叉車電機
眾所周知,給電動叉車提供直接動力的是電機。當前,全球電動叉車行業毫無例外的表明,采用交流電機已經成為一種必然的趨勢。然而,一直到上世紀90年代。電動叉車一直采用傳動的直流電動機(DC)。鑒於當時的技術,沒有可替代的方案。
1990年之後,兩種新型電動機幾乎同時進入了叉車的工業生產中:低壓交流電(AC電動機)和他勵電機(Separately Excited Motor,SEM)。他勵電機屬於直流電機,是指電機的勵磁線圈和電樞繞組是分開的電機,勵磁電流單獨提供,與電樞電流無關。他勵電機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電。他勵電動機由於采用單獨的勵磁電源,設備較複雜。但這種電動機調運範圍很寬,多用於主機拖動中。他勵電機沒有定向接觸器。不再需要弱化激勵來加速,製動是再生的。在製造中,立的勵磁電動機與常規的直流電動機幾乎沒有什麼不同。
因此,在傳統的叉車製造行業中,交流電機在某種程度上受製於技術。然而,自1990年代後期以來,設計人員再次關注電驅動器的這種設計。實際上,交流電動機在製造技術上是好的,並具有許多特定的優點。
由於交流電動機沒有前/後換向接觸器,因此沒有電刷或換向器。體積更小、更輕並且旋轉更快。不再需要定期檢查和更換碳刷。最關鍵的問題是,叉車電機在其整個使用壽命期間幾乎不需要維護。因此,叉車更加可靠和穩定。另外,設計叉車時候不必保留維護空間,因為電機完全處於密封樁體,使叉車的結構更加緊湊。非接觸式製動可以使得製動減少磨損,比傳統製動要簡單得多。另外,當叉車駕駛員使用製動器減速或停止車輛或改變方向,電機就像發電機一樣,將電磁轉矩轉換成製動轉矩。這意味著刹車片的磨損將比較小。這大大減少了維護成本並比較大程度地降低了運營成本。另外,交流電機的運轉和製動效率更高。當製動或改變方向時,將產生能量。強大的製動作用將產生更多的再生能量。能量將返回到電池以延長其工作時間。雖然一些直流驅動的叉車也具有再生製動功能,但僅僅是在在非常強大的製動過程中才啟動。這意味著大量的再生製動過程中,能量被傳遞給熱量。但是,交流變頻器可以幾乎在所有工況下產生再生能量,並持續到叉車完全停了下來。顯然,能量再生效率方麵要高於直流電動機。
此外,由於采用了高頻控製,因此交流電動機可提供比較佳的電能回饋(回收)。德國知名叉車公司Still首次在其平衡重式叉車上使用這種發動機。
電子係統
發動機控製技術也已完全改變了。從上世紀20年代到50年代,叉車的生產使用的是碳堆-一種控製係統,該係統由幾個碳環作為電阻,並依次將它們包含在運動發動機的電源電路中。當您踩下速度踏板時,碳環被踩下,從而降低了電阻並提高了機器速度。
隨後,從上世紀40年代末到60年代初是鼓控製器,當踩下速度踏板時,該控製器將關閉某些金屬阻力部分。由於電阻的變化,調節了發動機的轉子速度。另一個在上世紀50年底得到應用的技術解決方案是,一個由許多開關組成的係統,該係統通過速度踏板的微動開關,以各種步驟接通和斷開或起動電阻。在上世紀60年底初期,叉車的生產開始使用家庭電器上的晶體管作為其電子控製係統或負載開關和SCR控製(矽控製整流器)。SCR控製係統比較麻煩,因為要打開或關閉主晶體管。
微處理器不僅更容易使用,運行非常速度很快,沒有能量損失。而且可以並聯連接,甚至可以調節很多電壓,這意味著它可以在重型叉車上。MOSFET開關適合於調節高達96 V的電池電壓。當前,基於IGBT(集成柵雙極晶體管)緣柵雙極晶體管的另一種技術是切換這種高電壓。它的工作原理幾乎與MOSFET一樣容易,並且與SCB控製一樣可靠。
