摘 要：叉車作業(yè)時，需反復(fù)制動控制前進或后退的距離，達到合適的位置后進行取放貨物的操作，能量消耗較大，燃油消耗率較高。為提高叉車的節(jié)能、減排、降耗的效果，文章就如何有效利用叉車制動能量進行分析研究。

關(guān)鍵詞：制動能量；傳動系統(tǒng)；制動系統(tǒng)；能量存儲；強制動；弱制動

1 國內(nèi)目前技術(shù)狀況

叉車整機在倉庫內(nèi)作業(yè)時，其前進次數(shù)與后退次數(shù)基本相當，需頻繁的反復(fù)進行制動，以控制前進或后退的距離，達到合適的位置后進行取放貨物的操作。因此，能量消耗較大，燃油消耗率較高。制動能量全部轉(zhuǎn)化為熱能，造成能源浪費。

2 問題提出

叉車起步需要利用發(fā)動機提供力矩完成，因此，所需匹配的發(fā)動機功率則必須較大，以滿足起步需要。即便如此，叉車的起步仍然較為緩慢。另外，反復(fù)制動導致制動蹄片磨損較快，更換頻繁。

如能將叉車制動前期整機所包含的動能全部或部分存儲起來，用于起步或加速動作，則能節(jié)約發(fā)動機功率，降低發(fā)動機的怠速扭矩，減少排放，降低油品消耗，減少制動系統(tǒng)的磨損。

因此有必要研究，如何將叉車的制動能量有效存儲并應(yīng)用于叉車起步或舉升貨物使用。

3 分析

3.1 叉車分類及制動制動類型劃分

（1）叉車分類：根據(jù)其傳動方式可分為機械叉車、液力叉車；根據(jù)驅(qū)動動力源，可分為燃油叉車、電動叉車、液化氣叉車等。（2）制動類型劃分：當叉車處于滿載全速前進貨后退狀態(tài)下，緊急制動至叉車停止運動，稱為強制動；其他工況的制動，如車輛利用制動器進行減速；或叉車低速運行時，利用制動器使其停止，則稱為弱制動。叉車在作業(yè)時，大部分工況的制動均為弱制動。

3.2 叉車傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)的組成及其動力傳遞路徑

3.2.1 燃油叉車或液化氣叉車

（1）傳動系統(tǒng)：來自發(fā)動機的動力，經(jīng)變速箱、主減速器減速增扭后 ，通過差速器、經(jīng)半軸分別傳遞至兩邊的輪轂或傳遞至輪邊減速器，再由輪邊減速器驅(qū)動輪轂旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)。（2）常規(guī)制動系統(tǒng)：制動踏板力經(jīng)制動杠桿傳遞至制動總泵的頂桿，將總泵殼體內(nèi)的制動液擠出，并通過管路分別傳送到左右制動器的制動分泵，由制動分泵推動制動蹄片，使得蹄片壓緊于制動轂上，形成制動力。（3）動力制動系統(tǒng)：發(fā)動機工作時，帶動制動液壓泵旋轉(zhuǎn)，常態(tài)制動液壓泵的出口經(jīng)制動閥直接流回油箱。初次制動踏下制動踏板，制動閥頂桿在制動杠桿的作用下，推動閥芯，將制動液壓泵的出口與制動分泵、蓄能器接通，由分泵推動蹄片，形成制動力；同時蓄能器內(nèi)部充入壓力油。再次制動時，蓄能器與制動液壓泵同時將壓力油傳遞給制動分泵，實現(xiàn)緊急制動或熄火制動。（4）真空助力行車制動系統(tǒng)：發(fā)動機進氣口的負壓通過管路作用于真空罐并連接至真空助力器，真空助力器的隔板在負壓的作用下產(chǎn)生彈性變形。制動時，真空助力器內(nèi)部的真空被破壞，隔板回彈，推動制動總泵頂桿；同時制動踏板力經(jīng)制動杠桿、真空助力器也傳遞至制動總泵的頂桿上，將總泵殼體內(nèi)的制動液擠壓至制動分泵，制動蹄片在制動分泵的作用下，緊貼于制動轂上，阻止車輪旋轉(zhuǎn)。

3.2.2 電動叉車

（1）傳動系統(tǒng)：電機的動力經(jīng)減速箱、主減速器、差速器、半軸、輪轂傳遞至車輪，驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)。（2）制動系統(tǒng)：與常規(guī)行車制動系統(tǒng)相同，不再贅述。

3.3 制動時各零部件的工作狀態(tài)

制動前：制動系統(tǒng)不工作，制動轂、輪轂、輪邊減速器、半軸、主減速器、傳動軸、變速箱輸出軸，均處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，且越靠近發(fā)動機飛輪端轉(zhuǎn)速越高、扭矩越小。

制動：踏下離合器踏板，切斷發(fā)動機的動力輸入，傳動系統(tǒng)在整車動能的作用下，仍然維持運轉(zhuǎn)；踏下制動踏板，制動器阻止車輪旋轉(zhuǎn)，達到減速或停車效果。

3.4 制動能量消耗方式

（1）制動過程中，制動器蹄片與制動轂處于壓緊的狀態(tài)下仍產(chǎn)生滑動，將整車動能轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉。（2）緊急制動時，輪胎與地面之間產(chǎn)生滑動摩擦，消耗大量的整車動能，并轉(zhuǎn)化為熱能，通過輪胎、地面?zhèn)鬟f至大氣中。

