CN100364879C - 节能装卸搬运电动车 - Google Patents

Abstract

一种节能装卸搬运电动车，以蓄电池作为动力源，通过微机控制单元控制电动车的各种动作，是全液压传动装置；具有动能、位能再生回收功能；由变频控制的电动机与变量泵组成调速系统，能实现节能和获得很宽的调速范围。通过一台电机和一台变量泵能实现车辆的转向、行走、升降、倾斜和前移等全部作业要求。本发明的多级组合式液压油箱具有降噪、防爆等功能。

Description

节能装卸搬运电动车

技术领域

本发明涉及节能装卸搬运电动车，特别是用微机控制和全液压驱动。具有变频电机-变量泵双重调速技术和动能、位能再生回收技术。

背景技术

现有的装卸搬运车，包括平衡重电动叉车，前移式电动叉车、多向电动叉车、堆垛电动车等都属装卸搬运电动车辆的范畴，都采用多台电机驱动方案，即行走驱动装置配有单台电机或二台电机驱动，起升、倾斜和转向装置分别用一台电机驱动。国外个别厂家在位能回收过程中配置一台发电机。造成多台电机配置，还需配多套电控和机械传动装置，使机构复杂，成本提高。由于车辆作业时动作频繁，使电机频繁启动，频繁产生大的起动电流，有无功能耗大等缺点。

申请号为90215492.3的中国专利公开了采用单台直流电机驱动的液压传动电动叉车的技术。

ZL专利号01234018.9，申请号01125120.4等中国专利也是采用单台直流电机驱动的平衡重型全液压电动叉车，以上专利技术各自存在以下的缺点：

(1)采用直流电机需配装换向器和碳刷装置，它们必须定期维护，因此维修费用大；

(2)没有动能、位能再生回收功能；

(3)有级变量使操作动作增多，装卸效率较低；

(4)有节流调速损耗；

(5)采用有级变量泵与有级变量马达使成本增加，且调速范围小；

(6)双速液压马达是有级变量马达，变级运行时效率将下降18％。

90年代初，欧洲开始把电动叉车由直流电机传动改为交流变频传动，使电动叉车传动技术得到改进，解决了直流电机由于换流机构和碳刷的存在，造成维修成本增加和动能回收效率低的缺点，但还存在以下问题：

(1)放电容量效率低；由于多台电机操作，电机处于经常频繁启动。叉车操作者为了加快装卸作业，往往在叉车前进时直接反向运行，对变频控制器的电子功率元件有烧坏的危险，提升和爬坡的过载大电流放电都会使蓄电池放电容量效率下降。

(2)节流损耗；目前国外电动叉车大都采用变频调速电动机带动定量齿轮泵或叶片泵提供液压油驱动提升和倾斜油缸，由于齿轮泵和叶片泵在500转/分以下时性能急剧下降。所以不允许在低速区域工作。当提升和倾斜的作业工况需要低速动行时，仍要采用节流调速。

(3)整机结构和制造工艺复杂，生产成本高；国外电动车虽然逐步向交流变频调速发展但其传动机构几乎不变，由于使用多台电机传动与多套控制系统，使整机布置繁杂，制造困难，工艺工装成本高。在同系列产品中不同起重量需要不同的机械传动系统。在不同品种产品中更需要不同传动链，不便于生产和管理。

(4)使用成本高；由于产品达不到“三化”要术，零配件不能互换，造成维修备品备件库存庞大，维修周期延长，维修成本增加。

(5)新产品设计周期较长；由于产品结构复杂使新产品设计工作量增加，工艺、工装繁杂，造成新产品开发周期长。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种节能装卸搬运电动车，技术起点较高，具有先进的技术构思，还有能量的再生回收功能，此外产品的部件容易实现“三化”，是一种性能优良，成本低的新一代节能装卸搬运电动车。

