张翼　纪琛　蒋盛

【摘 要】随着当前社会的不断发展，在日常的生产和生活当中，对于能源的消耗量大幅增加，人们正面临着日益紧张的能源问题。工程机械是一个重要耗能部分，因此对于工程机械节约能源的要求也越来越高。混合动力叉车门架是一个较为常用的高耗能机械设备，对于其能源的节约，主要可通过动力学性能与势能的回收来进行解决。基于此，本文对混合动力叉车门架的动力学性能和势能的回收关系进行了研究，以期能够实现良好的节能效果。

【关键词】混合动力叉车门架 动力学性能 势能 回收关系

混合动力技术是当前一项较为先进的技术，随着该项技术的不断发展和广泛应用，在众多工业企业和科研机构中，对于混合动力工程机械的研究正日渐深入。常用的混合动力工程机械设备主要包括推土机、叉车、轮式装载机、液压挖掘机等。其中，混合动力叉车门架作为一个重要的混合动力工程机械，在实际应用中发挥出了很大的作用。但是，其能耗问题一直是阻碍其可持续发展的重要因素。随着近年来越来越严重的能源消耗问题，在该领域当中，对于其动力学性能和势能的回收也逐渐受到人们更高的重视。

1混合动力叉车动力学性能与势能回收系统数学模型

在混合动力叉车的动力学性能与势能回收系统当中，叉车门架下降过程的动力学方程为Mg-Fc-Ff=0.5δMa，其中，M=m0+0.5m1+m2+0.5m3。负载质量为m0，内门架质量为m1，货叉架和货叉质量为m2，升降油缸运动部件质量为m3，门架运动摩擦阻力为Ff，升降油缸活塞杆受力为Fc，重力加速度为g，货叉下降加速度为a，门架旋转质量转换系数为δ。

升降油缸力平衡方程为Fc-p1A1=m3ac+bcvc+Ffc。其中，升降油缸活塞杆受力为Fc，升降油缸活塞运动摩擦阻力为Ffc，升降油缸活塞面积为A1，升降油缸无杆腔压力为p1，升降油缸运动部件和负载粘性阻尼为bc，升降油缸活塞加速度为ac，升降油缸活塞运动速度为vc。

液压马达力矩平衡方程为Dmp2=Jmdω/dt+bmω+Tf+Tg。其中，液压马达和发电机转动惯量为Jm，液压马达摩擦转矩为Tf，液压马达入口压力为P2，液压马达弧度排量为Dm，液压马达角速度为ω，发电机再生制动转矩为Tg，液压马达回转粘性阻尼为bm。

在混合动力叉车动力学性能与势能回收当中，电机具有十分重要的作用与意义。对于门架势能回收来说，将电机当作发电机使用，其制动转矩越大，就能够回收越多的制动能量[1]。在一些常用的电机当中，对于其转矩来说，往往具有低速恒转矩，中、高速恒功率等方面的特点。也就是说当n

对于势能回收效率来说，可以通过方程ηt=Esc/Ep=Egηsc/Ep来进行计算。其中，势能回收效率为ηt，发电机对超级电容器充电能量为Esc，电机发电能量为Eg，负载势能为Ep，发电机到超级电容器能量转换效率为ηsc。负载势能公式为Eg=（m0+m2）gh+1/2（m1+m3）gh。其中，负载质量为m0，内门架质量为m1，升降油缸运动部件质量为m3，门架起升高度为g，重力加速度为g。

2门架动力学性能与势能回收关系

对于门架势能回收效率来说，对其产生影响的主要因素包括门架运动摩擦阻力、液压马达摩擦转矩、发电机到超级电容器能量转换效率、换向阀液压管路压力损失、升降油缸活塞运动摩擦阻力等[2]。在混合动力叉车门架当中，其液压马达转动惯量、升降油缸运动部件质量、发电机效率、液压马达效率、升降油缸活塞面积、液压马达排量等势能回收系统零部件参数；货叉下降加速度、货叉下降速度、门架负载等动力学性能参数；以及势能回收效率之间，存在着以下关系：

随着门架负载的增加，势能回收效率也会增加，在额定负载下，能够达到最高的势能回收效率[3]。随着货叉下降加速度的降低，势能回收效率会增加。在门架下降的过程中，货叉拥有越平稳的速度，就能够达到越高的势能回收效率。同时，在马达高效率运转和发电机高效率运转的转速范围之内，货叉如果越慢下降，就能够达到越高的势能回收效率。随着液压马达转动惯量的下降，势能回收效率将会增加。随着液压马达排量的增加，势能回收效率也会增加。随着升降油缸活塞面积的下降，势能回收效率将会增加[4]。随着升降油缸运动部件质量的下降，势能回收效率会增加。

3结语

作为当前一种主要的能耗组成部分，混合动力叉车门架对于混合动力工程机械的节能来说，有着十分重要的意义和影响。在实际应用中，通过其动力学性能与势能中各个方面的数学模型与公式，能够推导和计算出二者之间的关系，从而为混合动力叉车门架的节能提供借鉴和参考。

参考文献：

[1]龚俊，何清华，张大庆，张云龙，刘昌盛，唐中勇.混合动力叉车节能效果评价及能量回收系统试验[J].吉林大学学报（工学版），2014，01：29-34.

[2]刘昌盛，何清华，张大庆，李铁辉，龚俊，赵喻明.混合动力挖掘机势能回收系统参数优化与试验[J].吉林大学学报（工学版），2014，02：379-386.

[3]孙骏，胡悦，徐回，李卫民.混合动力叉车动力系统设计与仿真研究[J].集成技术，2013，06：11-17.

[4]强维博，赵宏强，龚俊，张龙凯.叉车混合动力驱动和能量回收系统研究[J].广西大学学报（自然科学版），2013，05：1059-1066.