针对液压挖掘机节能措施及混合动力系统方案

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1、HvdraulicsPneumatics&Seals，NO．9．2012液压挖掘机节能措施及混合动力系统方案姜继海，于安才，沈伟(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150080)摘要：针对挖掘机运行过程中所产生的各种功率损失，分析了现有挖掘机系统的优缺点，综述了挖掘机液压系统节能措施的现状。根据液压泵／马达四象限的工作特性和液压变压器的特点，提出了基于回转装置和基于CPR网络的液压混合动力挖掘机系统的设计方案，采用液压泵／马达回收挖掘机回转，旋转运动制动动能，采用液压变压器回收挖掘机直线运动势能，实现发动机——液压

2、泵——负载之间的合理匹配，能够解决现有挖掘机的传动效率和能量利用率低的问题。关键词：液压挖掘机：节能技术；混合动力；能量回收中图分类号：TH137．1文献标识码：B文章编号：1008—0813(2012)09—0075—04HydraulicExcavatorsEnergy-savingMethodsandHybridSystemsSchemeJIANGJi—hai，YUA17,一cai，SHENWe(CollegeofMechatronicsEngineering，HarbinInstituteofTechnology

3、，Harbin150080，China)O前言生产商开发了多种节能控制技术，较好地解决了这一问题。功率匹配主要有两方面内容：基于发动机——液“十二五”期间是我国经济增长和转型的一个关键压泵匹配的液压系统节能措施和基于液压泵——负载时期，如何通过发展低碳经济实现生产方式的转变已匹配的液压系统节能措施。成为社会各界的共识。近年来，随着基础设施建设力度1．1发动机——液压泵匹配节能控制系统在全国各地的日益加大。中国挖掘机市场进入蓬勃发基于发动机——液压泵匹配的液压系统节能措施展阶段。据统计，目前全国挖掘机拥有量近100万台，是

4、指通过调节控制液压泵和发动机，使发动机工作在全国各地每天有80万台挖掘机同时作业，如果每台挖高效率区域，使液压泵更充分地吸收发动机的功率。通掘机在原有基础上节油10％就意味着每年至少节约14过合理地匹配发动机和液压泵，可以有效地提高燃油亿公升的燃油，相当于减少了376万吨二氧化碳的排利用率，实现节能的目的。其节能措施主要包括恒功率放。目前我国挖掘机行业面临着能源转换效率较低、环控制、自动怠速控制、分工况控制和转速感应控制等。境污染严重等问题，这给工程机械行业的节能降耗带恒功率控制f中应用比较多的是交叉功率控制12]，可以

5、来了严峻挑战。相关统计显示，我国一次能源消费总量充分利用发动机功率，又能像分功率系统那样根据每已经达到32亿多吨标准煤，原油进口对外依存度达到一个液压泵的负载状况调整输出流量。但仍然存在着55％左右。石油消费主要领域是石油化工。交通运输和缺点，液压泵的工作点被局限在几条曲线上。与负载工工程机械等。工程机械。特别是挖掘机行业的原油消费作点不能很好匹配，不可避免地存在功率损失。当液压是不可忽视的一个重要方面。如何坚持节能、环保、低系统中位超过设定时间，实现自动怠速，节省燃油消碳工程、应用新的纯净绿色可再生能源系统．已经成为耗

6、，降低噪音。分工况控制应用的情况比较多，根据作挖掘机行业发展必须面对的课题。业工况和使用要求对发动机和液压泵进行优化设定．l目前国内外挖掘机液压系统节能措施控制发动机油门开度及液压泵的排量，一般分为重载众所周知，挖掘机工作过程中存在各种功率损失，荷情况、一般作业情况、轻载荷情况和低怠速情况。工其中占主导地位的是功率匹配损失．国内外工程机械况的区分，可以尽量避免发动机工作于高油耗状态。功率匹配损失是由于挖掘机工况复杂，负载变化基金项目：国家自然科学基金资助项目(50375033)剧烈，导致柴油机严重偏离经济工作区。造成燃油

7、利用收稿日期：2012—03—19率不高，尤其是在高转速、小负载的情况下。为解决这作者简介：姜继海(1957一)，男，黑龙江嫩江人，教授，博士，主要研究方向为液压传动基础理论及应用、液压流体能量存储及转换关键技术、液压混一问题，国外很早就展开了研究，对发动机和液压泵采合动力驱动理论及应用和新型液压元件及装置等。取功率匹配控制，目的是控制柴油机在各种负载功率75液压气动与密封／2012年第9期条件下都工作在经济工作区。到目前为止，几乎所有的型混合动力液压挖掘机嘲。随后，神户制钢，卡特彼勒等国外公司生产的中型挖掘机都配备了这

8、一控制系统，公司也推出了自己的混合动力挖掘机。这些公司普遍采如小松公司的PC系列挖掘机，日立建机的EX系列挖用的是油电混合的解决方案，借助蓄电池、超级电容等掘机，卡特彼勒公司的挖掘机等。为进一步提高功率匹储能元件，在小负载工况下由柴油机驱动发电机向储能配控制效果，国内一些学者也做了大量的研究工作。这元件蓄能，在大负载