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、回收電機、開關(guān)閥，單獨驅(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/馬達反向驅(qū)動伺服電機，使伺服電機工作在發(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)和運輸狀態(tài)。在起升狀態(tài)時將燃料的化學(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)計一種叉車舉升裝置勢能回收裝置實現(xiàn)貨物下降時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對能耗的利用率，進一步提升工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能減排能力，為實現(xiàn)碳中和及碳達峰目標(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。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、回收電機、開關(guān)閥，單獨驅(qū)動舉升系統(tǒng)。超級電容為伺服電機提供能量，伺服電機驅(qū)動液壓泵/馬達單獨為舉升系統(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/馬達反向驅(qū)動伺服電機，使伺服電機工作在發(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，可改善叉車續(xù)航能力。

2對中裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計

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)水平對中油缸運動，通過控制電液換向閥動作，實現(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_壓力繼電器的設(shè)定值時，壓力繼電器發(fā)訊，進入工件緩慢對中調(diào)整過程;由于電液換向閥控制水平對中油缸的運動速度不可控，壓力繼電器發(fā)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(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，實現(xiàn)工件位置的緩慢微調(diào)，最終實現(xiàn)工件到達目標(biāo)位置;當(dāng)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(cè)對中油缸無桿腔實現(xiàn)工件夾持。

2.2舉升裝置設(shè)計

根據(jù)以上分析和技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計的舉升裝置，主要包括底座、調(diào)平腿、平行四邊形機構(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平行四邊形機構(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)采用雙出軸電機加兩臺同型號液壓泵的控制方式，雙出軸電機驅(qū)動可以保證泵的同步轉(zhuǎn)動。但是使用過程中，由于負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完全一致，還是會導(dǎo)致較大的誤差?？刂频木燃s為3%。

3液壓系統(tǒng)缺陷分析及改進

從設(shè)備工作工況分析可見：當(dāng)絞龍和刮板取料機構(gòu)位于中間時，左舉升缸和右舉升缸負載基本相當(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)絞龍和刮板取料機構(gòu)位于左側(cè)時，左側(cè)油缸負載大于右側(cè)油缸負載，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)試驗研究和生產(chǎn)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]盧云霄，胡尊敬，范玉斌，李勇.帶壓作業(yè)液壓卡瓦聯(lián)動鎖定裝置研制與應(yīng)用[J].化工管理，2019（36）：146-147.

[2]李玉玲，趙云峰，鄒乃威.裝載機工作裝置機構(gòu)的演變史[J].工程機械，2019，50（12）：100-109+10.

[3]張曉剛，王翔宇，張紅娟，權(quán)龍.閉式泵控三腔液壓缸驅(qū)動裝載機舉升裝置特性研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2019，50（10）：410-418.