本发明的技术方案：本发明之节能装卸搬运电动车，以蓄电池作为动力源，包含电动机、变量泵多级组合式液压油箱、液压控制阀组、液压转向装置、液压驱动行走装置、液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置、微机控制单元与能量回收制动单元、第一再生电磁阀和第二再生电磁阀。其特点是：通过一套控制装置控制变频电动机进行无级调速；变量泵具有参与无级调速的功能；所述的多级组合式液压油箱由高位液压油箱和低位液压油箱组成；低位液压油箱内安装有电动机、速度传感器、变量泵、第一单向阀、油温传感器、液位传感器、液压油，其中电动机与变量泵同轴联连，电动机设有速度传感器，由其检测的电动机转速信号反馈给微机控制单元，构成闭环控制；在变量泵的进油口通过第一单向阀在低位液压油箱中吸油，变量泵在出油口向系统输出高压油；高位液压油箱经管路与低位液压油箱相联，系统回油经高位液压油箱进入低位液位油箱，保持低位液压油箱始终充满液压油，不与空气接触。

所述的控制装置由微机控制单元、变频器、速度传感器、液位传感器和油温传感器组成，微机控制单元根据速度传感器传输出的电机转速信息，把处理后的信息输入变频器，控制电机的转速，液位传感器和油温传感器输出的信息输入微机控制单元，若微机控制单元发现液压油的液面低于某一位置和油温上升超过预定值时，立即输出报警信号或强行停机。

所述的液压驱动提升装置，由提升换向控制阀、管路、第一再生电磁阀和二个提升液压缸组成。上述液压元件通过相应的管路联接，控制节能装卸搬运电动车的液压驱动提升装置的上升、下降和停止。

所述的位能再生回收装置，由提升换向控制阀、电动机、变量泵、第一单向阀、管路、第一再生电磁阀、二个提升液压缸、微动开关、能量回收制动单元和蓄电池组成。它们之间通过管路连接，实现节能装卸搬运电动车的位能再生回收。

所述的液压驱动行走装置，由行走换向控制阀、管路、二个补油阀、二个液压马达、二个第二单向阀、二个液控单向阀和第二再生电磁阀组成。它们之间通过管路连接，实现节能装卸搬运电动车的行走功能。

若电动机反馈制动的制动力矩尚欠不足，或需紧急制动时，可通过制动踏板，驱动液压制动泵，向液压马达的制动器提供压力油，使电机反馈制动和液压制动共同实现制动，保证行走系统既节能又安全可靠。

所述的动能再生回收装置，由变量泵、电动机、液压马达、管路、第二再生电磁阀、第一单向阀、踏板、加速传感器、微机控制单元、线路、能量回收制动单元和蓄电池组成。第二再生电磁阀得电切换成通路，由于装卸搬运电动车的惯性作用，车轮带动液压马达转动，液压马达变为液压油泵的工况，它输出的压力油经第二再生电磁阀进入变量泵，使变量泵成为液压马达工况，驱动电动机成发电机工况。

所述的液压驱动倾斜装置由倾斜换向控制阀、进、回油管路、倾斜液压缸组成，其中，倾斜换向控制阀通过进、回油管路与倾斜液压缸连接。

所述的液压转向装置，由变量泵、管路、优先阀、转向器、转向液压缸组成，其中，变量泵与管路、优先阀的进油口相连；优先阀的出油口分二路，一路与转向器、转向液压缸相连；另一路经单向阀与液压控制阀组相连。

所述的液压控制阀组，由行走换向控制阀、倾斜换向控制阀、提升换向控制阀构成，其中倾斜换向控制阀联接倾斜液压缸，提升换向控制阀联接提升液压缸，行走换向控制阀联接行走液压马达。

本发明的优点是：变量泵输出压力油经外部液压回路循环进入高位油箱，高位油箱的出口与低位油箱进油口相连接，使低位油箱始终充满液压油，保证低位油箱中的电动机，变量泵，速度传感器都完全浸润在液压油里，使它们与外界空气隔离。这种设计可降低电动机，变量泵的噪声，液压油箱里的液压油起到了冷却电机的作用，有利于电动机小型化和节能，还能实现防爆功能。

踏板带动加速传感器输出信号，通过微机控制单元控制电动机使变量泵无级调速，适应装卸电动车辆的各种工况，既不会使电动机超负荷工作又无溢流损失，从而大大提高系统的效率，降低系统的温升，提高装卸搬运电动车辆作业效率和通过性。电动机轴侧的速度传感器检测电机的转速，并把转速信号反馈给微机控制单元，构成闭环控制，保证电机转速的稳定。

