不同动力系统下的叉车环保性能分析
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http://www.paper.edu.cn - 1 -不同动力系统下的叉车环保性能分析 宋謌 中南大学交通运输工程学院，长沙（410075） E-mail：diana0971@sohu.com 摘 要：为了响应节能、高效、环保的可持续发展要求，分析比较了不同动力驱动下叉车的环保性能。在当代，环保性能的定义是宏观的、广义的。包括叉车的工作效率、所需的维护维修时间和成本、所用蓄电池的使用时间以及叉车的制动效率等都可归入环保性能的范畴。内燃叉车虽能通过高档发动机使尾气排放量达到最小，但其使用不可再生资源提供动力，因此不具备绝对的环保性。只有电动叉车可以通过风能、潮汐能、太阳能等可再生资源取代火力发电，从而具备真正意义上的环保价值。而电动叉车的环保性能和动力方式有必然联系，采用永磁交流驱动的电动叉车具有最优越的环保性能。 关键词：动力系统；叉车；能源；环保 中图分类号：U294.27+2
1. 引言 在当今环保要求越加苛刻，能源问题越受重视的情况下，为保证我国中低端叉车的出口量，有无良好的环保性能已成为叉车在国际市场上竞争的重要指标之一。同时，机电产品环保性的概念也正在被逐渐丰富化和广义化。就本文主要讨论的叉车而言，对其已不再仅仅局限于无污染、低噪声这类狭义的环保要求，而更多考虑叉车单位时间的生产率、操作及维护成本、蓄电池使用时间、以及叉车的制动性能等，这些参量可被视为衡量叉车环保性能的动态参数。高环保性能已成为目前我国叉车的主要发展趋势。本文就叉车不同的动力系统，对内燃叉车和电动叉车的环保性能进行了综合比较分析，具有实际意义。 2. 现代叉车的性能要求与发展前景
2.1叉车按动力系统分类 叉车按其动力方式，可分为内燃叉车和电动叉车。 内燃叉车（Engine Powered Fork Lift Trucks）以内燃机为动力，其机动性能好，功率强劲，是目前国内应用最广泛的叉车，但存在排气和噪声污染。可按传动方式进行进一步分类：机械传动叉车、液力传动叉车、静压传动叉车。 电动叉车（Electric Fork Lift Trucks）是以直流电源（蓄电池）为动力的装卸及搬运车辆。它操作容易，无废气污染，适合在室内作业，有广阔的应用前景。 2.2 国内外叉车发展状况 欧美发达国家由于受环保法规影响，电动叉车量已占叉车总产量的40%以上，德国、意大利等国家的电动叉车甚至达到50%左右，日本的也已超过1/3，中国的仅占20%左右。目前，国内叉车主要用于造纸、汽车、烟草、物流、零售业以及仓储配送中心。同时，由于受到一些项目特点的影响，比如在食品、医药、烟草等行业的物流中心，内燃叉车正在逐渐被更清洁、稳定的电动叉车所替代[1]。
3. 内燃叉车与电动叉车环保性能分析比较
3.1 内燃叉车不具备真正意义的环保性 所谓内燃式叉车，即以内燃机为动力，其动力无外乎三种：柴油、汽油和液化石油气。不难发现，这些都属于宝贵的不可再生能源之列。然而随着科技技术水平和机械生产工艺的http://www.paper.edu.cn - 2 -不断进步革新，各大叉车生产厂商对内燃式叉车的环保性能又提出了新的前沿说法。李相祖先生就认为“其实内燃叉车也环保”，他指出“电动叉车在使用时无尾气排放，但是报废后如果处理不当，电瓶也会造成严重的环境危害。同时，内燃叉车如果采用高档发动机，尾气排放也能降到很小”[2]。这里就产生了对“环保性”定义的歧义。事实上，假设内燃叉车可以做
到零尾气排放，但其对能源的消耗仍客观存在，因而不是真正意义上的“环保”。而对于电动叉车报废后电瓶的回收问题，是可以通过唤起全民环保意识来避免对环境的危害的。因此，和内燃叉车相比，电动叉车真正意义上体现了可持续发展的战略意义。只要通过风能、潮汐能、太阳能等可再生能源取代传统的火力发电，提供电网电压，然后通过整流器整流后给蓄电池充电，最终提供电动叉车的能量。这样就形成了一个可再生资源的能量循环，真正体现了绿色环保的价值所在。
图1 电动叉车利用可再生资源循环示意图 Fig1. Circulation sketch map of renewable energy resources of Electric Fork Lift Trucks
3.2 实例比较林德E30S 型和林德H30D型 林德是目前国内及至亚洲规模最大，技术最先进的叉车制造商，于2007年4月发布了新型高效叉车：2.5-3.0吨电动叉车（E25S、E30S）和2.5-3.0吨柴油叉车（H25D、H30D），并称E代双雄。分别对比E30S与H30D的主要技术参数如表1所示： http://www.paper.edu.cn
- 3 -表1 E30S与H30D主要技术参数对照 Tab.1 Technical parameter comparison of E30S and H30D
从表1可见，E30S和H30D的工作能力并无太大差异。亦即，在技术的不断革新下，假设内燃叉车和电动叉车都达到了它们所能发挥的最佳性能，内燃叉车在消耗石油、液化气、汽油这些宝贵资源的基础上，与电动叉车相比并不占优势。只有电动叉车才可以既保证高工作性能，又通过风能、潮汐能、太阳能等这些可再生能源代替火力发电满足了对环境的最大保护，称的上真正意义上的环保型叉车。 3.3 电动叉车的动力方式与性能分析 3.2.1 直流电驱叉车 直流电驱叉车，即由直流电机驱动的电动叉车。传统的电动叉车都以直流电机驱动，效率低、体积与质量大、转速提高受限制且维护保养难。 3.2.2 交流驱动叉车 目前叉车驱动系统存在三代技术，第一代直流电驱，第二代低压交流驱动，第三代永磁交流驱动。第一代交流电机和驱动系统早在1999年就已由美国丹纳赫传动（Danaher Motion）公司率先在电工工业车辆（叉车及AGV）领域推出。其中，第三代永磁交流驱动系统是一项革命性的技术，而且中国是一个永磁材料非常丰富的国家，发展这一技术具有地利优势。但第三代技术仍处于研发、试验阶段，主要在小型叉车上做实验。叉车市场还是由直、交流技术所领导[3]。
