凱斯特機械與您共話電動叉車全交流驅動技術

國內電動叉車的市場前景廣闊

現(xiàn)代物流業(yè)現(xiàn)已成為新世紀國民經(jīng)濟的一個支柱產(chǎn)業(yè)。它不僅構成現(xiàn)代供應鏈、價值鏈管理的載體和基礎,把生產(chǎn)、流通與消費有機地連接起來,加速社會再生產(chǎn)過程,而且以最快速度、最佳時間和最優(yōu)組合完成商品從生產(chǎn)領域向消費領域的轉移過程,最大限度地節(jié)省流通費用。而被譽為“搬運之神”的叉車在物流領域發(fā)揮著巨大作用。近幾年電動叉車將越來越受到用戶的青睞。但是從總體上來看電動叉車的市場比例僅僅為21%，該比例與歐美市場的電動叉車的比例相比較，仍存在相當大的差別。由此可見我國電動叉車有廣闊的市場前景。

電動叉車具有明顯的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢

電動叉車的許多優(yōu)勢除了噪音低，無廢氣的排放的特點外，其實電動叉車的使用和維護成本相對內燃叉車而言要有很大的優(yōu)勢。

使用成本：電能的消耗成本要比柴油或石油液化氣的消耗成本低很多。假如我們以一臺載荷能力為三噸的叉車來做比較，一輛柴油內燃叉車每個班次所消耗的柴油（按照每個班次消耗40升柴油，車輛每小時60個VDI循環(huán)消耗5.5升柴油計算）成本大約為196元（每升柴油4.9元）。而一輛三噸電動叉車如果采用的是80伏500AH的蓄電池的話（該電瓶的儲存電量為8×500=40千瓦時），操作一個班次(放電80%，按照120%補充充電比例，需要消耗電能約為40度)成本是約140元左右（按照目前工業(yè)用電每度3.5元計算）。每天可以節(jié)省56元，一年按照250工作日計算的話，一年可以節(jié)省14,000元的能源成本。如果以使用5年時間來計算的話，可以節(jié)省70,000元。

電動叉車由于其操作控制簡便，靈活外，其操作人員的操作強度要相對內燃叉車而言輕很多，其電動轉向系統(tǒng)，加速控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)以及剎車系統(tǒng)都由電信號來控制，大大降低了操作人員的勞動強度，這樣一來對于提高其工作效率以及工作的準確性有非常大的幫助。

維護成本：維護保養(yǎng)周期，電動叉車的維護保養(yǎng)周期相對內燃叉車而言要長兩到三倍，通常內燃叉車的維護保養(yǎng)周期最長為500工作小時，而電動叉車許多已經(jīng)能達到1000小時以上的保養(yǎng)周期。維護保養(yǎng)內容，電動叉車的維護保養(yǎng)要比內燃叉車的保養(yǎng)簡便的多，通常只要潤滑一些關節(jié)活動部位如門架軸承，轉向橋等其他主要以檢查清潔為主，最多也是在每2000或3000小時來更換一次液壓油，齒輪油以及液壓有濾清器，其他所需要的材料非常有限。而內燃叉車出了潤滑以外，最長每500小時（一般在每300小時左右）就要更換發(fā)動機的機油和機油濾清器，每1000小時就要更換液壓油，機油，傳動油以及這些油過濾器。還要更換皮帶（發(fā)動機的正時皮帶，發(fā)電機皮帶等）。如果還是以三噸叉車為例的話，按照每年操作2000小時計算，內燃叉車的維護保養(yǎng)費用要在3,000——4,000元（僅僅材料費用），而電動叉車的維護成本只要1,000——1,500元（材料費用）。

維護保養(yǎng)所需要的時間，由于電動叉車的維護保養(yǎng)間隔周期相對內燃叉車要長的多，同時每次保養(yǎng)所需要的時間要比內燃叉車少很多，這樣大大節(jié)省了保養(yǎng)所需要的勞動力成本，其實更本實質性的是叉車的停機時間大大縮短了，這樣對于提高了的叉車工作效率所帶來的經(jīng)濟效益是難以計算的。