本发明克服了以往需用多台电动机分别驱动带来的机构复杂，维护保养困难的缺点；本发明只用一台电动机一台变量泵组成全液压电液控制系统，实现了多个装卸搬运驱动装置的共泵供油和动能、位能的再生回收；本发明的多级组合式液压油箱，具有冷却、降噪、防爆等功能。它不仅仅采用了流行的交流动力，而且应用了一系列创新技术，使交流技术和液压技术的优势得到充分的体现，提高产品质量、降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

图2为本发明的工作原理图。

附图中标号说明：

1-变量泵；                2-电动机；

3-速度传感器；            4-蓄电池；

5-第一单向阀；            6-油温传感器；

7-液位传感器；            8-微机控制单元；

9-液压控制阀组            10-液压油；

11-转向液压缸；           12-行走换向控制阀；

13-倾斜换向控制阀；       14-提升换向控制阀；

15-控制变频器信号；       16-变频器；

17-交流电信号；           18-管路；

19-优先阀；               20-管路；

21-转向器；               22-管路；

23-进油口；               24-管路；

25-高位液压油箱；         26-加速踏板；

27-加速传感器；           28-指令信号；

29-管路；                 30-液压马达；

31-液压马达；             32-管路；

33-管路；                 34-液控单向阀；

35-液控单向阀；           36-管路；

37-管路；                 38-箭头为液压马达转动方向；

39-高电平电路；           40-低位液压油箱；

41-第二再生电磁阀；       42-补油阀；

43-补油阀；               44-第二单向阀；

45-第二单向阀；           46-管路；

47-管路；                 48-再生控制信号；

49-能量回收制动单元；  50-制动踏板；

51-液压制动泵；        52-管路；

53-制动器；            54-制动器；

55-管路；              56-管路；

57-倾斜液压缸；        58-提升液压缸；

59-微动开关；          60-电路；

61-第一再生电磁阀；    62-转速信号；

63-管路；              64-多级组合式液压油箱；

65-管路；              66-电路；

67-电路；              68-高电平电路；

具体实施方式

首先请参阅图1所示，本发明包含多级组合式液压油箱64、液压转向装置、液压驱动行走装置、液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置、微机控制与能量回收制动单元、蓄电池4。再请参阅图2，多级组合式液压油箱64，由高位液压油箱25和低位液压油箱40组成，低位液压油箱40内，有电动机2、与电动机同轴联接的速度传感器3、变量泵1、第一单向阀5、油温传感器6、液位传感器7、液压油10组成。电动机轴侧的速度传感器3，检测电动机2的转速，并把转速信号62反馈给微机控制单元8，构成闭环控制。液压控制阀组9由行走换向控制阀12、倾斜换向控制阀13、提升换向控制14组成。

本发明所述的电动机可以是潜油式三相鼠笼感应电动机，也可以是永磁同步电动机，永磁无刷直流电动机，开关磁阻电动机，这些都是已知技术。本发明应用的是潜油式三相鼠笼感应电动机，简称电动机。

本发明所述的变量泵可以是恒压变量泵或恒功率变量泵，简称变量泵。

工作原理

(1)起动运行：

运行控制装置，由微机控制单元8、变频器16、速度传感器3、液位传感器7和油温传感器6组成。微机控制单元根据速度传感器传输出的电机转速信息，把处理后的信息输入变频器16，控制电机的转速。工作时蓄电池4的电源经开关(图中未示)与微机控制单元8接合，并发出控制变频器的信号15，变频器16根据输入的控制信号，产生相应频率和电压的交流电信号17，驱动电动机2，带动变量泵1，变量泵1进油口经第一单向阀5从低位液压油箱40内吸油。输出的液压油经管路18、进优先阀19的进油口，从优先阀19的二个出油口输出，优先阀19的第一出油口经管路20与转向器21相联接，优先阀19的第二出油口经管路22与液压控制阀组9(处于中立位置)的进油口23连接，通过管路24与高位液压油箱25连通。经微机控制单元8的控制，既节省起动时间，又无大的起动电流，节约了能源。

(2)转向运行

驾驶员踩动加速踏板26时，自动发出指令，电动机2运行，变量泵1的出油口输出压力油经管路18与优先阀19的进油口联接，优先阀19的出油口分成二路输出，第一路输出经管路20液压转向器21至转向液压缸11。优先阀19的作用，是在任何情况下保证转向液压缸11的用油，系统多余的流量或转向装置不转向时，流量通过优先阀19的另一条油路经管路22进入液压控制阀组9的进油口23。

