叉车是起重、搬运机械之一,在港口、仓库等场合,物流、生产等领域发挥着重要作用。鉴于液压系统的比功率高、承载能力强、工作平稳、可靠性高,目前的主流叉车仍使用液压举升系统。但是由于液压系统在使用过程中涉及机械能、液压能之间的转换,而且介质在管路、液压阀中的能量损耗较为严重,因此液压举升机构的能量利用率较低。据工程实测数据,本文实验对象,叉车CPD30的能量利用率不足40%。换言之,超过60%的能量损失在做功过程中。当前,针对工程机械能量利用率的提高已经产生了许多方法,诸如:动、势能回收技术和混合动力技术等,但是此类高端技术需要依托高效的机械传动发挥作用。高效率的传动环节可以直接提高从原动机到执行端的能量利用率,还可以匹配以能量回收、混合动力系统,实现高水平的能量利用率。本文着眼于电驱动叉车举升机构传动效率提升,着重介绍了一种新型叉车举升系统,该系统以滚动螺旋副取代原液压缸举升系统,减小工作过程中的能量损失。滚动螺旋副的传动效率高达90%~98%,正、反向传动时都可以实现较高的能量利用率;而且滚动螺旋副不能自锁,这给反向传动过程中的能量回收提供了可能;加之滚动螺旋副的刚度大、传动精度高,在旋转运动和直线运动的转化过程中易于保证高响应速度和定位精度。为验证新系统的动力学性能、计算其能量损耗,需要为其建立动力学模型。机械传动系统的动力学模型使用功率键合图理论建立,并最终以系统状态空间表达式的形式呈现;新型举升系统选用了无刷直流电机作为原动机,无刷直流电机的动力学模型自MATLAB/Simscape的模型库中调用;无刷直流电机使用电流、转速双闭环系统进行调速,转速闭环中还使用了独立设计的基于模糊逻辑的PID控制方法。将机械传动系统的动力学模型、无刷直流电机及其控制器模型、叉车蓄电池模型联合起来,即可在MATLAB软件平台上进行仿真,用仿真得到的能量利用率和货叉的速度轨迹来评价新系统的工作表现。仿真结果显示:在动态特性方面,设计的丝杠举升系统能够很好地按照原叉车的设计要求保证货叉的举升速度、加速度;在节能效果方面,设计的丝杠举升系统在满载(3000kg负载)下的能量利用率高达56.23%,在1170kg载荷状态下为49.91%,在620kg载荷状态下为29.19%。为了验证使用滚动螺旋副的丝杠举升系统的可实现性,及其相较于液压举升系统的高效性,在叉车CPD30上进行了丝杠举升系统和液压举升系统的对照实验。结果显示,在多种载荷工况下,滚动螺旋副都有较高的能量利用率,在620kg载荷状态下,能量利用率达到31.56%,高过液压举升系统2.01%,在1170kg载荷状态下,能量利用率达到45.79%,高过液压举升系统7.45%。在动力学性能方面,在620kg载荷状态下,丝杠举升系统的平均举升速度比液压系统快0.018m/s,在1170kg载荷状态下,丝杠举升系统的平均速度比液压系统快0.003m/s。本文以仿真的方式估算了丝杠举升系统的能量利用率;对比于液压举升系统,以实验的方式验证了丝杠举升系统的动力学性能和节能效果。本文证实了新系统的开发潜力,为以后的高效系统开发提供了更好的机械平台,为其他工程机械的改型研发提供了参照。