電動叉車的電瓶的使用壽命為1500次充放電循環(huán)，折算為叉車的工作小時為10，000小時左右，同樣這也在相當于一個內燃叉車的發(fā)動機大修的時間，這樣的時候電動叉車電瓶的更換成本與發(fā)動機大修的成本是比較接近的，但是更換電瓶的速度要比大修發(fā)動機的速度（或者更換發(fā)動機的速度）快很多，又體現(xiàn)出時間效率上的優(yōu)勢。

由此可見，雖然我們在采購電動叉車使所花費成本要比同等載荷能力的內燃叉車要高出30%，但是其總的使用成本上就可以直接用數(shù)據(jù)來衡量的就可以看出，其實是用電動叉車的總費用是比內燃叉車低很多的。一方面，越來越多的叉車室內操作，這樣對車輛尾氣的排放的要求越來越高。歐美等地的已經(jīng)嚴格規(guī)定，室內禁止使用內燃叉車。即使現(xiàn)在在我國國內的法律法規(guī)還沒有開始嚴格限制內燃叉車在室內使用，但是相比較內燃叉車，電動車輛的低噪音，無尾氣排放的優(yōu)勢已經(jīng)得到許多用戶的認可。另外，選用電動叉車還有一些技術方面的原因。電子控制技術的快速發(fā)展使得電動叉車操作變得越來越舒適，適用范圍越廣，解決物流的方案越來越多，象電動托盤車，電動的堆垛車，前移式叉車，三向窄通道叉車等這些是內燃叉車所不能做到，但是電動叉車解決了這些問題，尤其在倉儲物流系統(tǒng)解決方案中起到了非常重要的作用。就這些方面來看，電動叉車的市場需求增長速度會越來越快，電動叉車市場份額也會越來越大。

電動叉車日漸完善走向實用化

電動叉車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求。電動叉車的優(yōu)點是：它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關技術。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。電動叉車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發(fā)電設備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟效益。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅動叉車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅動叉車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點，使電動叉車的研究和應用成為叉車工業(yè)的一個熱點。

電動叉車的困難是目前蓄電池單位容量儲存的能量太少，還因電動叉車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟規(guī)模，故購買價格較貴。

電池是電動叉車發(fā)展的首要關鍵，要想在較大范圍內應用電動叉車，要依靠先進的蓄電池經(jīng)過10多年的篩選，現(xiàn)在普遍看好的氫鎳電池，鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍，其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池。但目前價格為鉛酸電池的4——5倍，正在大力攻關讓它降下來。鋰是最輕、化學特性十分活潑的金屬，鋰離子電池單位重量儲能為鉛酸電池的3倍，鋰聚合物電池為4倍，而且鋰資源較豐富，價格也不很貴，是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。電動叉車其他有關的技術，近年都有巨大的進步，如：交流感應電機及其控制，稀土永磁無刷電機及其控制，電池和整車能量管理系統(tǒng)，智能及快速充電技術，低阻力輪胎，輕量和低風阻車身，制動能量回收等等，這些技術的進步使電動叉車日見完善和走向實用化。

交流驅動已成為電動叉車的驅動主流

電動叉車是一項綜合技術，其中電氣驅動系統(tǒng)是電動叉車的關鍵技術之一。隨著交流電機控制技術以及大功率電子器件發(fā)展，交流驅動已經(jīng)逐步變成電動叉車驅動主流。采用矢量控制的交流異步電機驅動技術，電機結構簡單，堅固，而且控制性能好，已被廣泛地應用于各種電動車輛。

多年來，直流電一直是電動倉儲搬運設備的主變動力源，直流驅動作為一種較便宜的驅動方式在很早以前就已在電動設備上廣泛應用。然而，直流系統(tǒng)本身在性能、維修等方面存在一些固有的缺陷，而交流電及交流電動機在此方面較之遠勝，因此番大室內搬運設備生產(chǎn)商都已開始致力于交流技術應用的研發(fā)。

