混合動(dòng)力工程機(jī)械研究現(xiàn)狀

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1混合動(dòng)力工程機(jī)械研究現(xiàn)狀

在汽車行業(yè)混合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的推廣和使用，為工程機(jī)械的節(jié)能問題提供了一條新的道路，但是汽車的運(yùn)作方式和工程機(jī)械有明顯的差別，工程機(jī)械的負(fù)載工況和汽車的差別較大，工程機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，能量回收的方式不一樣，給混合動(dòng)力機(jī)的研究帶來了較大的難度。針對(duì)工程機(jī)械本身的特性，對(duì)能量管理和參數(shù)匹配進(jìn)行重點(diǎn)研究，研發(fā)出可以節(jié)能減排而且容易大面積的推廣和使用的混合動(dòng)力機(jī)型?，F(xiàn)在的能源十分緊缺，環(huán)境也越來越惡劣，混合動(dòng)力技術(shù)的使用是有非常重要的價(jià)值的。在上個(gè)世紀(jì)八十年代，由于汽車行業(yè)的發(fā)展，間接的提高了工程機(jī)械的設(shè)計(jì)水平。在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家，一些工程機(jī)械企業(yè)推出了改善后的工程機(jī)械產(chǎn)品，這些機(jī)械產(chǎn)品在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性上都有很大的突破?，F(xiàn)在，中國(guó)的工程機(jī)械行業(yè)也在迅速發(fā)展，中國(guó)的很多高校和工程機(jī)械企業(yè)也開始重視開發(fā)混合動(dòng)力工程機(jī)械，而且還把少量的機(jī)械投入到試用中。

2混合動(dòng)力的系統(tǒng)類型

2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和外載用“串聯(lián)”的方式組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)發(fā)電，把電力傳給發(fā)動(dòng)機(jī)，其實(shí)把發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)可以看成一個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)直接驅(qū)動(dòng)外載，電動(dòng)機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)外載，在驅(qū)動(dòng)的電力有多處的部分可以存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置里，在電力不足的時(shí)候，可以使用儲(chǔ)能裝置中存儲(chǔ)的電力。而且在外載制動(dòng)的時(shí)候，可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，并把釋放的電量回收起來，存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置中。在串聯(lián)式混合動(dòng)力裝置中，發(fā)動(dòng)機(jī)和外載之間不需要其他機(jī)械的連接，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，布置起來比較方便，對(duì)系統(tǒng)和策略的控制比較方便，但是只支持電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這種動(dòng)力類型和電驅(qū)動(dòng)差不多

2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)

把發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)用機(jī)械連接起來，再用并聯(lián)的方式安裝外載，并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有三種驅(qū)動(dòng)模式，有發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)模式。在這些驅(qū)動(dòng)模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是主要的驅(qū)動(dòng)模式，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率是可以疊加的，所以可以讓發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)，降低裝機(jī)的功率，這樣動(dòng)力系統(tǒng)的尺寸小、重量輕、價(jià)格低。在發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的共同驅(qū)動(dòng)下，用發(fā)動(dòng)機(jī)釋放的電力驅(qū)動(dòng)外載，多余的機(jī)械能用發(fā)電機(jī)存儲(chǔ)起來。當(dāng)電力不夠用的時(shí)候，可以把發(fā)電機(jī)存儲(chǔ)起來的電力釋放出來。用發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方法工作效率會(huì)很高，而且節(jié)能效果也比較好。

