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解析电动叉车全交流驱动技术

国内电动叉车的市场前景广阔

现代物流业现已成为新世纪国民经济的一个支柱产业。它不仅构成现代供应链、价值链管理的载体和基础,把生产、流通与消费有机地连接起来,加速社会再生产过程,而且以最快速度、最佳时间和最优组合完成商品从生产领域向消费领域的转移过程,最大限度地节省流通费用。而被誉为“搬运之神”的叉车在物流领域发挥着巨大作用。近几年电动叉车将越来越受到用户的青睐。但是从总体上来看电动叉车的市场比例仅仅为21%,该比例与欧美市场的电动叉车的比例相比较,仍存在相当大的差别。由此可见我国电动叉车有广阔的市场前景。

电动叉车具有明显的节能环保优势

电动叉车的许多优势除了噪音低,无废气的排放的特点外,其实电动叉车的使用和维护成本相对内燃叉车而言要有很大的优势。

使用成本:电能的消耗成本要比柴油或石油液化气的消耗成本低很多。假如我们以一台载荷能力为三吨的叉车来做比较,一辆柴油内燃叉车每个班次所消耗的柴油(按照每个班次消耗40升柴油,车辆每小时60个VDI循环消耗5.5升柴油计算)成本大约为196元(每升柴油4.9元)。而一辆三吨电动叉车如果采用的是80伏500AH的蓄电池的话(该电瓶的储存电量为8×500=40千瓦时),操作一个班次(放电80%,按照120%补充充电比例,需要消耗电能约为40度)成本是约140元左右(按照目前工业用电每度3.5元计算)。每天可以节省56元,一年按照250工作日计算的话,一年可以节省14,000元的能源成本。如果以使用5年时间来计算的话,可以节省70,000元。

电动叉车由于其操作控制简便,灵活外,其操作人员的操作强度要相对内燃叉车而言轻很多,其电动转向系统,加速控制系统,液压控制系统以及刹车系统都由电信号来控制,大大降低了操作人员的劳动强度,这样一来对于提高其工作效率以及工作的准确性有非常大的帮助。

维护成本:维护保养周期,电动叉车的维护保养周期相对内燃叉车而言要长两到三倍,通常内燃叉车的维护保养周期最长为500工作小时,而电动叉车许多已经能达到1000小时以上的保养周期。维护保养内容,电动叉车的维护保养要比内燃叉车的保养简便的多,通常只要润滑一些关节活动部位如门架轴承,转向桥等其他主要以检查清洁为主,最多也是在每2000或3000小时来更换一次液压油,齿轮油以及液压有滤清器,其他所需要的材料非常有限。而内燃叉车出了润滑以外,最长每500小时(一般在每300小时左右)就要更换发动机的机油和机油滤清器,每1000小时就要更换液压油,机油,传动油以及这些油过滤器。还要更换皮带(发动机的正时皮带,发电机皮带等)。如果还是以三吨叉车为例的话,按照每年操作2000小时计算,内燃叉车的维护保养费用要在3,000~4,000元(仅仅材料费用),而电动叉车的维护成本只要1,000~1,500元(材料费用)。

维护保养所需要的时间,由于电动叉车的维护保养间隔周期相对内燃叉车要长的多,同时每次保养所需要的时间要比内燃叉车少很多,这样大大节省了保养所需要的劳动力成本,其实更本实质性的是叉车的停机时间大大缩短了,这样对于提高了的叉车工作效率所带来的经济效益是难以计算的。

电动叉车的电瓶的使用寿命为1500次充放电循环,折算为叉车的工作小时为10,000小时左右,同样这也在相当于一个内燃叉车的发动机大修的时间,这样的时候电动叉车电瓶的更换成本与发动机大修的成本是比较接近的,但是更换电瓶的速度要比大修发动机的速度(或者更换发动机的速度)快很多,又体现出时间效率上的优势。

由此可见,虽然我们在采购电动叉车使所花费成本要比同等载荷能力的内燃叉车要高出30%,但是其总的使用成本上就可以直接用数据来衡量的就可以看出,其实是用电动叉车的总费用是比内燃叉车低很多的。一方面,越来越多的叉车室内操作,这样对车辆尾气的排放的要求越来越高。欧美等地的已经严格规定,室内禁止使用内燃叉车。即使现在在我国国内的法律法规还没有开始严格限制内燃叉车在室内使用,但是相比较内燃叉车,电动车辆的低噪音,无尾气排放的优势已经得到许多用户的认可。另外,选用电动叉车还有一些技术方面的原因。电子控制技术的快速发展使得电动叉车操作变得越来越舒适,适用范围越广,解决物流的方案越来越多,象电动托盘车,电动的堆垛车,前移式叉车,三向窄通道叉车等这些是内燃叉车所不能做到,但是电动叉车解决了这些问题,尤其在仓储物流系统解决方案中起到了非常重要的作用。就这些方面来看,电动叉车的市场需求增长速度会越来越快,电动叉车市场份额也会越来越大。