其實，自19世紀末，交流動力即已得到普遍的使用，亦正是交流電動機技術推動了工業(yè)、鐵路及其他領域的電氣化進程?，F(xiàn)在，應用交流技術的電器產(chǎn)品已隨處可見，交流也許已成為得到最廣泛測試與驗與驗證的技術。交流技術的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面：高低電壓之間的轉換簡單；電動機變?yōu)閺妱鸥咝?，并可?jīng)受高電流的沖擊。電動機的零件數(shù)量大大減少，并且無磨損，堅固耐用；相對直流電動機來說，成本降低顯著。然而，交流電動機在以電瓶為動力的設備如叉車上應用收到一定的限制，主要有兩個原因：80V的低系統(tǒng)電壓，需由高能半導體實現(xiàn)直流向交流的轉換，此項成本居高個下；轉換過程本身會消耗能量，而電瓶容量相當有限。BT公司現(xiàn)已開發(fā)出新型系列的交流動力前伸式叉車--Reflex Aci。新系列叉車克服了以下問題，實現(xiàn)了交流技術的所有潛能，使叉車的操作成本降低，性能及可靠性顯著提高。

叉車常用的幾種電動機技術介紹 如下：

串聯(lián)直流電動機。這是最古老、最傳統(tǒng)的電動機。電流輸送至電池及轉干，并通過炭刷傳到定子。這種方式有兩個缺陷：所有的電流必須經(jīng)由炭刷來輸送，性能取決于炭刷的物理尺寸及磨損情況。最主要的是，這一點限制了制動性能的發(fā)揮。另外，電動機炭刷作為易損件必須定期更換，否則會極大影響電動機壽命?？紤]到這一點，許多廠商都會在叉車上配置偵測磨損并發(fā)出警告的裝置，這一裝置增加了叉車的成本。所有的電動機都會發(fā)熱，但在直流電動機中，熱量主要產(chǎn)生在電動機的內部部件，因此大多數(shù)的直流電動機都會同時配備一個風扇用于散熱。

他勵電動機。這是一種較為先進的直流電動機，定子及電樞的能量分別輸入。與串聯(lián)電動機相同，這種技術已應用了相當長的時間。新技術使用分開激發(fā)的并勵磁場與電樞，使電動機的性能控制比串聯(lián)電動機要好得多。這種電動機通常被稱為4象限電動機，因為它在前后兩個方向都能行駛與剎車。然而，電動機炭刷的缺陷仍然存在。

三相交流電動機。技術上來說，這是結構最為簡單的一種電動機。其原理是將三相交流電輸送給固定的線圈，產(chǎn)生旋轉的磁場感應短接的轉子上的電壓。交流電動機沒有發(fā)刷，也沒有直流電動機通常對最大電流方面的限制，這意味著電動機在實際使用中可以得到更多的能生及更大的制動扭力，于是可以更快的速度運轉。交流電動機中，熱量主要發(fā)生在電動機外殼部分的固定子線圈，便于冷卻與散熱。如果需要的話，轉子可以被密封。交流電動機沒有需定期更換的易損件，同時，它比直流電動機上高效、耐久，成本也更低。

電瓶叉車應用交流技術相應措施

電瓶叉車應用交流技術存在兩個問題：即80V的低系統(tǒng)電壓及相應較高的電流；直流交流轉換時的能量損耗。盡管如此，交流動力在叉車上的應用仍逐漸擴大。但是大部分的廠商提供的交流動力叉車主要是用于防爆環(huán)境下的直流叉車的改型，價格相當昂貴。BT的前移式叉車系列則不同，它不僅僅是采用了交流動力，而且應用了系列全新設計理念，使交流技術的優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)與發(fā)展。要達到這一目的，首先要解決3個問題：轉換能量損耗；硬件成本；低壓交流電動機的制造技術。

相應的措施如下：

平衡能量損失。轉換能量損耗的解決辦法是將叉車視為一個完整的系統(tǒng)，而非僅關注于某個部件。最終歸結為使在流向交流轉換時的能量損耗等同于直流電動機炭刷部分的能量損耗（交流電動機沒有炭刷），這一過程通過先進的電子系統(tǒng)得以實現(xiàn)。

降低成本。接下的第二步是維持硬件部分的低成本、這一目標最終通過廣泛的試驗找到最佳類型及數(shù)量的半導體元件而得以實現(xiàn)，在此過程中電子元件價格的不斷下跌也有相當幫助，同時證明了交流技術的戰(zhàn)略前景。然而，最重要的因素還是整車設計都基于支流技術交流電動機的高制動扭矩是關鍵。實際上，交流電動機的制動能力是等同于其加速能力的。電氣制動可以通過改變行駛方向實現(xiàn)。如果大要更強力的剎車，就必須使用傳統(tǒng)的剎車。通過對電動機尺寸的仔細研究，得到了比加速扭矩大得多的制動扭矩，使交流電動機的電氣制動效果要比直流電動機強很多。