3串聯(lián)和并聯(lián)混合動(dòng)力的節(jié)能效果

為了了解串聯(lián)和并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能效果，把液壓挖掘機(jī)的雙泵驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，在液壓系統(tǒng)中加入串聯(lián)和并聯(lián)的動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)行仿真建模，對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作進(jìn)行仿真計(jì)算。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)最高、最低功率、輸出的總能量、耗油率和總耗油量進(jìn)行對(duì)比，最后得出結(jié)論。(1)如果在使用混合動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)候，不要單獨(dú)的使用串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)榇?lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)沒有節(jié)能的作用，但是單獨(dú)使用串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)可以改變排放物的質(zhì)量，還能降低柴油機(jī)的裝機(jī)功率。在使用串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)候，柴油機(jī)的工作狀況是比較穩(wěn)定的，可以降低柴油機(jī)的裝機(jī)功率，節(jié)約一部分成本。而且柴油機(jī)的工作能力也可以提高，柴油機(jī)可以長(zhǎng)期的在高效區(qū)里工作，充分的燃燒燃油，減少耗油量，改善尾氣排放的質(zhì)量。柴油機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間不需要其他機(jī)械的連接，所以工作狀況很平穩(wěn)，而且排放物少。整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)布置十分容易變通，相對(duì)比較自由，控制的方式也很簡(jiǎn)單。因?yàn)椴裼蜋C(jī)是與發(fā)電機(jī)相連接的，所以輸出的電能要在變頻器里和電池或者電容進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，這樣一來電能的損耗就會(huì)比較大，很難達(dá)到節(jié)能的作用。(2)單獨(dú)使用并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能效果不是很好。但是并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)可以使柴油機(jī)的裝機(jī)功率有明顯的降低，而且排放物的污染也不是很大。使用并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)候，柴油機(jī)輸出的能量只有一些可以用來發(fā)電，其他的能量都要用在泵的驅(qū)動(dòng)上。雖然在部分情況下使用并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)候需要發(fā)電機(jī)大量輸出功率。(3)把串聯(lián)混合動(dòng)力和并聯(lián)混合動(dòng)力進(jìn)行比較，串聯(lián)混合動(dòng)力比較占優(yōu)勢(shì)，混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以給其他的節(jié)能方式提供技術(shù)上的支持，把各種節(jié)能方法進(jìn)行結(jié)合，最終達(dá)到高效率節(jié)能的目標(biāo)。

4混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能方式

在使用工程機(jī)械的時(shí)候，大部分的能量都使用在液壓系統(tǒng)主要控制閥門的節(jié)流口上，這不僅會(huì)浪費(fèi)大量的能量，還會(huì)使系統(tǒng)的熱量上升。如果可以把浪費(fèi)的這部分能量回收并進(jìn)行利用，不但可以達(dá)到節(jié)能的目的，還可以是整個(gè)系統(tǒng)更具有穩(wěn)定性。要想回收這部分的能量，可以在主控制閥門的節(jié)流口上安裝一個(gè)馬達(dá)，用馬達(dá)對(duì)機(jī)構(gòu)的速度進(jìn)行控制，并將原本浪費(fèi)的能量?jī)?chǔ)存起來。如果采用馬達(dá)對(duì)能量進(jìn)行回收，因?yàn)轳R達(dá)的慣量比較大，所以普遍使用性并不是很高，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和研究。因?yàn)轳R達(dá)節(jié)能的措施還不是很完善，所以可以使用單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的方式，過去的工程機(jī)械大多采用單泵驅(qū)動(dòng)，這樣可以節(jié)約成本。可是不同的系統(tǒng)所需要的壓力是不同的，所以泵必須解決外載所需要的壓力。

5結(jié)語

如果單獨(dú)的使用串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)是沒有很明顯的節(jié)能效果的。雖然可以提高排放物的質(zhì)量，但是從節(jié)能的角度來說，還是選擇并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)為其他的節(jié)能方式奠定了基礎(chǔ)，使其他的節(jié)能措施具有很好的節(jié)能效果?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的使用，為節(jié)能減排帶來了重大的影響，應(yīng)該進(jìn)一步研究混合動(dòng)力系統(tǒng)，促使混合動(dòng)力系統(tǒng)達(dá)到更高的節(jié)能目標(biāo)。

作者：聶愷 單位：南京梅冶建設(shè)有限公司