电动叉车日见完善走向实用化

电动叉车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求。电动叉车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动叉车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高其经济效益。有些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动叉车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动叉车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点,使电动叉车的研究和应用成为叉车工业的一个热点。

电动叉车的困难是目前蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动叉车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵。

电池是电动叉车发展的首要关键,要想在较大范围内应用电动叉车,要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选,现在普遍看好的氢镍电池,锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4~5倍,正在大力攻关让它降下来。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池为4倍,而且锂资源较丰富,价格也不很贵,是很有希望的电池。我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动叉车其他有关的技术,近年都有巨大的进步,如:交流感应电机及其控制,稀土永磁无刷电机及其控制,电池和整车能量管理系统,智能及快速充电技术,低阻力轮胎,轻量和低风阻车身,制动能量回收等等,这些技术的进步使电动叉车日见完善和走向实用化。

交流驱动已成为电动叉车的驱动主流

电动叉车是一项综合技术,其中电气驱动系统是电动叉车的关键技术之一。随着交流电机控制技术以及大功率电子器件发展,交流驱动已经逐步变成电动叉车驱动主流。采用矢量控制的交流异步电机驱动技术,电机结构简单,坚固,而且控制性能好,已被广泛地应用于各种电动车辆。

多年来,直流电一直是电动仓储搬运设备的主变动力源,直流驱动作为一种较便宜的驱动方式在很早以前就已在电动设备上广泛应用。然而,直流系统本身在性能、维修等方面存在一些固有的缺陷,而交流电及交流电动机在此方面较之远胜,因此番大室内搬运设备生产商都已开始致力于交流技术应用的研发。

其实,自19世纪末,交流动力即已得到普遍的使用,亦正是交流电动机技术推动了工业、铁路及其他领域的电气化进程。现在,应用交流技术的电器产品已随处可见,交流也许已成为得到最广泛测试与验与验证的技术。交流技术的优点主要体现在以下方面:高低电压之间的转换简单;电动机变为强劲高效,并可经受高电流的冲击。电动机的零件数量大大减少,并且无磨损,坚固耐用;相对直流电动机来说,成本降低显著。然而,交流电动机在以电瓶为动力的设备如叉车上应用收到一定的限制,主要有两个原因:80V的低系统电压,需由高能半导体实现直流向交流的转换,此项成本居高个下;转换过程本身会消耗能量,而电瓶容量相当有限。BT公司现已开发出新型系列的交流动力前伸式叉车--Reflex Aci。新系列叉车克服了以下问题,实现了交流技术的所有潜能,使叉车的操作成本降低,性能及可靠性显著提高。

叉车常用的几种电动机技术介绍 如下:

串联直流电动机。这是最古老、最传统的电动机。电流输送至电池及转干,并通过炭刷传到定子。这种方式有两个缺陷:所有的电流必须经由炭刷来输送,性能取决于炭刷的物理尺寸及磨损情况。最主要的是,这一点限制了制动性能的发挥。另外,电动机炭刷作为易损件必须定期更换,否则会极大影响电动机寿命。考虑到这一点,许多厂商都会在叉车上配置侦测磨损并发出警告的装置,这一装置增加了叉车的成本。所有的电动机都会发热,但在直流电动机中,热量主要产生在电动机的内部部件,因此大多数的直流电动机都会同时配备一个风扇用于散热。

他励电动机。这是一种较为先进的直流电动机,定子及电枢的能量分别输入。与串联电动机相同,这种技术已应用了相当长的时间。新技术使用分开激发的并励磁场与电枢,使电动机的性能控制比串联电动机要好得多。这种电动机通常被称为4象限电动机,因为它在前后两个方向都能行驶与刹车。然而,电动机炭刷的缺陷仍然存在。

三相交流电动机。技术上来说,这是结构最为简单的一种电动机。其原理是将三相交流电输送给固定的线圈,产生旋转的磁场感应短接的转子上的电压。交流电动机没有发刷,也没有直流电动机通常对最大电流方面的限制,这意味着电动机在实际使用中可以得到更多的能生及更大的制动扭力,于是可以更快的速度运转。交流电动机中,热量主要发生在电动机外壳部分的固定子线圈,便于冷却与散热。如果需要的话,转子可以被密封。交流电动机没有需定期更换的易损件,同时,它比直流电动机上高效、耐久,成本也更低。

