叉车以其优良的搬运能力广泛应用在港口、车站、机场、货场、工厂车间、仓库、流通中心和配送中心等场所。尤其随着物流业的快速发展,促使电动叉车销量剧增,市场占有率逐年増加。与此同时能源与环境问题也变得越来越严峻,研究节能型叉车已成为工业技术开发的热点。因此,研究电动叉车的节能技术具有巨大的市场价值和现实的社会效益。电动叉车工作过程中,门架举升机构的升降都比较频繁,研究一种新型门架举升节能系统,可进一步提高电动叉车的节能效果。本文结合国家高技术研究发展计划863项目(2009AA044403)“新型混合动力工程机械关键技术及系统”,以柳州工程机械有限公司CPD30电动叉车为研究对象,根据电动叉车门架举升系统的实际作业工况,对电动叉车举升系统节能技术进行了深入系统的研究。本文的研究内容包括以下几个方面。(1)提出并设计了一种利用滚珠丝杠代替传统液压缸的新型叉车举升机构节能系统。传统的举升机构传动系统采用液压传动。其传动链采用:电瓶-电机-油泵-阀-油缸-举升机构。新型叉车举升机构传动系统的传动链采用:电瓶-电机-滚珠丝杠副-举升机构的形式。传动效率得到大幅度提升。(2)提出了基于功率键合图理论的叉车电驱动举升系统能控性和能观性分析方法。该方法可以全面分析包括货叉空载或载物(0~3吨)后启动加速、恒速上升、减速制动、中位保持等在内的电驱动举升系统的动态特点,进而总结了叉车电驱动举升系统的结构特性,从理论上验证了该系统具有的完全能控性和可观测性,为后续的叉车电驱动举升系统控制与运行奠定了理论基础。(3)提出了基于模糊滑模变结构的无刷直流电机双闭环调速控制策略,区别于传统的电机驱动方式,当电机发生堵转时,在为系统提供足够大转矩的同时还限制了电机电枢电流。针对状态观测器观测误差收敛速度慢、估计精度低的不足,提出了高增益误差反馈的扩张状态观测器设计思想,并给出了收敛条件和主要参数值,进而可以为系统提供用于反馈的转速信号。针对由于变结构引起的系统抖振现象,提出了采用智能模糊滑膜控制柔化控制信号的方法,有效地减轻了系统的抖振,提高了控制精确性,降低了能量消耗。该控制系统使电驱动叉车举升节能系统升降控制的操作性能达到了液压传动相同的水平,且系统的工作性能得到显著提升。(4)分别建立了液压举升系统和电驱动举升系统的MATLAB仿真模型。仿真结果表明:当载荷为3吨,举升高度为3m时的一次完整升降过程情况下,液压驱动叉车举升系统的工作效率为49.05%;电驱动叉车举升系统的工作效率为72.6%。通过仿真对比分析验证了叉车电驱动举升系统的高效性。(5)搭建了国内第一台叉车电驱动举升系统试验平台。通过对比试验得到叉车举升系统分别在轻载、中载和满载情况下完成一次升降过程的累计能耗。以载荷3吨为例,举升高度为2.6m时,叉车液压驱动举升系统的工作效率为46.1%,而叉车电驱动举升系统的工作效率为63.1%。叉车电驱动举升系统的工作效率比叉车液压驱动举升系统的工作效率提高了17%。通过试验验证了所设计的叉车电驱动举升系统具有明显的节能优势。