电动叉车液压起升节能系统中液压蓄能器的选择计算

　　前 言

　　当前，能源问题日益突出，研究节能型产品已成为中国及世界工业技术开发的新热点。 人们对节能系统的研究，绝大多数是采用各种能量回收技术对能量进行回收和重新利用。 按照能量回收方式的不同， 在液压系统中可分为机械能量回收方式，电能量回收方式和液压能量回收方式等几种形式。 采用液压能量回收方式可较长时间储能，各个部件技术成熟，工作可靠，这种能量回收方式主要是靠液压蓄能器来实现的。

　　浙江大学多年来在电梯节能方面的研究已经比较成熟， 利用两个液压泵 / 马达和电机同轴连接的能量转换装置来回收负载势能，这种节能系统效率高，能很好地解决负载势能的回收问题[1] [2]。 由此，作者将此技术应用到电动叉车上来回收货叉下降时的负载势能。

　　电动叉车液压起升节能系统简图如图 1 所示，这里针对液压蓄能器在电动叉车液压起升节能系统中的应用进行分析。

　　1 工作过程和数学模型

　　液压蓄能器主要有重锤式、充气式和弹簧式三种类型。 常用的充气式蓄能器有活塞式和气囊式两种。 气囊式蓄能器的特点是气体与油液完全隔开，气囊惯性小、反应灵活、结构尺寸小、重量轻、安装方便，是目前应用最为广泛的蓄能器之一。 本系统选择气囊式蓄能器进行能量回收。

　　(1)工作过程

　　气囊式液压蓄能器工作时，可把工质(氮气)看作是一个独立的热力学系统，蓄能器的工作过程就是该系统和外界进行能量传递和转化的过程。 气囊式蓄能器的工作原理以波义耳定律为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先要向蓄能器充入预定压力的气体。 当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力能转化为气体内能;当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。 一般资料中，气囊式蓄能器的工作过程是理想化了的能量转化过程，即假设蓄能器状态变化过程中气体与外界没有热交换，气体状态间交替变换是可逆的。

　　(2)数学模型

　　气囊式蓄能初始容积为 V0， 充气压力为 p0，则它的状态变化方程可以用气体状态方程式来描述：

　　式中 p1、p2分别为蓄能器最低工作压力和最高工作压力;V1，V2分别为蓄能器上述两种压力下的气体体积;n 为由蓄能器工作状态所确定的指数，当蓄能器释放能量的速度为缓慢的时，可以认为气体是在等温条件下工作，取 n=1;当蓄能器迅速释放、储存能量时，可以认为气体是在绝热条件下工作，取 n=1.4[3] [4] [5]。 本系统中蓄能器的充放时间较短，可以把气囊中的气体按照绝热状态考虑，取 n=1.4。