电瓶叉车应用交流技术相应措施

电瓶叉车应用交流技术存在两个问题:即80V的低系统电压及相应较高的电流;直流交流转换时的能量损耗。尽管如此,交流动力在叉车上的应用仍逐渐扩大。但是大部分的厂商提供的交流动力叉车主要是用于防爆环境下的直流叉车的改型,价格相当昂贵。BT的前移式叉车系列则不同,它不仅仅是采用了交流动力,而且应用了系列全新设计理念,使交流技术的优势得到充分体现与发展。要达到这一目的,首先要解决3个问题:转换能量损耗;硬件成本;低压交流电动机的制造技术。

相应的措施如下:

平衡能量损失。转换能量损耗的解决办法是将叉车视为一个完整的系统,而非仅关注于某个部件。最终归结为使在流向交流转换时的能量损耗等同于直流电动机炭刷部分的能量损耗(交流电动机没有炭刷),这一过程通过先进的电子系统得以实现。

降低成本。接下的第二步是维持硬件部分的低成本、这一目标最终通过广泛的试验找到最佳类型及数量的半导体元件而得以实现,在此过程中电子元件价格的不断下跌也有相当帮助,同时证明了交流技术的战略前景。然而,最重要的因素还是整车设计都基于支流技术交流电动机的高制动扭矩是关键。实际上,交流电动机的制动能力是等同于其加速能力的。电气制动可以通过改变行驶方向实现。如果大要更强力的刹车,就必须使用传统的刹车。通过对电动机尺寸的仔细研究,得到了比加速扭矩大得多的制动扭矩,使交流电动机的电气制动效果要比直流电动机强很多。

高效的制动意味着传统的制动系统可被大大简化、在BT的前移式叉车中,普通的行车制动已被泊车制动替代。不论驾驶者通过刹车踏板刹车,还是转换行驶方向刹车,电动机均会停转并且产生类似发电机的作用。这意味着刹车衬的磨损降至最低。

能量回收。交流电动机在行驶与制动上的效率都更高,刹车时,电动机反向转动,也就是说交变电压的频率比转子频率低,并且电动机产生放电的作用。刹车越强烈,再生的能量越多。

一部叉车有两个较大的电动机,一个用于行驶,一个用于提升。两者都可产生能量再生。典型的前伸式叉车使用时,所有能量消耗可分为以下几部分:50%用于行驶;4O%用于提升及门架与货义的其他动作;10%用于转向、风扇等。荷载提升时,能量开始消耗,当货物随货叉下降时,能量得以回收利用,现场测试表明,负载提升时的能量消耗占总消耗的19%。

BT的前移式叉车系列优先考虑行驶部分的能量再生,因为这是能显消耗最大的部分,并且无需增加系统的复杂性,即无需增加任何成本即可达到。由于其高制动扭矩,几乎所有的制动方式均和产生能量所生。在某些直流动力叉车上也有电气再生制动,但必须在强烈的刹车时才可能发生,这也意味着再生的部分能量在刹车衬部分就转化成了热量。而几乎在所有的状况下,Aci均会产生能量再生,并且持续作用在直至叉车完全静止。有多少能量可以被回收实际上是无法计算的,它取决于不同的使用状况,开始刹车时的速度等,一个较合理的数字是10%~15%,即叉车整体能量消耗的5%~7%。

提高性能。回收的能量如果不能合理利用,其益处是有限的。最简单的做法是能是回充至上电瓶以延长使用时间。在前移式叉车系列中,BT将这部分能量用于提高叉车的整体性能。其结果是最高速度提高了10%,更为明显的作用体现在加速度上。

综上所述,交流技术在叉车上的应用,使得叉车的性能整体提高,故障及事件更换率明显降低,可靠性大大增强。在用户端即体现为单位时间更高的生产力,更低的操作及维护成本。交流技术在电瓶叉车上被称为未来的技术,必将得到越来越广泛的运用。

中国电动叉车市场潜力仍有待开发

尽管最近几年中国电动叉车销售量在逐年递增,取得了一定的成绩,但是电动车辆销售量始终只占叉车总销量的20%左右,这与欧美、日本等成熟叉车市场60%左右的市场占有率相比明显差距很大。差距大也意味着增长空间大。中国电动车辆市场保有量还处于一个比较低的数量级上,其发展空间十分广阔。随着国内用户健康环保意识的增强,国家节能减排政策实施力度的加大,以及医药、食品等众多对车辆环保性能要求更高的行业中叉车普及率进一步提高,中国电动叉车市场势必得到空前增长。