3.2.3 交流与直流控制系统电动叉车的环保性能比较 与直流控制电动叉车相比，交流电机的最高转速比直流电机要高得多，动力和工作效率都得到了显著提高。此外，交流电动叉车采用速度力矩控制，使控制能力和灵敏度都大大提高，从而能够获得和直流电机一样的调速性能。再者，交流电机可以将获得的再生能量回馈给蓄电池，既延长了电池的使用时间，又可以将这些能量用于提高叉车的整体性能，减少了叉车的维护费，使运行成本更低。因为交流电机没有换向接触器，换向器和碳刷（见图2），交流电动叉车在前进过程中换向为倒车时可以平稳过渡，提高了稳定性与可靠性，使运行与http://www.paper.edu.cn - 4 -维护成本降的更低。甚至可以基本认为交流电机终生免维护，而且彻底摆脱了定期检测和更换碳刷的麻烦。从以上的比较可见，叉车单位时间的生产率、操作及维护成本、蓄电池使用时间或者制动效率等这些用来衡量其环保性能的动态参数，都表征出交流电动叉车的高环保性。
图2 直流电机与交流电机的结构简图 Fig2.Structural diagram of Direct Current Machine and Alternating Current Machine
4. 结论 本文对比分析了在内燃机、直流电机、交流电机驱动下叉车的综合环保性能。结果表明随着企业环保意识逐渐增强，快速充电技术日趋成熟，电动叉车凭其更可靠、更清洁的环保性能必将引领未来国内的叉车市场，得到越来越多的企业的青睐。而内燃式叉车虽仍占大部分的市场份额，但由于其动力来源于不可再生资源的本质，逐渐平缓过渡以致淡化出整个叉车市场将成为内燃叉车环保性的发展趋势，对其再做技术上的革新以减小尾气排放、或提高能源利用率。 此外，由于交流电机相对直流系统在成本方面处于劣势，实际生产应用中很多企业采用的是半交流驱动系统。将交流驱动系统应用于行走部分，直流驱动系统应用于提升部分，共同组成的半交流驱动系统是叉车整体驱动系统的最佳解决方案。这种方案在充分发挥了交流系统的优势的同时，降低了技术的复杂性，降低了产品的成本，同时也缩短了生产厂商的研发周期[4]。
参考文献 [1] 陆刚．现代电动叉车的结构及技术特点［J］．工程机械与维修，2007，(02)：150-151． [2] MM现代制造．叉车发展新态势 ［EB/OL］． http://www.mm-chinese.com/article.php?id=9617，2007-06-12． [3] 许一平．叉车发展趋势［J］．中国储运，2004，(03)：25-27． [4] 科蒂斯．半交流电动叉车驱动系统的最佳组合［EB/OL］．http://www.chache.org.cn/Html/news/20078/2007831113054.html，2007-8-31． [5] 杨忠敏．叉车业发展呈现五大趋势［J］．工程机械与维修，2006，(02)：72-73． [6] 杨忠敏．交流电动叉车技术［J］．工程机械与维修，2007，(05)：152． [7] 肖永清．国产叉车的技术发展方向和前景［J］．中外物流快讯，2003，(03)． http://www.paper.edu.cn - 5 -The environmental performance analysis of Fork Lift Trucks under different power system
Song Ge Department of Traffic Equipment and Information，Central South University，Changsha (410075)
Abstract For responding to the appealing of sustainable development, the analysis compares environmental performance of fork lift trucks, motivated by different power system. At the contemporary, the definition of environmental protection function is macroscopic, broad sense. Include the work efficiency of fork lift trucks, need of maintaining and supporting time and cost, the storage battery used of usage time and the brake efficiency can be placed into the category of environmental protection function. Engine powered fork lift truck does't have an absolute environmental protection performance, cause it uses non renewable energy resource,although it can make the tail spirit exhaust quantity to attain least through upscale launch machine. Only Electric Fork Lift Trucks have realistic value of environmental performance, when renewable energy resources, for instance, tidal energy, solar energy.etc, can one day put into practise instead of steam electric power generation. However，Electric Fork Lift Trucks’ environmental protection performance is inevitably relative to the power system.Those motivated by permanent magnet motor have the most superior environmental protection performance. Keywords：power system；fork-lift truck；energy sources；environmental protection