隨著這些技術創新的引入,控製係統變得更加緊湊、高效、強大和可靠,並且其成本更低。由於在電池充電器中使用了高頻技術,因此可以在比較短的時間內將電池充電到比較大可能的電流值。特別注意的是,Pitstop方法允許在午餐休息時間和其他休息時間給叉車進行充電,這意味著電池可以使用更長的時間。反之反,可以選擇較小的電池來執行與之匹配的物料搬運工作。
當控製係統上的電子設備接收到異常數據會發出警告信息。在帶有內燃發動機(ICE)的叉車上使用電子係統主要可提高生產率,使得叉車更安全,操控更舒適和易用性。此類係統的示例包括德國永恒力公司(Jungheinrich)開發的“降低曲線速度”(一種安全功能,可通過根據轉向角降低速度來提高機器的側翻穩定性)或日本豐田公司的主動安全係統(SAS)。在SAS係統中,基於來自傳感器的數據以電子方式進行控製,例如負載的高度,機器的速度和旋轉角度。一旦任何參數的值或其組合達到臨界值,係統就報警。
這些數據總線已成為的行業標準。在ICE叉車上使用電子設備的典型示例是基於Can-bus係統和電子控製的發動機控製係統,這是重型叉車的標準配置。
阿基米德說:“如果給我一個支點,我將撬動地球。”確實,支點是任何關聯的基礎,這同樣適用於叉車:其負載能力和最大允許負載直接取決於其正麵和側麵穩定性。如果設計叉車底盤和上部結構,使叉車的車輪始終與路麵接觸,則可以達到必要的動態穩定性。這需要比較大的軸距和比較低的重心。因此,與以前的型號相比,現代叉車一些型號具有相同底盤。電動叉車,其中的電池直接位於軸距中間的底盤上。它們的重心非常低,因此具有很高的穩定性。1990年代後期的統計數據顯示,與叉車作業相關的所有死亡中,約有25.3%是由於傾覆造成的,而由於貨物下降而造成的死亡隻有14.4%。這就是為什麼歐盟製定的叉車標準(EN 1726)對製造商提出了非常嚴格的要求的原因:為了減少正常操作期間,側麵和正麵翻倒的風險,叉車必須通過標準的穩定性測試,並且不得發生變形。
安全性比較高的要求是用於在空曠地區工作的重型叉車。對於他們來說,剛性焊接的一體式底盤是必不可少的標準。在這種情況下,發動機、變速箱和差速器應安裝得盡可能低。裝備了豐田第七係列叉車的SAS(主動穩定係統)主動穩定係統,在確保叉車的穩定性方麵已經取得了重大進展。SAS會在叉車麵臨側向、向前或向後傾斜的情況下主動工作。
SAS係統使用來自傳感器的信號,分析叉車是否處於潛在危險狀態,並在必要時安全功能。用於測量車向側麵的偏差的觸摸傳感器的工作原理與衛星導航係統相同。
可充電電池
在改進電動叉車的過程中,叉車製造商開始為其配備更重的電池,目的是為了提高了容量。因此,隨著每種新型號的問世,機器的性能也在不斷提高。前幾代叉車配備了容量為200 Ah的電池,如今,配備了容量為600至750 Ah的可充電電池的叉車很常見。這增加了叉車的承載能力和長時間工作而無需充電。關於傳統的鉛酸電池的工作原理,到目前為止也沒有特殊的突破。但是,電池本身變得更大,功能更強大。可以注意到在減少充電時間和組織電池中液體循環方麵所取得的進展。電子設備用於電池預防性監控,可讓監控電池溫度,電池的液位,電池故障和電量。
1970年代初,全球靠前家叉車製造商Clark意識到了電動叉車的兩個電壓值之間的選擇。如果操作員選擇比較大功率模式或能耗降低的節能模式,則可以根據需要來移動。