混合動力工程機械研究現(xiàn)狀論文
1混合動力工程機械研究現(xiàn)狀
在汽車行業(yè)混合動力技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的推廣和使用，為工程機械的節(jié)能問題提供了一條新的道路，但是汽車的運作方式和工程機械有明顯的差別，工程機械的負(fù)載工況和汽車的差別較大，工程機械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，能量回收的方式不一樣，給混合動力機的研究帶來了較大的難度。針對工程機械本身的特性，對能量管理和參數(shù)匹配進(jìn)行重點研究，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力機型。現(xiàn)在的能源十分緊缺，環(huán)境也越來越惡劣，混合動力技術(shù)的使用是有非常重要的價值的。在上個世紀(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械的設(shè)計水平。在歐美一些發(fā)達(dá)國家，一些工程機械企業(yè)推出了改善后的工程機械產(chǎn)品，這些機械產(chǎn)品在動力性、經(jīng)濟性、安全性、舒適性上都有很大的突破。現(xiàn)在，中國的工程機械行業(yè)也在迅速發(fā)展，中國的很多高校和工程機械企業(yè)也開始重視開發(fā)混合動力工程機械，而且還把少量的機械投入到試用中。
2混合動力的系統(tǒng)類型
2.1串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)
發(fā)動機、發(fā)電機、電動機和外載用“串聯(lián)”的方式組成一個驅(qū)動系統(tǒng)。發(fā)電機發(fā)電，把電力傳給發(fā)動機，其實把發(fā)電機和發(fā)動機可以看成一個電力供應(yīng)系統(tǒng)。發(fā)動機不會直接驅(qū)動外載，電動機可以直接驅(qū)動外載，在驅(qū)動的電力有多處的部分可以存儲在儲能裝置里，在電力不足的時候，可以使用儲能裝置中存儲的電力。而且在外載制動的時候，可以帶動發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電，并把釋放的電量回收起來，存儲在儲能裝置中。在串聯(lián)式混合動力裝置中，發(fā)動機和外載之間不需要其他機械的連接，結(jié)構(gòu)比較簡單，布置起來比較方便，對系統(tǒng)和策略的控制比較方便，但是只支持電動機驅(qū)動，這種動力類型和電驅(qū)動差不多
2.2并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)
把發(fā)電機和驅(qū)動電機用機械連接起來，再用并聯(lián)的方式安裝外載，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有三種驅(qū)動模式，有發(fā)動機單獨驅(qū)動模式、電動機單獨驅(qū)動模式、發(fā)電機和電動機一起驅(qū)動模式。在這些驅(qū)動模式中，發(fā)動機驅(qū)動是主要的驅(qū)動模式，用電動機驅(qū)動作為發(fā)動機驅(qū)動的輔助。因為發(fā)電機和電動機的功率是可以疊加的，所以可以讓發(fā)電機和電動機一起驅(qū)動，降低裝機的功率，這樣動力系統(tǒng)的尺寸小、重量輕、價格低。在發(fā)電機和電動機的'共同驅(qū)動下，用發(fā)動機釋放的電力驅(qū)動外載，多余的機械能用發(fā)電機存儲起來。當(dāng)電力不夠用的時候，可以把發(fā)電機存儲起來的電力釋放出來。用發(fā)電機直接驅(qū)動的方法工作效率會很高，而且節(jié)能效果也比較好。
3串聯(lián)和并聯(lián)混合動力的節(jié)能效果
為了了解串聯(lián)和并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的節(jié)能效果，把液壓挖掘機的雙泵驅(qū)動的液壓系統(tǒng)作為實驗基礎(chǔ)，在液壓系統(tǒng)中加入串聯(lián)和并聯(lián)的動力系統(tǒng)，進(jìn)行仿真建模，對液壓挖掘機的工作進(jìn)行仿真計算。對發(fā)動機最高、最低功率、輸出的總能量、耗油率和總耗油量進(jìn)行對比，最后得出結(jié)論。(1)如果在使用混合動力系統(tǒng)的時候，不要單獨的使用串聯(lián)混合動力系統(tǒng)，因為串聯(lián)混合動力系統(tǒng)沒有節(jié)能的作用，但是單獨使用串聯(lián)混合動力系統(tǒng)可以改變排放物的質(zhì)量，還能降低柴油機的裝機功率。在使用串聯(lián)混合動力系統(tǒng)的時候，柴油機的工作狀況是比較穩(wěn)定的，可以降低柴油機的裝機功率，節(jié)約一部分成本。而且柴油機的工作能力也可以提高，柴油機可以長期的在高效區(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。柴油機和電動機之間不需要其他機械的連接，所以工作狀況很平穩(wěn)，而且排放物少。整個裝置的結(jié)構(gòu)布置十分容易變通，相對比較自由，控制的方式也很簡單。因為柴油機是與發(fā)電機相連接的，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比較大，很難達(dá)到節(jié)能的作用。(2)單獨使用并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的節(jié)能效果不是很好。但是并聯(lián)混合動力系統(tǒng)可以使柴油機的裝機功率有明顯的降低，而且排放物的污染也不是很大。使用并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的時候，柴油機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)動上。雖然在部分情況下使用并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的時候需要發(fā)電機大量輸出功率。(3)把串聯(lián)混合動力和并聯(lián)混合動力進(jìn)行比較，串聯(lián)混合動力比較占優(yōu)勢，混合動力系統(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混合動力系統(tǒng)的節(jié)能方式
在使用工程機械的時候，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，這不僅會浪費大量的能量，還會使系統(tǒng)的熱量上升。如果可以把浪費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)流口上安裝一個馬達(dá)，用馬達(dá)對機構(gòu)的速度進(jìn)行控制，并將原本浪費的能量儲存起來。如果采用馬達(dá)對能量進(jìn)行回收，因為馬達(dá)的慣量比較大，所以普遍使用性并不是很高，還需要進(jìn)一步的實驗和研究。因為馬達(dá)節(jié)能的措施還不是很完善，所以可以使用單獨驅(qū)動的方式，過去的工程機械大多采用單泵驅(qū)動，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
如果單獨的使用串聯(lián)混合動力系統(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)混合動力系統(tǒng)。混合動力系統(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。混合動力系統(tǒng)的使用，為節(jié)能減排帶來了重大的影響，應(yīng)該進(jìn)一步研究混合動力系統(tǒng)，促使混合動力系統(tǒng)達(dá)到更高的節(jié)能目標(biāo)。
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