电动叉车的核心技术在于“三电”,即电机、电控、电瓶,尤其是最近几年交流电技术应用越来越广泛,使得当代电动叉车对技术水平要求越来越高。电动车辆以其低能耗、无污染、操作便捷易维护等多种优点势必将在中国叉车市场上遍地开花。更加值得关注的是电动仓储车辆的未来发展,预计未来3~5年内必将形成异军突起之势。可以说,看中国叉车市场未来发展,就要看电动车辆的发展,尤其要看电动仓储车辆的市场发展。

近几年中国叉车行业火爆,不仅体现在国内市场增长迅速上,出口业务快速增长也是行业火爆态势的最好佐证之一。中国叉车出口流向主要为美国、德国、法国、俄罗斯、意大利等机械制造强国市场。一方面体现了国产叉车质量水平的提升,已经被世界成熟市场用户所认可,另一方面说明国产叉车以其良好的性价比优势在国际竞争中已具备很高的市场竞争力。2007年上半年中国叉车市场进口叉车及装有升降或搬运装置的工业车辆共7349台,与2006年同期的6702台相比增长了9.65%,已列名进口叉车品种中,以电动叉车为主,说明国内市场目前对电动叉车已经有了一定的需求。国内企业生产的电动叉车由于种种原因还不能充分满足电动叉车用户的需求。

仓储车辆具体化为电动有轨道巷道堆垛机和电动无轨道巷道堆垛机两个机种。这两种堆垛机通常被用作库房中货架补货堆高的专用机种,属于仓储车辆的范畴。由于国内目前高品质的仓储车辆产量十分有限,必然要通过进口途径来弥补这一市场缺口。另外,中国对内燃叉车的需求有向大型化发展的趋势,集装箱就是大型叉车的一个品种。这与进出口贸易日益频繁有很大关系。

就叉车进口情况来看,中国市场存在的供应缺口为电动平衡重式叉车、以堆高设备为代表的各种仓储车辆和大型港口用集装箱叉车。

电动叉车交流动力发展趋势

电动叉车动力的发展趋势是交流系统。合肥搬易通科技现已推出多款采用交流驱动系统的电动叉车。其新型前双驱全交流平衡重式蓄电池叉车的许多强化性能都是以先进的交流驱动系统为基础的,该系统对性能所提供的控制水平与以往的任何产品都不同。例如,交流电源系统所提供的电源控制使得前双驱全交流平衡重式蓄电池叉车能够充分利用每一次电池充电潜能。到目前为止,所有的电动叉车都曾经历过随电池电力消耗而性能逐渐下降的情况。而前双驱全交流平衡重式蓄电池叉车因为有了电力保持功能,所以操作者能够享受到“刚充完电”般的强劲动力,其时间要比现有的叉车型号长40%。

由于交流叉车高性能、高可靠性,免维护等优点,全世界的电动叉车正在从直流技术向交流技术转换,这个趋势在中国市场也有充分的体现,目前中国的很多叉车厂都在开发交流叉车。但在这一技术领域我国尚处于起步阶段,国内已有几家主要的叉车企业使用丹纳赫传动公司提供的交流驱动系统生产电动叉车,其系列化产品正在开发试制中。例如,合肥搬易通科技发展有限公司采用全交流驱动系统的四轮1.5t全交流驱动叉车正在开始批量生产。目前,国内主要的叉车制造商都已制订了新的交流驱动叉车的研制计划。随着中国叉车市场逐渐与国际市场接轨,交流驱动叉车也呈现出加速发展势头,市场潜力巨大,前景看好。

总之,交流驱动系统作为叉车更新换代的技术,必将得到越来越广泛的运用。这项被称为“21世纪电动叉车的革命性技术”,对叉车企业的技术水平、产品销量、市场份额、利润乃至创新形象等都会产生一定的影响。毕竟,未来的竞争更多地体现为技术的较量。谁掌握了新技术,谁就能在未来的市场中赢得更多优势,占领更为有利的位置。可以预见未来五年,中国制造的叉车将有一半是交流的。在技术上,比较重要的趋势是,随着控制技术发展,电动叉车动力系统的开发要求电机和电控互相匹配。
博文:http://www.veshai.net/blog/post/3.html


 
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