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防爆全液压交流电动叉车技术分析


一、电动防爆叉车的技术背景

电动防爆叉车技术的应用始于60年代并主要在少数几个欧美发达国家,一方面是由于发达国家受到生态环保压力的日益增大,以及能源资源的影响,电动叉车也进入了发展阶段,另一方面随着安全生产意识的增强,对危险品生产储运设备的安全性能要求也越高,作为储运设备的叉车也必须具备安全防爆技术性能,因而防爆叉车首先在经济发达国家得到了起步和发展。

电动防爆叉车技术在6070年代由于受到当时电子技术水平和电动叉车制造技术的局限,造成电动叉车本身存在运行电流大、蓄能时间短、温度高、电路防爆可控点多的缺陷,在防爆手段上仅采取隔爆、增安的处理方式,这样整机在使用过程中产生电流大、温升快、线路老化快、使用时间短、人工维护多并对操作者人为责任要求高。

电动防爆叉车技术在进入了90年代以后,随着电子技术水平的发展和电动叉车制造技术水平的提高及AC交流技术的发展应用,国外发达国家电动防爆叉车技术走向了高智能化控制技术、高运行性能、高安全性方向发展道路。

二、设计方案解析

   本方案要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术的叉车存在的电流大、耗能大、温度高以及连接线路复杂的缺陷,提供一种新的全液压交流电动叉车。为此,本发明采用以下技术方案:

全液压交流电动叉车,包括液压系统和电气系统,其特征是:

所述液压系统包括:

主要由起升油缸和倾斜油缸组成的并由多路阀控制的倾斜升降装置,

主要由转向器和转向油缸组成的转向装置,

由液压马达以及设置在液压马达上的液压马达制动器和液压马达调速阀组成的并由一个控制阀和一个换向制动阀控制的行走驱动装置,以及

一个齿轮泵,该齿轮泵产生的液压能量分两路输出:一路经一个优先阀供给所述的转向装置和所述的倾斜升降装置,另一路经一个压力切换阀通向所述驱动装置;

所述的电气系统包括:

蓄电池电源、钥匙开关、一个交流电机和交流传感控制系统,

以蓄电池电源作为能源通过急停开关接通并由DC-DC变压器分为高压电源和低压电源两路输出:低压电源经所述钥匙开关接通交流传感控制系统、一个主要用于控制所述交流电机的交流控制器、并接通与所述交流控制器连接的仪表、温度传感器,

高压电源通过熔断器接通所述交流控制器并经受控于所述交流控制器的主接触器接通所述交流电机,在所述交流控制器上连接有加速器和起升、倾斜开关,并接通负载继电器、绝缘监视器、热降控制、电子防护栅、安全功能开关;

通过所述加速器控制所述转向装置和行走驱动装置,所述的起升、倾斜开关经所述交流控制器控制交流电机带动齿轮泵并进一步经多路阀控制倾斜升降装置。

工作时,蓄电池电源经DC-DC变压器到钥匙开关,当钥匙开关断开电路时,电气系统和液压系统停止工作。当钥匙开关接通电路时,高压电源接通交流控制器,主接触器吸合:此时若接通加速器,通过交流控制器输出接通交流电机,这时交流电机处于由交流控制器设定的叉车怠速状态,随着加速器的加速(如用脚踩踏脚踏板式加速器),交流电机的转速由低速到高速运行,带动齿轮泵运转供转向装置、行走驱动装置工作;此时若令加速器处于原始状态(加速器断开电路),在交流控制器设定的时间内仍然使叉车处于怠速状态,直到设定时间完毕,系统电源关闭;此时若接通起升、倾斜开关,则通过交流控制器控制交流电机运行带动齿轮泵运转供倾斜升降装置工作。

本方案的优点是:

1、由交流控制器、交流电机和加速器形成的无级调速系统,使行走系统从慢速到快速运行状态自如、稳定、可靠,并且将交流控制器设计成即能实现液压行走无级调速又能实现液压起升、倾斜控制(由加速器连接交流控制器控制电机带动齿轮泵运转实现液压行走无级调速,再由起升、倾斜开关连接交流控制器控制电机带动齿轮泵运转实现对叉车的起升、倾斜控制)。