高效的制動意味著傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)可被大大簡化、在BT的前移式叉車中，普通的行車制動已被泊車制動替代。不論駕駛者通過剎車踏板剎車，還是轉換行駛方向剎車，電動機均會停轉并且產(chǎn)生類似發(fā)電機的作用。這意味著剎車襯的磨損降至最低。

能量回收。交流電動機在行駛與制動上的效率都更高，剎車時，電動機反向轉動，也就是說交變電壓的頻率比轉子頻率低，并且電動機產(chǎn)生放電的作用。剎車越強烈，再生的能量越多。

一部叉車有兩個較大的電動機，一個用于行駛，一個用于提升。兩者都可產(chǎn)生能量再生。典型的前伸式叉車使用時，所有能量消耗可分為以下幾部分：50％用于行駛；4O%用于提升及門架與貨義的其他動作；10%用于轉向、風扇等。荷載提升時，能量開始消耗，當貨物隨貨叉下降時，能量得以回收利用，現(xiàn)場測試表明，負載提升時的能量消耗占總消耗的19％。

BT的前移式叉車系列優(yōu)先考慮行駛部分的能量再生，因為這是能顯消耗最大的部分，并且無需增加系統(tǒng)的復雜性，即無需增加任何成本即可達到。由于其高制動扭矩，幾乎所有的制動方式均和產(chǎn)生能量所生。在某些直流動力叉車上也有電氣再生制動，但必須在強烈的剎車時才可能發(fā)生，這也意味著再生的部分能量在剎車襯部分就轉化成了熱量。而幾乎在所有的狀況下，Aci均會產(chǎn)生能量再生，并且持續(xù)作用在直至叉車完全靜止。有多少能量可以被回收實際上是無法計算的，它取決于不同的使用狀況，開始剎車時的速度等，一個較合理的數(shù)字是10%——15%，即叉車整體能量消耗的5％——7％。

提高性能。回收的能量如果不能合理利用，其益處是有限的。最簡單的做法是能是回充至上電瓶以延長使用時間。在前移式叉車系列中，BT將這部分能量用于提高叉車的整體性能。其結果是最高速度提高了10％，更為明顯的作用體現(xiàn)在加速度上。

綜上所述，交流技術在叉車上的應用，使得叉車的性能整體提高，故障及事件更換率明顯降低，可靠性大大增強。在用戶端即體現(xiàn)為單位時間更高的生產(chǎn)力，更低的操作及維護成本。交流技術在電瓶叉車上被稱為未來的技術，必將得到越來越廣泛的運用。

中國電動叉車市場潛力仍有待開發(fā)

盡管最近幾年中國電動叉車銷售量在逐年遞增，取得了一定的成績，但是電動車輛銷售量始終只占叉車總銷量的20%左右，這與歐美、日本等成熟叉車市場60%左右的市場占有率相比明顯差距很大。差距大也意味著增長空間大。中國電動車輛市場保有量還處于一個比較低的數(shù)量級上，其發(fā)展空間十分廣闊。隨著國內用戶健康環(huán)保意識的增強，國家節(jié)能減排政策實施力度的加大，以及醫(yī)藥、食品等眾多對車輛環(huán)保性能要求更高的行業(yè)中叉車普及率進一步提高，中國電動叉車市場勢必得到空前增長。

電動叉車的核心技術在于“三電”，即電機、電控、電瓶，尤其是最近幾年交流電技術應用越來越廣泛，使得當代電動叉車對技術水平要求越來越高。電動車輛以其低能耗、無污染、操作便捷易維護等多種優(yōu)點勢必將在中國叉車市場上遍地開花。更加值得關注的是電動倉儲車輛的未來發(fā)展，預計未來3——5年內必將形成異軍突起之勢。可以說，看中國叉車市場未來發(fā)展，就要看電動車輛的發(fā)展，尤其要看電動倉儲車輛的市場發(fā)展。

