CN1559826A - 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、液压泵组的全液压传动装置。具有动能、位能再生回收功能；由电动机与变量泵组成的调速系统，能实现节能和获得宽调速范围。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，都采用多台电机配置方案，即行走驱动装置配有单台电机或二台电机驱动，起升倾斜装置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，成本高昂。由于车辆作业时动作频繁，引起电机频繁启动，故起动电流较大，有无功能耗大等缺点。

申请号为90125192.3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就要定期维护，维修费用大；

(2)没有动能、位能再生功能；

(3)有级变量操作动作多，装卸效率低；

(4)有节流损耗；

(5)有级变量泵与有级变量马达成本高，且调速范围小；

(6)双速液压马达是有级变量马达，变级运行时效率下降18％。

90年代初，欧洲开始把电动叉车原来采用直流电机传动方案改为交流变频传动，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，此外还存在以下问题：

(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”标准，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，造成产品设计和生产周期长。影响扩大再生产。

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，具有先进的技术水平，又有回收能量的再生功能，而且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。

本发明的技术方案是：本发明节能装卸搬运电动车，以蓄电池作为动力源，包含多级组合式液压油箱、液压控制阀组、液压转向装置、行走液压驱动装置、倾斜液压驱动装置、提升液压驱动装置、能量回收制动单元、动能和位能再生控制装置，其特点是：一控制装置，控制电动机，变量泵进行无级调速，对行走液压驱动装置、倾斜液压驱动装置、提升液压驱动装置、转向液压装置、行走动能再生回收装置、提升位能再生回收装置完成装卸搬运工作。

一多级组合式液压油箱是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、单向阀、油温传感器、液位传感器、液压油等，其中电动机与变量泵同轴联接，电动机侧设有速度传感器，由其检测的电动机转速信号反馈给微机单元，构成闭环控制；在变量泵的进油口通过单向阀从低位液压油箱中吸低压油，从出油口向管路输出高压油。

一加速踏板，通过加速传感器输出指令给微机控制单元，由微机控制单元输出控制信号给变频器驱动电动机、变量泵，再通过速度传感器测速信号反馈给微机控制单元与指令信号比较修正，使电动机和变量泵作无级调速。

所述的控制装置，由微机控制单元、变频器PWM信号、变频器、加速传感器、再生控制信号、速度传感器、液位传感器、油温传感器组成。

所述的行走液压驱动装置，由行走换向控制阀、输入管路、输出管路、液控单向阀、补油阀、液压马达组成，行走换向控制阀与输入、输出管路、液控单向阀、液压马达的进出油口连接。

所述的倾斜液压驱动装置由倾斜换向控制阀、管路、倾斜油缸组成，其中，倾斜换向控制阀通过进、回油管路与倾斜油缸连接。

所述的提升液压驱动装置，由提升换向控制阀、管路和提升油缸组成，提升换向控制阀通过管路与提升液压油缸连接。

所述的液压转向装置，由变量泵、管路、优先阀、转向器、转向油缸、单向阀组成，其中，变量泵与管路、优先阀的进油缸联通；优先阀的出油口分二路，一路与管路、转向器、转向油缸联通；另一路与管路、单向阀与液压控制阀组联通。

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，并制成一体的三位六通阀，其中倾斜换向控制阀连接倾斜液压油缸，提升换向控制阀连接提升液压油缸，行走换向控制阀连接液压马达。

所述的动能再生液压控制装置，由行走换向控制阀、变量泵、电动机、液压马达、加速踏板、加速传感器、微机控制单元、电路、管路、再生电磁阀、单向阀、能量回收制动单元和蓄电池组成，当电动车前进或后退运行过程中，将加速踏板作减速运行，通过再生传感器信号输入微机控制单元，使再生电磁阀得电切换成通路，由于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。

所述的位能再生控制装置，由提升换向控制阀、微动开关、管路、再生电磁阀、提升油缸、变量泵、电动机、能量回收制动单元和蓄电池组成，当提升换向控制阀切换到下降位置时，微动开关导通，再生电磁阀得电切换成通路，使负载位能把提升油缸内压力油通过管路压入变量泵的进油口，在压力油的作用下，使变量泵变为马达工况，它所连接的电动机呈发电机工况。

