[논문]가변 유압모터를 이용한 전동지게차 리프트회생 효율에 관한 연구

박용수; 어영소; 윤진수; 도 찌 끄엉; 한성민; 신정우; 유충목; 안경관

doi:10.7839/ksfc.2020.17.3.026

가변 유압모터를 이용한 전동지게차 리프트회생 효율에 관한 연구
A Study on the Regeneration Efficiency of the Electric Forklift Using the Variable Hydraulic Motor 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.17 no.3, 2020년, pp.26 - 32

박용수 (Department of Construction Mechanical Engineering, University of Ulsan) , 어영소 (Department of Mechanical Engineering, University of Ulsan) , 윤진수 (Department of Mechanical Engineering, University of Ulsan) , 도 찌 끄엉 (Department of Mechanical Engineering, University of Ulsan) , 한성민 (Sewoncellontech Co., LTD.) , 신정우 (Sewoncellontech Co., LTD.) , 유충목 (Sewoncellontech Co., LTD.) , 안경관 (Department of Mechanical Engineering, University of Ulsan)

Abstract ▼ AI-Helper

In modern society, the energy-saving problem of industrial vehicles is economically and environmentally critical. Energy savings using the potential energy of forklifts are one of the viable solutions to resolving this problem. The basic concept of this study is to operate the hydraulic motor and recharge the battery using the flow rate from the cylinder when loading heavy objects and lowering the fork. To save energy, the torque and rotational speed of the generator should be optimized according to the load and descent speed to increase efficiency. To this end, we propose a system that optimizes energy saving efficiency by controlling the swashplate angle of the variable hydraulic motor through the GA(Genetic-Algorithm). The results were verified by building and comparing fixed motor models and variable motor models using the AMEsim. The results of the study show that the proposed optimized swashplate angle increases the energy saving efficiency by approximately 6%-8%, depending on the working conditions.

주제어

표/그림 (20)

그림 Fig. 1 The proposed forklift system
그림 Fig. 2 Flow chart of the control strategy
그림 Fig. 3 Forklift energy regeneration model using AMESim
표 Table 1 Parameter of hydraulic circuit
표 Table 2 Simulation condition by mass & lifting velocity
그림 Fig. 4 Generator efficiency map for each case
그림 Fig. 5 Simulation Result of Rotational speed at load of 2000kg
그림 Fig. 6 Simulation Result of Torque at load of 2000kg
그림 Fig. 7 Simulation Result of Rotational speed at load of 1500kg
그림 Fig. 8 Simulation Result of Torque at load of 1500kg
그림 Fig. 9 Hydraulic motor over-all Efficiency Map
그림 Fig. 10 Hydraulic motor volumetric Efficiency Map
그림 Fig. 11 Velocity of Lift down
그림 Fig. 12 Result of GA Optimization
그림 Fig. 13 Optimized Hydraulic Motor Displacement
그림 Fig. 14 Generated Power at case of 2000kg
그림 Fig. 15 Electrical energy at case of 2000kg
그림 Fig. 16 Generated Power at case of 1500kg
그림 Fig. 17 Electrical energy at case of 1500kg
표 Table 3 Energy saving efficiency of each case

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기존 지게차의 유압시스템에 가변 유압 모터를 이용한 에너지 회생 시스템을 적용, 작업 부하와 하강 속도에 따른 효율을 고려한 유압 모터의 사판각 제어를 통해 전체 에너지 효율을 높이고자 한다. 시스템 최적화에 있어, 유압모터의 체적 및 기계효율을 고려해야 하고 마찬가지로 발전기의 효율 또한 고려해야 한다.

제안 방법

유압 해석 소프트웨어인 AMESim을 이용하여 시뮬레이션 모델을 구축한 뒤 고정형 유압모터를 사용한 기존의 시스템과 효율을 비교하는 한편, 리프트의 하강속도를 고려하여 Matlab/Simulink 상의 GA를 이용, 유압모터의 사판각을 최적화시키고자 한다.

이론/모형

입력 변수의 모집단 유형은 더블형 백터이며 50~100사이 값을 지정하였고 인구수는 100으로 지정하였다. 비선형 제약 조건 알고리즘으로는 확장 라그랑주 방식을 사용했으며 초기벌점은 10, 벌점인자는 100으로 설정 하였다. 이주 방향은 순방향으로 비율은 0.

성능/효과

최적화된 사판각에 의해 발전기의 토크와 회전속도가 조절되어 발전량을 극대화시켰다. 결과적으로 제안된 시스템은 에너지 절약 효율을 2000kg 경우 8.31%, 1500kg의 경우 6.11% 증가시켰음을 확인하였다.
(2) 유압 모터와 발전기의 비선형적인 효율 특성을 고려, 에너지 효율을 극대화할 수 있도록 유압 모터의 사판각을 GA를 이용하여 최적화 하였다. 최적화된 사판각에 의해 발전기의 토크와 회전속도가 조절되어 발전량을 극대화시켰다. 결과적으로 제안된 시스템은 에너지 절약 효율을 2000kg 경우 8.

후속연구

본 연구를 바탕으로 향후에는 가변 유압 모터를 이용한 하이브리드 시스템의 에너지 회생에 대한 연구를 할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지게차 작업 중에 가장 많은 부분을 차지하고 있는 것은?	지게차 작업 중에 가장 많은 부분을 차지하고 있는 것은 주행과 리프팅 작업이다. 지게차는 화물을 들어올리기 위해 리프트 실린더 상승 시 에너지를 사용하고, 하강 시에는 포크와 부하중량에 의해 하강되도록 구성되어 있다.
	에너지 회생 시스템이 에너지 소비 문제의 해결책으로 각광받는 이유는?	최근 국제적으로 환경오염 문제가 대두되면서 건설 중장비 분야에서는 배기가스 및 에너지 소비 절감에 대한 기술개발이 요구되고 있다.1) 때문에 에너지 회생 시스템은 이러한 환경오염 및 에너지 소비 문제의 해결책으로서 각광받고 있다.
	지게차는 화물을 들어올리기 위해 무엇으로 구성되어 잇는가?	지게차 작업 중에 가장 많은 부분을 차지하고 있는 것은 주행과 리프팅 작업이다. 지게차는 화물을 들어올리기 위해 리프트 실린더 상승 시 에너지를 사용하고, 하강 시에는 포크와 부하중량에 의해 하강되도록 구성되어 있다. 또한 하강 작업 시 작업안전을 위해 유량 제어 밸브를 이용, 탱크로 유입되는 유량을 조절하여 하강속도를 조절한다.

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