近幾年中國叉車行業(yè)火爆,不僅體現(xiàn)在國內市場增長迅速上,出口業(yè)務快速增長也是行業(yè)火爆態(tài)勢的最好佐證之一。中國叉車出口流向主要為美國、德國、法國、俄羅斯、意大利等機械制造強國市場。一方面體現(xiàn)了國產(chǎn)叉車質量水平的提升,已經(jīng)被世界成熟市場用戶所認可,另一方面說明國產(chǎn)叉車以其良好的性價比優(yōu)勢在國際競爭中已具備很高的市場競爭力。2007年上半年中國叉車市場進口叉車及裝有升降或搬運裝置的工業(yè)車輛共7349臺，與2006年同期的6702臺相比增長了9.65%,已列名進口叉車品種中,以電動叉車為主,說明國內市場目前對電動叉車已經(jīng)有了一定的需求。國內企業(yè)生產(chǎn)的電動叉車由于種種原因還不能充分滿足電動叉車用戶的需求。

倉儲車輛具體化為電動有軌道巷道堆垛機和電動無軌道巷道堆垛機兩個機種。這兩種堆垛機通常被用作庫房中貨架補貨堆高的專用機種，屬于倉儲車輛的范疇。由于國內目前高品質的倉儲車輛產(chǎn)量十分有限，必然要通過進口途徑來彌補這一市場缺口。另外，中國對內燃叉車的需求有向大型化發(fā)展的趨勢，集裝箱就是大型叉車的一個品種。這與進出口貿易日益頻繁有很大關系。

就叉車進口情況來看，中國市場存在的供應缺口為電動平衡重式叉車、以堆高設備為代表的各種倉儲車輛和大型港口用集裝箱叉車。

電動叉車交流動力發(fā)展趨勢

電動叉車動力的發(fā)展趨勢是交流系統(tǒng)。合肥搬易通科技現(xiàn)已推出多款采用交流驅動系統(tǒng)的電動叉車。其新型前雙驅全交流平衡重式蓄電池叉車的許多強化性能都是以先進的交流驅動系統(tǒng)為基礎的，該系統(tǒng)對性能所提供的控制水平與以往的任何產(chǎn)品都不同。例如，交流電源系統(tǒng)所提供的電源控制使得前雙驅全交流平衡重式蓄電池叉車能夠充分利用每一次電池充電潛能。到目前為止，所有的電動叉車都曾經(jīng)歷過隨電池電力消耗而性能逐漸下降的情況。而前雙驅全交流平衡重式蓄電池叉車因為有了電力保持功能，所以操作者能夠享受到“剛充完電”般的強勁動力，其時間要比現(xiàn)有的叉車型號長40%。

由于交流叉車高性能、高可靠性，免維護等優(yōu)點，全世界的電動叉車正在從直流技術向交流技術轉換，這個趨勢在中國市場也有充分的體現(xiàn)，目前中國的很多叉車廠都在開發(fā)交流叉車。但在這一技術領域我國尚處于起步階段，國內已有幾家主要的叉車企業(yè)使用丹納赫傳動公司提供的交流驅動系統(tǒng)生產(chǎn)電動叉車,其系列化產(chǎn)品正在開發(fā)試制中。例如,合肥搬易通科技發(fā)展有限公司采用全交流驅動系統(tǒng)的四輪1.5t全交流驅動叉車正在開始批量生產(chǎn)。目前，國內主要的叉車制造商都已制訂了新的交流驅動叉車的研制計劃。隨著中國叉車市場逐漸與國際市場接軌，交流驅動叉車也呈現(xiàn)出加速發(fā)展勢頭，市場潛力巨大，前景看好。

總之，交流驅動系統(tǒng)作為叉車更新?lián)Q代的技術，必將得到越來越廣泛的運用。這項被稱為“21世紀電動叉車的革命性技術”，對叉車企業(yè)的技術水平、產(chǎn)品銷量、市場份額、利潤乃至創(chuàng)新形象等都會產(chǎn)生一定的影響。畢竟，未來的競爭更多地體現(xiàn)為技術的較量。誰掌握了新技術，誰就能在未來的市場中贏得更多優(yōu)勢，占領更為有利的位置?？梢灶A見未來五年，中國制造的叉車將有一半是交流的。在技術上，比較重要的趨勢是，隨著控制技術發(fā)展，電動叉車動力系統(tǒng)的開發(fā)要求電機和電控互相匹配。