2、系统在启动后只是处于怠速状态(在交流控制器程序上设定一个最低转速,由交流控制器控制电机在低转速下工作),使液压系统的转向装置在一定时间内确保能源供给,不工作时延时关闭,这样不浪费系统能量,整机能耗降低。

3、由于是单电机无级调速工作,加之电机既要具备泵电机特性又要具备行走电机的特性,所以电机的形式是交流,并将其工作时制设计为60分钟,这样电机满足了液压行走和液压起升的条件。

4、系统具备故障的自动诊断功能,通过仪表显示故障代码,方便了技术服务。

5、启动性能良好,由于交流电机是免维护、高效率、低电流、低噪音等特性,由此不会造成电机的损害且能耗小。

总之,这种将单个交流电机作为核心将电气系统与液压系统的设计结合起来,使整机系统提高了效率、降低了能耗、减少了维护保养、增加了整机的安全性,而且结构简单、操纵灵活、功能增强。

三、具体实施方式

    

本方案的全液压交流电动叉车,包括液压系统和电气系统,其中:

液压系统包括:

由传动相连的单交流电机和齿轮泵构成动力装置;

由起升油缸和倾斜油缸组成倾斜升降装置;

由连接有优先阀的转向器和转向油缸组成转向装置;

由双速液压马达、设置在马达上的液压制动器和液压调速阀组成行走驱动装置;

液压制动器由控制阀的行走卸荷制动阀控制;

多路阀由倾斜阀、起升阀等组成:多路阀进油阀片主油路上设有一个溢流阀控制倾斜升降装置的系统压力,主油路与倾斜阀和起升阀的腔体相通,其中起升阀上设有一个溢流阀控制起升压力,倾斜阀连接倾斜油缸,起升阀连接起升油缸;

控制阀由行走卸荷阀、调压变速阀等组成:控制阀进油阀片主油路上设有一个减压阀控制压力,调压变速阀一油口与二级调压阀连接,另一油口与液压马达的调速阀连接;行走卸荷阀一油口经背压阀回油箱,另一油口与液压马达制动器连接;

换向制动阀由行走换向阀、制动阀等组成:换向制动阀进油口设有一个溢流阀控制压力;行走换向阀中位回油箱,另两位油口分别与液压马达的正、反向油口连接;制动阀连接在行走换向阀与液压马达之间;

压力切换阀由二级调压阀和背压阀等组成:二级调压阀与控制阀与齿轮泵出油口连接,背压阀连接在回油路与油箱之间;

由控制阀、齿轮泵、双速液压马达、换向制动阀、压力切换阀构成的回路作为液压调速回路。

电气系统包括蓄电池电源、急停开关、钥匙开关、一个交流电机和交流传感控制系统:

蓄电池电源作为能源通过DC-DC变压器将电源分为高压电源和低压电源两路输出:低压电源经钥匙开关接通交流传感控制系统、一个经加速器开关接通的主要用于控制交流电机的交流控制器;高压电源接通交流控制器并经受控于交流控制器的主接触器接通交流电机,在交流控制器上连接有加速器和起升倾斜开关;

且:交流电机的工作制为60分钟,交流控制器上连接有仪表,低压电源经各功能开关通过交流控制器控制电量,通过仪表显示精确的电量;并通过具有自动诊断功能的交流控制器对系统故障通过仪表显示故障。

交流传感控制系统包括:交流控制器、过载保护、温度传感器、绝缘监视器、热降控制传感器、电子防护栅等。

该电气系统工作时,蓄电池电源经急停开关到钥匙开关,当钥匙开关接通时,经DC-DC变压器分为两路电源输出:

一路为高压如70V电源接通交流控制器,则主接触器吸合并由仪表显示电量及工作状态;当加速器开关接通时,通过交流控制器输出接通交流电机,这时交流电机处于由交流控制器设定的怠速状态,随着加速器的位移(脚踏板式),交流电机的转速由低速到高速运行,带动齿轮泵运转供转向装置、行走驱动装置工作;当加速器开关处于原始状态时(断开电路),交流电机在交流控制器设定的时间内仍然使系统处于怠速工作状态,直到设定时间完毕,系统电源关闭;当起升、倾斜开关接通时,则通过交流控制器控制交流电机运行带动齿轮泵运转供倾斜升降装置工作。