本发明的优点是：当变量泵输出压力油经外部液压回路循环进入高位油箱，高位油箱的出口与相应的多级组合式油箱进油口相连，使多级组合式油箱始终充满液压油，电动机，变量泵速度传感器都浸渍在低位液压油箱内，使它们与外界空气隔离。这种设计可降低电动机，变量泵的燥声，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，还具有防爆功能。

加速踏板通过微机控制单元控制电动机使变量泵无级调速，这种变转速容积调速组合的调速方式能大大提高调速范围，可自动适应装卸电动车辆的各种工况，既不会使电机超负荷工作又无溢流损失，从而大大提高系统的效率，大幅度降低系统的升温。提高装卸搬运电动车辆作业效率。同时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构成闭环控制，保证电机转速的稳定。

电动机反馈制动，通过能量回收控制单元向蓄电池充电。若制动力矩尚欠不足，或需紧急制动可通过踏板推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联合制动，达到既节能又提高效果。

本发明改变了以往需用多台电机分别驱动所带来机构复杂，维修、保养困难。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位能的再生回收，本发明的多级组合式液压油箱，具有降噪、防爆等功能。它不仅仅采用了最新流行的交流动力，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—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—转向油缸；             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—变频器PWN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—箭头方向；

39—高电平电路；           40—低位液压油箱；

41—再生电磁阀；           42—补油阀；

43—补油阀；               44—单向阀；

45—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—倾斜油缸；             58—提升油缸；

59—微动开关；             60—电路；

61—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、2所示，本发明包含多级组合式液压油箱、液压转向装置、行走液压驱动装置、倾斜液压驱动装置、提升液压驱动装置、能量回收与微机控制单元。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，由电动机2同轴联接的速度传感器3，变量泵1、单向阀5、油温传感器6、液位传感器7、液压油10等组成。电动机2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组成一体的三位六通阀。

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，开关磁阻电机等，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等，简称变量泵。

工作原理

(1)起动运行：

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，并发出信号控制变频器的PWM信号15，变频器16根据输入的PWM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、优先阀19的进油口。再从优先阀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第二出油口经管路22与液压控制阀组9(处于中立位置)进油口23连接，通过管路24与高位液压油箱25连通，这时电动机2在低速空载下运行。这样既节省起动时间，又节能。加速踏板26的起始位置为零时、电动机2空载低速运转，该速度可调。

(2)转向运行

当驾驶员踩动加速踏板26同时发出指令，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，第一路输出油口经管路20转向器21至转向油缸11。优先阀19的作用，在任何情况下保证转向油缸11的用油，系统多余的流量或转向装置不转向时，全部的流量通过优先阀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

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PWM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。加速踏板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，保证加速踏板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，液压马达按箭头方向38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％爬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自动变量又选用低速大扭矩液压马达，使行走驱动装置具有优良的牵引特性。

(4)行走动能回收

变量泵1输出的压力油与加速传感器27的位移量对应，使液压马达30、31作相应的运行。当加速踏板26抬起作减速动作时，由微机控制单元8输出高电平，经电路39使再生电磁阀41从闭路成通路状态。这时液压马达30、31，在车辆的惯性带动下，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单向阀44或45，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，带动电动机2呈发电机工况，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，获得节能效果。需紧急制动时，通过制动踏板50驱动液压制动泵51，提供制动压力油，经管路52至制动器53、54，实现发电机制动和液压制动联合制动，使用方便制动效果好，安全可靠。

(5)倾斜运行

当操作倾斜换向控制阀13时，通过加速踏板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、后倾动作。

(6)提升运行

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，带动加速传感器27，发出的指令信号给微机控制单元8。同时电动机2，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，使电动机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油缸31作提升运行。当提升负载超过电机额定负载运行时，变量泵1将自动减小排量，降低驱动扭矩，不使电动机超负荷工作，始终在额定功率下运行，限制蓄电池4大电流放电，节约能量。

