Расчет энергопотребления электрического погрузчика на примере GROS CPD15

В данной статье предлагаем разобраться в этом непростом вопросе на примере вилочного электропогрузчика GROS CPD15.

Характеристики электрического вилочного погрузчика GROS CPD15:

• Номинальная грузоподъемность электропогрузчика: 1500 кг (1.5т)
• Высота подъема: 4500 мм
• Мощность двигателя: 8 кВт
• Батарея: свинцово-кислотная тяговая
• Напряжение/ емкость АКБ: 48В / 400Ач
• Скорость электропогрузчика GROS CPD15: 13 км/ч
• Масса электропогрузчика: 3000 кг

Мощность аккумулятора

Каждый электрический погрузчик оснащен источником энергии – аккумулятором (АКБ). Аккумулятор имеет напряжение и емкость, которые измеряются в Вольтах и в Ампер-часах (Ач) соответственно.

Если единицу измерения Вольт (В) знают все, то что такое «Ач» помнит не каждый. Ампе́р-час — внесистемная единица измерения электрического заряда, используемая главным образом для описания характеристики мощности электрических аккумуляторов. Таким образом, 1 ампер-час — это электрический заряд равный 3600 кулон, проходящий через поперечное сечение проводника за один час и обеспечивающий в течение одного часа при силе тока в один ампер.

Например, заряженный аккумулятор с заявленной ёмкостью в 1Ач теоретически способен обеспечить силу тока в один ампер на протяжении одного часа (или 3600 А в течение 1 секунды, или 10 А на протяжении 0,1 часа, или 0,1 А на протяжении 10 часов) до полного разряда. На практике слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву.

На что способен тяговый аккумулятор электропогрузчика

Давайте рассчитаем, какой общей энергией будет обладать вилочный электрический погрузчик GROS CPD15 со 100% заряженной АКБ.

Из курса физика помним, что чтобы найти работу электрического тока, нужно силу тока умножить на напряжение и время:

A=I*U*t,

где I-сила тока, А, U – напряжение, В, t – время, сек.

В нашем примере, вся работа, которую может выполнить аккумулятор в электрическом погрузчике GROS CPD15 с характеристиками 48В/ 400Ah будет равна:

А=400*48*3600=69120000Дж=69120кДж

1Вт*ч=3600Дж

А=400*48=19200Вт*ч=19,2кВт*ч

Однако, согласно правилам эксплуатации, свинцово-кислотный аккумулятор можно разрядить только до глубины разряда 80% (или 20% остаточного заряда). В противном случае начнутся необратимые процессы сульфатации свинцовых пластин и батарея может выйти из строя.

На основании этого получаем, что работу, которую может выполнить аккумулятор 48В/ 400Ah в течение всего процесса разрядки, будет равна:

А=69120*0,8=66300кДж или

А=19,2*0,8=15,4кВт*ч

15,4кВт*ч - это вся энергия, которая есть у электропогрузчика со 100% заряженной АКБ.

А теперь рассмотрим, на что вилочный электрический погрузчик будет тратить энергию, получаемую от АКБ?

Энергия на подъем

Вилочный электропогрузчик поднимает грузы на высоту, то есть затрачивает энергию. Какую же работу совершит гидравлическая система, чтобы поднять груз 1.5т на 4.5 м?

Рассчитываем по формуле:

A=F*S,

где F - это сила тяжести равная m*g, Н, S- это путь, т.е. наша высота подъема 4.5 м.

A=1500*9,81*4,5=66,2 кДж или 18,4 Вт*ч

Получаем, что чтобы поднять груз массой 1500 кг на высоту 4.5 м вилочный электропогрузчик GROS CPD15 потратит 18,4 Вт*ч энергии.  Т.е. на одном заряде АКБ электрический вилочный погрузчик сможет поднять груз 837 раз (15400Вт*ч/18,4Вт*ч=837).

Конечно, это расчетная цифра, которая не учитывает силу трения в сочленениях грузоподъемника, массу выдвигающихся частей самого грузоподъемника и массу вил, но уже впечатляет.

Примем потери в механизме подъема равными 20%, тогда получим, что для одного подъема нужно потратить энергии:  18,4/0,8=23 Вт*ч.

Энергия на перемещение

Теперь давайте рассчитаем расход энергии электропогрузчика на перемещение груза из одной точки в другую.

Какие силы действуют на вилочный погрузчик когда он начинает движение? Курс теоретической механики нам подсказывает, что это движущая сила, сила сопротивления качению, сила сопротивления воздуха, сила сопротивления подъему, сила инерции.

Формула выглядит следующим образом:

Fдвиж=Fкач+Fвоз±Fпод±Fинер

Сила сопротивления качению равна ƒ*G, где ƒ – коэффициент сопротивления качению, G – сила тяжести погрузчика равная m*g.