另一路为低压24伏,当钥匙开关打开电源接通时,工作电源通过过载保护与交流控制器连接,当工作电流过大时,过载保护断开交流控制器的电源信号,使整机系统停止工作;当系统温度过高时,通过热降温度传感器发送传感信号给交流控制器并通过它降低整机系统的运行负荷以达到控制系统温升的目的;当系统温度超过设定标准时,温度传感器发送传感信号给交流控制器并通过它使整机系统停止工作,当温度降低到低于设定标准时,整机自动恢复功能;系统安全功能开关及加速器开关通过电子防护栅与交流控制器连接,当功能开关出现不正常工作状态时,电子防护栅将会起到隔断防护作用,交流控制器不会工作。

以下结合液压系统和电气系统详细的说明本方案叉车的工作:

以蓄电池作为能源,当钥匙开关打开时,通过DC-DC变压器将70V和24V电源接通,这时主接触器吸合,电气系统通电。

当脚踏式加速器开关打开时,这时交流控制器控制交流单电机直接带动齿轮泵怠速运转,流量通向液压系统,从而满足转向器的排量需求,达到实现叉车原地转向的功能。

通过操纵行走换向阀变换叉车的前进和后退并通过脚踏加速器的行程经过交流控制器控制交流电机的转速以控制齿轮泵的排量通向液压马达控制叉车的行走速度;当松开加速器踏下制动阀时,节流封闭液压马达的A、B油道实现制动。

操纵控制阀中的速度换向阀并经过能量控制阀中的二级调压阀实现高压、低压并经过液压马达中的液压调速阀从而来达到叉车的爬坡行走功能和高速行走功能;通过控制阀中行走卸荷制动阀变换行走工作和系统卸荷的功能,并通过阀中的制动档通向液压马达中的液压制动器实现手制动。

在多路阀中起升阀和倾斜阀上各装了一个微动行程开关,当操纵起升阀时其加装的行程开关闭合接通交流控制器控制交流电机带动齿轮泵全速运转使叉车达到起降功能;当操纵倾斜阀时同样原理使叉车达到倾斜功能。

在交流控制器控制交流单电机怠速工作状态下,既能使能量满足转向系统的需求,又能起到低负荷、少能耗的作用,在正常工作状态下,由于转向器配置的优先阀,使叉车转向灵敏,并保证在任何动作时,叉车始终具有优先转向的动作。

当加速器开关处于原始状态时(断开电路),交流控制器在设定的时间内仍然使系统处于怠速工作状态,一到设定时间系统电源关闭(延时时间在交流控制器程序内设定),这样保证了在不操作的一定时间内,仍能保证转向功能。

当系统出现故障或操作错误时通过交流控制器中的自动诊断功能,在仪表上以英文和数字形式显示故障,方便了技术服务。

采用交流变频矢量速度控制,其灵活性、准确性高而且揉性传动的特点使叉车具有传动效率高、温度低、运行电流小的良好特性;由于采用交流电机没有碳刷和换向器,所以交流电机是免维护的。

整机工作时,电气系统通过交流控制器可方便地对液压运行系统的工作状态进行设定和调整,且通过能量控制阀和行走泄荷制动阀的调节可以对电气系统的负载过流进行保护。

四、结束语

   目前,防爆全液压电动叉车已由浙江佳力科技股份有限公司申报获得多项国际、国内技术发明专利 、实用型技术专利,通过技术成果转化实现产业化,拥有自主知识产权的防爆全液压电动叉车已广泛应用于国防、石油、石化等危险性作业场所,多次出国参展受到好评,并出口国外。为国内防爆车辆的创新发展,为国家安全生产提供保障。电动防爆叉车作为一个中国朝阳产业,一定会发展壮大并竞争国际市场。

 

 

 

 

 

 

 

 
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