混合动力液压挖掘机的特点及应用分析

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1、2011年10月机床与液压0et．201l第39卷第20期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．39No．20DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．20．026混合动力液压挖掘机的特点及应用分析张远深，刘斌斌，王书武，沈欢，张春(兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州730050)摘要：分析了混合动力液压挖掘机不同的结构形式、工作原理、技术特点及应用领域；提出了混合动力液压挖掘机存在的研究难点；并展望其应用前景。关键词：混合动力；液压挖掘机；发动机；发电机／电动机；储能装置中图分类号：

2、TH137文献标识码：B文章编号：1001—3881(2011)20—071—2CharacteristicandApplicationAnalysisofHydraulicHybridExcavatorZHANGYuanshen。LIUBinbin，WANGShuwu．SHENHuan。ZHANGChun(CollegeofEnergyandPowerEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，LanzhouGansu730050，China)Abstract：Thedifferentst

3、ructures，operatingprinciples，technicalcharacteristicsandapplicationdomainsofhybridhydraulicexcavatorswereanalyzed．Thedifficultiesinthedevelopmentofhybridhydraulicexcavatorwereputforward．Theprospectinthefuturewasdiscussed．Keywords：Hybridpower；Hydraulicexcavator；Engine；

4、Generator／Electromotor；Accumulator随着能源短缺和环境污染问题日趋严重，人们的2混合动力液压挖掘机的结构形式及应用环保意识日益增强，国内外对工程机械的能源消耗及根据驱动系统连接方式，混合动力液压挖掘机可尾气排放等限制愈加严格，开发研制环保节能型产品以分为串联式、并联式、混联式。现已成为工程机械发展的趋势。鉴于混合动力技术在串联式混合动力系统(图1)由发动机直接带汽车上的成功应用，近年来国内外著名工程机械生产动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到储能装厂家将研究开发转向了混合动力系统，混合动力系统置

5、并以直流电的形式储存，再由储能装置传输给电动已成为工程机械节能降耗、降低排放的的重要研究方机转化为动能驱动液压泵，最后通过多路换向阀驱动向之一卜。执行机构。串联式系统的优点是储能装置平衡发动机1混合动力液压挖掘机的技术特点输出功率和电动机输入功率，保证挖掘机正常工作；混合动力液压挖掘机同时装备内燃机驱动系统、发动机和电动机之间相对独立工作，易于实现结构灵辅助动力单元和储能装置，将动力系统与储存元件以活布局。缺点是发动机输出的能量经过机械能一电不同方式结合，实现性能的良好匹配和控制策略、控能一机械能的转换之后做功，能量损失大，电机装

6、机制算法优化，在内燃机驱动的同时进行能量的回收和功率较大。二次利用。混合动力液压挖掘机主要采用油电混合的动力驱动系统，小负载工况下由柴油机驱动发电机向储能元件蓄能，在大负载工况下将储存的能量释放出来驱动图1串联混合动力系统原理图电机。作为辅助动力单元与柴油机一起满足峰值负载串联式的典型应用是神户制钢液压挖掘机功率的要求，或者用电机直接驱动液压系统，达到柴(图2)。能量回收系统中动臂下降时，泵一马达工作油机输出功率和扭矩的均衡控制。通过用功率较小的在马达状态，将回油的液压能转化为机械能用来参与柴油机来驱动大吨位挖掘机，柴油机始终处于

7、高效运泵的驱动。若回收的功率超出了泵的需求，则多余的机械能通过电动发电机(发电机模式)转化为电行状态，实现了混合动力液压挖掘机高动力、高效能存储在电容中。该回收方法的优点是采用泵一马达率、高回报、高功能，低噪声、低震动、低油耗、低缩短了能量回收流程，对系统元件的要求较高，增加排放的特点。收稿日期：2010—10—18作者简介：张远深(1962一)，男，副教授，硕士生导师，主要从事气压传动与控制方面的研究工作。通信作者：刘斌斌，E—mail：liubinbin20083124@163．com。·72·机床与液压第39卷了控制的复杂度

8、。功率，稳定了发动机的工作点。与串联式相比，发电机、发动机的装机功率小，电容容量低，功率更大，油耗更低，但布局和控制系统比较复杂。混联式混合动力系统(图5)的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，斗杆油缸—E二