Собственный вес вилочного электропогрузчика GROS CPD15 составляет 3000 кг, масса обрабатываемого груза 1500 кг, соответственно нагруженный электрический погрузчик имеет общую массу 4500 кг.

Электропогрузчик, как правило, работает внутри помещения и передвигается по бетонным полам. Из таблицы 1 видим, что значение коэффициента f для асфальтобетонного и цементно-бетонного покрытия дороги в отличном состоянии равняется 0,012-0,018.

Таблица 1

Считаем силу сопротивления качению: Fкач=0,012*4500*9,81=530Н

Силой сопротивления воздуха и силой сопротивления подъема можно пренебречь, т.к. скорости у вилочных электрических погрузчиков не как у автомобиля и полы на складе без уклонов.

Сила сопротивления подъему и сила инерции имеют знак ±, т.к. вилочный электропогрузчик может не только подниматься по уклону, но и спускаться с него, может не только разгоняться, но и замедляться.

Сила инерции рассчитывается по формуле: Fинер=m*a, где j – ускорение погрузчика, м/с2.

Рисунок 1

Если посмотреть на рисунок 1, то на нем видно, что эмпирическим путем был измерен путь и время, затраченное для достижения постоянной скорости 13 км/ч.

А какую мощность нужно приложить, чтобы разогнать погрузчик до 13 км/ч по бетонному полу?

Мощность, это работа поделенная на время, или P=A/t=F*S/t=F*a*t²/2t=F*a*t/2

На основании расчетов получаем, что P=6626Вт.

Работа, совершенная за это время, равна: А=6626*12/3600=22Вт*ч

КПД трансмиссии составляет 0.8…0.9. Примем, что теряется 20% энергии, тогда 22/0,8=28Вт*ч.

Итак, мы рассчитали, сколько потребуется энергии на подъем груза и его перемещение с ускорением 23Вт*ч и 28Вт*ч соответственно.

А когда погрузчик будет ехать без ускорения с постоянной скоростью 13 км/ч, сколько будет нужно тратить энергии?

Определим по формуле:

P=F*S,

где F-силы сопротивления движению, в нашем случае Fкач. Скорость 13 км/ч нужно перевести в м/ч, т.е. умножить на 1000м и разделить на 3600сек. 13км/ч=3,6м/с.

Значит мощность будет равна: P=530*3,6=1900 Вт.

Т.е. если погрузчик будет равномерно ехать по ровному бетонному полу со скоростью 13 км/ч, то он проедет следующее количество часов:

15400/1900=8 часов

Весь путь на одном заряде равен: S=13*8=104 км.

На пусть в 20 м будет тратиться примерно 5 секунд (20/3,6=5сек), энергии 1900*5/3600=2,6 Вт*ч. Округлим до 3 Вт*ч.

Энергия на один условный цикл вилочного электропогрузчика GROS CPD15 г/п 1.5т

 Цикл работы электропогрузчика:

Конечно, вилочный электрический погрузчик на складе делает гораздо больше перемещений во время обработки груза, поэтому в расчете предлагаем увеличить количество потраченной энергии на 20%, т.е. до 100Вт*ч/цикл.

Сколько таких циклов сделает погрузчик за один час?

20 секунд на разгон и движение накатом, 17 секунд на подъем груза, 10 секунд на опускание вил, 17 секунд на забор другого груза, обратный ход 20 секунд.

Итого 84 секунды.

Примем время на цикл 2 минуты или 120 секунд.

Сколько же в итоге составит время работы вилочного электропогрузчика GROS CPD15 на одном заряде?

Время работа электрического погрузчика GROS CPD15 на одном заряде АКБ без перерывов при расчетном рабочем цикле составит:  15400/3300=4,6 часа. Или порядка 5 часов.

Здравый смысл нам подсказывает, что в течение 8 часов рабочей смены электрический погрузчик вряд ли будет работать без перерывов. Поэтому это надо учитывать при подборе аккумуляторной батареи для своей электрической складской техники.

При других условиях работы, отличных от описанных выше, вилочный электропогрузчик GROS CPD15 может отработать либо меньшее, либо большее количество часов на одном заряде.

Например, в каталогах на электропогрузчики STILL RX60-16 энергопотребление указывается в размере 4.4-4.7кВт*ч. В нашем расчете получилось в районе 3.3кВт*ч. 

Энергопотребление электрической складской техники

У  электрических самоходных штабелеров энергопотребление следующее:

0,75кВт*ч – легкая серия

1,0кВт*ч – средняя серия

1,5кВт*ч – профессиональная серия.

Энергопотребление не означает прожорливость вилочного погрузчика или складской техники, важно оценивать, какую работу за это время выполнит техника, это главный результат.

© ООО «Склад.ру», 2023