(3)行走运行

液压驱动行走装置，由行走换向控制阀、管路、二个补油阀、二个液压马达、二个第二单向阀、二个液控单向阀和第二再生电磁阀组成。当车辆行走运行时，操作行走换向控制阀12的手柄，从中立位置向前进方向切换。加速踏板26带动加速传感器27发出指令信号28给微机控制单元8和变频器16，微机控制单元8输出的控制信号15控制变频器，产生相应频率和电压的交流电信号17驱动电动机2，变量泵1输出相应的压力油驱动液压马达30、31作行走运行。踏板26带动加速传感器27发出的指令信号与电动机2的速度传感器3的转速信号62反馈给微机控制单元8进行比较、修正，保证踏板26的位移量与变量泵1的转速相对应。当变量泵1输出压力油通过管路32，液控单向阀34，管路36，液压马达30、31，管路37，液控单向阀35，管路33、24回到高位液压油箱25，液压马达按箭头38方向运行。

车辆爬坡时，当变量泵1的负载压力大于调定值时，变量泵1自动改变斜盘倾斜角度(图中未示)，改变变量泵1的排量，使液压马达30、31能在超过15％坡度的情况下低速运行。并保证电动机在额定功率、额定转矩范围内运行，限制了蓄电池的大电流放电，节约能源。

本发明的行走系统由于是由变频电动机调速，变量泵1具有参与无级调速的功能，选用液压马达，使行走驱动装置具有优良的牵引特性。

(4)行走动能回收

放松加速踏板26，车辆作减速运行时，微机控制单元8输出一高电平，经电路39使第二再生电磁阀41从断路变成通路状态。这时液压马达30、31，在车辆的惯性作用下，使液压马达变为液压油泵的工况。液压马达30、31经补油阀42或43吸油。它输出的压力油通过第二单向阀44或45，第二再生电磁阀41、管路46、47进入变量泵1的进油口，使变量泵1变为液压马达工况，使电动机2变成发电机工况，实现电动机反馈制动，通过再生控制信号48、能量回收制动单元49向蓄电池4充电，达到节能目的。需紧急制动时，可通过制动踏板50，驱动液压制动泵51，制动泵输出的液压油经管路52向液压马达的制动器53，54提供压力油进行制动，形成电机反馈制动和液压制动共同实施行走制动，保证行走系统既节能又安全可靠。

(5)倾斜运行

当操作倾斜换向控制阀13时，通过踏板26，加速传感器27的位移量输出指令信号给微机控制单元8，通过变频器16、电动机2、变量泵1输出相应压力油，经倾斜换向控制阀13、管路55、56使倾斜液压油缸57完成前倾或后倾动作。

(6)提升运行

液压驱动提升装置，由提升换向控制阀14、管路29、第一再生电磁阀61和二个提升液压缸58组成。当提升换向控制阀14的手柄切换到提升位置时，通过加速踏板26，使加速传感器27发出的指令信号给微机控制单元8，同时，电动机2的速度传感器3发出转速信号62，反馈给微机控制单元8进行比较、修正，电动机2的转速在微机控制单元8的控制下带动变量泵1输出相应的压力油给提升液压缸31作提升运行。当提升负载超过电动机额定负载运行时，变量泵1将自动减小排量，降低驱动扭矩，不使电动机2超负荷工作，始终在额定功率下运行，避免蓄电池4的大电流放电，提高蓄电池的使用寿命。

(7)货物下降时的位能再生

位能再生控制装置，由提升换向控制阀14、电动机2、变量泵1、第一单向阀5、管路47、第一再生电磁阀61、二个提升液压缸58、微动开关59、能量回收制动单元49和蓄电池4组成。当提升换向控制阀14的手柄在提升液压油缸下降位置时，操纵微动开关59，发出信号经电路60输入微机控制单元8，微机控制单元输出一高电平，经电路68使第一再生电磁阀61从关闭转为导通状态。货物的重量在提升液压缸58内产生压力油，压力油经管路29，第一再生电磁阀61、管路63、47、第一单向阀5进入变量泵1的吸油口，使变量泵变为液压马达工况，带动电动机2运转，电动机2进入发电机状态，达到能量回收的目的。