(7)提升再生下行

当提升换向控制阀14的手柄切换到提升液压油缸下降位置，并推动微动开关59时，发出信号经电路60输入微机控制单元8，同时微机输出一高电平经电路68使再生电磁阀61从关闭转为导通状态。货物的位能使提升液压油缸产生压力油经管路29，再生电磁阀61、管路63、47、单向阀5进入变量泵1的吸油口，这时变量泵变为液压马达工况，带动电动机2运转。由于电动机转子运转速度大于定子运转速度，电动机2进入发电机状态，通过微机控制单元8发出再生控制信号48向电动机2提供相应的制动力矩，控制提升油缸58的下降速度。产生的位能经能量回收制动单元49向蓄电池4充电，达到能量回收的目的。

(8)多级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，其内安装变量泵1、电动机2、速度传感器3，三者同轴联接，油温传感器6、液位传感器7装在低位油箱内，低位油箱40内，并充满液压油10，变量泵1的进油口与单向阀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，由于单向阀5的存在，使再生压力油驱动变量泵1呈液压马达工况。电动机一般都带风扇，但在低速运转下不起作用，而电动机在低速运转时发热最大，容易烧坏电机，如另加电扇散热，造成体积增大、能耗增大。本发明由于采用潜油电动机变量泵系统，所以电动机2不用风扇散热，使电动机尺寸减小，节约能源，而且大大降低系统噪声。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，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：小型化、降低噪声，节能、采用普通电机达到防爆电机的效果，使成本成倍下降。

Claims (6)

1、一种节能装卸搬运电动车，以蓄电池作为动力源，包含多级组合式液压油箱、优先阀、液压转向装置、行走液压驱动装置、倾斜液压驱动装置、提升液压驱动装置、动能和位能再生控制装置，其特征在于：一控制装置，控制电动机，变量泵进行无级调速，对行走液压驱动装置、倾斜液压装置、提升液压装置、转向液压装置、行走动能再生回收装置、提升位能再生回收装置完成装卸搬运工作；

一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、单向阀、油温传感器、液位传感器、液压油等，其中电动机与变量泵同轴联接，电动机侧设有速度传感器，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单向阀从低位液压油箱中吸低压油，从出油口向管路输出高压油；

一加速踏板，通过加速传感器输出指令信号输入给微机控制单元，由微机控制单元输出控制信号给变频器驱动电动机、变量泵，再通过速度传感器测速信号反馈给微机控制单元与指令信号比较修正，使电动机和变量泵作无级调速。

2、根据权利要求1所述的节能装卸搬运电动车，其特征在于：

所述的控制装置，由微机控制单元、变频器PWM信号、变频器、加速传感器、再生控制信号、速度传感器、液位传感器、油温传感器组成。

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：

所述的行走液压驱动装置，由行走换向控制阀、输入管路、输出管路、液控单向阀、单向阀、补油阀、液压马达和再生阀组成，行走换向控制阀与输入、输出管路、液控单向阀、液压马达的进出油口连接。

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：

所述的提升液压驱动装置，由提升液压换向控制阀、管路和提升油缸、再生阀组成，提升液压换向控制阀通过管路与提升油缸连接。

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：

所述的动能再生控制装置，由液压控制阀组、变量泵、电动机、液压马达、加速踏板、加速传感器、微机控制单元、电路、管路、再生电磁阀、单向阀、能量回收制动单元和蓄电池组成，当电动车前进或后退运行过程中，将加速踏板作减速运行，通过再生传感器信号输入微机控制单元，使再生电磁阀得电切换成通路，由于车轮带动液压马达转动，液压马达变为液压油泵的工况，它输出的压力油经再生电磁阀进入变量泵，使变量泵成为马达工况，驱动电动机成发电机工况。

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：

所述的位能再生控制装置，由提升换向控制阀、微动开关、管路、再生电磁阀、提升油缸、变量泵、电动机、能量回收制动单元和蓄电池组成，当提升换向控制阀切换到下降位置时，微动开关导通，再生电磁阀得电切换成通路，使负载位能把提升油缸内压力油通过管路压入变量泵的进油口，在压力油的作用下，使变量泵变为马达工况，它所连接的电动机呈发电机工况。