(jī)構(gòu)位于中間時(shí)，左舉升缸和右舉升缸負(fù)載基本相當(dāng)，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(dāng)絞龍和刮板取料機(jī)構(gòu)位于左側(cè)時(shí)，左側(cè)油缸負(fù)載大于右側(cè)油缸負(fù)載，由于左右油缸油路相連通，形成局部閉環(huán)回路，左側(cè)油缸在負(fù)載作用下活塞桿局部下落，而右側(cè)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(huán)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(gè)液控單向閥。根據(jù)原液壓系統(tǒng)工作原理，仍采用結(jié)構(gòu)緊湊的獨(dú)立液壓動力單元，在液壓系統(tǒng)中的左升降缸和右升降缸間各增加一個(gè)兩位兩通電磁換向閥，問題得到解決。

結(jié)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(tǒng)，對該系統(tǒng)進(jìn)行了理論和仿真分析。研究結(jié)果表明：所提出的能量回收系統(tǒng)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(wěn)運(yùn)行;與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，采用能量回收系統(tǒng)可降低叉車舉升裝置能耗，且貨物質(zhì)量越大，系統(tǒng)節(jié)能效果越好;通過不同貨物質(zhì)量時(shí)系統(tǒng)能量特性分析可知，開式泵控叉車提升裝置能量回收系統(tǒng)的節(jié)能效果為23.6%～57.8%。研究結(jié)果為后續(xù)試驗(yàn)研究和生產(chǎn)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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