(8)组合式液压油箱的运行

多级组合式液压油箱64由高位液压油箱25和低位液压油箱40组成，低位液压油箱内安装变量泵1、电动机2、速度传感器3、油温传感器6和液位传感器7，低位油箱内充满液压油10。变量泵1的进油口与第一单向阀5和管路47相连。当位能或动能产生的压力油通过管路47进入变量泵1的进油口时，由于第一单向阀5的存在，使压力油驱动变量泵1成液压马达工况。电动机一般都带风扇，但在低速运转下风扇散热不起作用，而电动机在低速运转时发热最大，容易烧坏电机。本发明由于采用潜油方式的电动机-变量泵系统，所以电动机2不用风扇散热，由液压油散热，这样可减小电动机尺寸，节约能源，而且还能大大降低电动机-变量泵系统发出的噪声。变量泵1输出的液压油经外部油路循环进入高位液压油箱25，高位液压油箱25的出口经管路65与低位液压油箱40相连。低位液压油箱40内的油温传感器6通过电路66与微机控制单元8连接，当油温上升到超过预定值时，报警并自动切断电源。液位传感器7通过电路67与微机控制单元8连接，对液压油箱的液位高度实施监控。当液压油的液面低于某一位置时，微机控制单元8发出报警信号，进而自动切断电源。多级组合式液压油箱64具有以下功能和优点：结构紧凑，降低噪声，节省能源、可用普通电机达到防爆电机的效果，使成本大大下降。

Claims (6)

1.一种节能装卸搬运电动车，以蓄电池作为动力源，包含电动机、变量泵和多级组合式液压油箱、优先阀、液压转向装置、液压驱动行走装置、液压驱动提升装置、液压驱动倾斜装置、动能和位能再生控制装置，其特征在于：

通过一套控制变频电动机进行无级调速，变量泵参与无级调速；多级组合式液压油箱由高位液压油箱和低位液压油箱组成，低位液压油箱内安装有电动机、速度传感器、变量泵、第一单向阀、油温传感器、液位传感器、液压油，其中电动机与变量泵同轴联接，电动机设有速度传感器，由其检测的电动机转速信号反馈给微机控制单元，构成闭环控制。

2.根据权利1要求所述的节能装卸搬运电动车，其特征在于：所述的控制装置，由微机控制单元、变频器、速度传感器、液位传感器和油温传感器组成，微机控制单元根据速度传感器传输出的电动机转速信息，把处理后的信息输入变频器，控制电机的转速，液位传感器和油温传感器输出的信息输入微机控制单元，若微机控制单元发现液压油的液面低于某一位置和油温上升超过预定值时，立即输出报警信号或强行停机。

3.根据权利要求1所述的节能装卸搬运电动车，其特征在于：液压驱动提升装置，由提升换向控制阀、管路、第一再生电磁阀和二个提升液压缸组成，它们之间通过管路连接，控制节能装卸搬运电动车的液压驱动提升装置的上升、下降和停止。

4.根据权利要求1所述的节能装卸搬运电动车，其特征在于：所述的位能再生控制装置，由提升换向控制阀、电动机、变量泵、第一单向阀、管路、第一再生电磁阀、二个提升液压缸、微动开关、能量回收制动单元和蓄电池组成，它们之间通过管路连接，实现节能装卸搬运电动车的位能再生回收。

5.根据权利要求1所述的节能装卸搬运电动车，其特征在于：液压驱动行走装置，由行走换向控制阀、管路、二个补油阀、二个液压马达、二个第二单向阀、二个液控单向阀和第二再生电磁阀组成，它们之间通过管路连接，实现节能装卸搬运电动车的行走功能。

6.根据权利要求1所述的节能装卸搬运电动车，其特征在于：所述的动能再生回收装置，由变量泵、电动机、液压马达、管路、第二再生电磁阀、第一单向阀、加速踏板、加速传感器、微机控制单元、线路、能量回收制动单元和蓄电池组成，上述液压件之间通过管路连接，传感器和微机控制单元通过线路联系，实现节能装卸搬运电动车的动能再生回收功能。

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