上述兩種方式為制動能量的主要消耗方式。因此叉車的制動，僅僅是將整車動能快速地將其轉(zhuǎn)化成熱能并消耗，造成能源浪費，增加了制動系統(tǒng)的磨損速度。

4 解決方案探討

若能將制動能量快速吸收、存儲與轉(zhuǎn)化，則可以實現(xiàn)制動能量再生利用。

4.1 制動能量吸收

可以在制動轂到變速箱輸出軸之間的合適的環(huán)節(jié)進行，加裝相應(yīng)的能量吸收、存儲、轉(zhuǎn)化裝置，實現(xiàn)能量的重復(fù)利用，達到節(jié)能、降耗、減排，降低使用成本的效果。

4.2 制動能量的轉(zhuǎn)化利用

對于已吸收存儲的能量，當車輛起步時，可以通過傳動系統(tǒng)的合適的環(huán)節(jié)進行釋放，從而降低驅(qū)動車輛起步或降低車輛起步、加速所需的輸入功率。

4.3 制動能量存儲的方式

（1）采用機械方式，以位能形式存儲：利用叉車地平衡重，當整車制動時，能量吸收存儲系統(tǒng)迅速與傳動系統(tǒng)或制動系統(tǒng)的某一旋轉(zhuǎn)部件相結(jié)合，利用制動能量，提升平衡重，改變其位能狀態(tài)，存儲能量。當整車起步或加速時，重塊下降，位能減少，能量通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪運轉(zhuǎn)，減少發(fā)動機的阻力。釋放完成，能量吸收存儲系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)的傳動系統(tǒng)或制動系統(tǒng)部件分離。（2）采用機械方式，以彈性勢能形式存儲：采用一組彈性元件，當踏下制動踏板時，彈性元件在制動能量的作用下被壓縮，制動能量轉(zhuǎn)化為彈性元件的彈性勢能。當車輛起步或加速時，將存儲于彈性元件內(nèi)的彈性勢能，通過轉(zhuǎn)換裝置，釋放于傳動鏈的合適環(huán)節(jié)，從而驅(qū)動整車起步或加速。（3）采用機械方式，以液壓能方式存儲：選取傳動系統(tǒng)功率傳遞路徑的合適部件。通過一臺液壓泵-馬達進行能量吸收與轉(zhuǎn)換。制動時，泵-馬達與傳動系統(tǒng)迅速結(jié)合，并隨之運轉(zhuǎn)，從油箱內(nèi)吸取油液并充入蓄能器，利用蓄能器存儲制動能量。車輛起步時，蓄能器內(nèi)存儲的液壓能通過泵-馬達，轉(zhuǎn)化為機械能，并通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動整車起步或加速。達到能量再生的目的。制動踏板釋放，能量吸收系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)迅速分離；反之，當踏下制動踏板，則立即與能量吸收系統(tǒng)結(jié)合，進行能量存儲，同時達到緩速或制動的目的。（4）采用電磁轉(zhuǎn)換方式，以電能方式存儲：采用一臺發(fā)電機，其動力輸入部分傳動系統(tǒng)的高速旋轉(zhuǎn)部件相結(jié)合。當制動踏板踏下時，制動系統(tǒng)開始工作。發(fā)電機的勵磁電壓取自蓄電池，且隨著踏板行程增加而增加。當且僅當踏板處于踏下狀態(tài)時，方接通勵磁電壓，發(fā)電機處于工作狀態(tài)，對外輸出電能，通過逆變回路，將電能存儲于蓄電池中。

4.4 四種方式優(yōu)缺點分析

（1）位能方式存儲：能量利用率高；但因平衡重質(zhì)量較大，制動沖擊大，安全要求較高，所以機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。（2）彈性勢能方式存儲：采用此種方式，結(jié)構(gòu)簡單，能量利用率高；缺點是能量載體選擇、設(shè)計、加工比較困難。（3）液壓能方式存儲：制動平穩(wěn)，沖擊小。但所存儲的能量如應(yīng)用于驅(qū)動叉車起步、加速，則不論液壓油路及機械結(jié)構(gòu)都相對較為復(fù)雜；若直接作用于電動叉車的起升泵吸口，供叉車起升貨物使用則相對較為簡單，也容易實現(xiàn)。（4）電能方式存儲：結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，可以廣泛應(yīng)用于各種類型的叉車，這也是油電類混合動力車被廣泛使用的原因。缺點是發(fā)電機自身的效率、功率，以及蓄電池能夠接收電能的容量、功率等因素的影響，對于系統(tǒng)能夠吸收多少制動能量并加以利用，以及其變化規(guī)律，難以量化。

5 結(jié)論

上述四種制動能量吸收、存儲、轉(zhuǎn)化再利用的方式，均可以實現(xiàn)制動能量再生利用。

6 結(jié)束語

文章僅對叉車制動能量如何再利用從原理上進行了初步分析，至于如何將其轉(zhuǎn)化為具體應(yīng)用，仍然需要進行大量的深入研究。

作者簡介：王軍（1971，11-），男，籍貫：安徽省肥東縣長臨鎮(zhèn)，現(xiàn)職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：叉車技術(shù)。