摘要：行走工程机械的作业过程中存在频繁起停和往复运动，由于整机重量大，所以减速制动时会释放出大量的能量，这部分能量通常被转化为热能浪费掉，同时还会导致系统发热和元件寿命的缩短。因此，采用混合动力技术回收传统工程机械浪费掉的制动动能和重物势能成为节能降耗的一项有效措施。本文对行走工程机械的作业特点，提出了再生制动策略和能量利用策略。
关键词：工程机械；液压；混合动力
随着工程机械品种和数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物以及施工中产生的噪声、粉尘对环境产生了难以估计的影响，“环境”已成为阻碍工程机械发展的新因素。液压混合动力作为混合动力技术的一个重要分支，具有功率密度大、可靠性高、容易实现正反转等优点，因此在工程机械的行走装置和军用车辆的驱动系统中显示出较强的可应用性。现代所使用的装载机属于是多功能的机械设备，其操作灵活、使用方便、作业速度快，所以在土石方施工中得到了广泛使用。
1 行走工程机械的作业特点
行走工程机械在运行的过程中，不仅使用频率高，而且还要持续往复运动。行走工程机械的整机重量是非常大的，当对行走工程机械进行制动的时候，就可以有大量的能量释放出来。这些所释放的能量会被转化为热能，还可以造成系统发热，由此而导致行走工程机械的各个部件使用寿命缩短。所以，对于行走工程机械设备采用混合动力技术，可以将传统的工程机械设备运行中所浪费的制动动能进行有效回收，重物势能也得到了节约，从而起到了节约能源，降低能源消耗的作用。
对于公路车辆而言，如果制动频率比较低，当车辆处于正常行驶状态的时候，发动机可以在良好的燃油经济区运行。轮式装载机的负荷以及叉车的负荷都会出现变化，而且这种变化是具有周期性的。所以，车辆的发动机要能够适应负载功率的变化断，以避免出现燃油经济性恶化的问题。行走工程机械如果不断地启动制动装置，就说明当行走工程机械整机作业的时候，其负荷会存在周期性的变化，此时，就会有大量的能量可以回收。这就需要混合动力系统能够瞬时释放能量，而且还能够将这些能量存储起来。
2 行走工程机械液压混合动力系统
行走工程机械运行中，其传动装置有其自己的特点。在液压混合动力系统的选择上采用相应的同动力配置是非常必要的。如果液压混合动力叉车是串联式的，其构成上包括液压泵马达、发动机、液压泵以及蓄能器。由于液压混合动力叉车的结构是串联式的，就使得车轮和发动机之间并不存在直接的机械连接，由此而使得发动机处于正常的工作状态，并在良好的燃油经济区运行。液压混合动力系统可以提供给发动机一定的输出功率，还包括整机需求功率。为了使得液压混合动力系统轮边可以独立驱动，就需要对液压泵马达所排放的能量予以控制。当行走工程机械下坡的时候，就可以将叉车的惯性能回收。以储能方式的混合动力系统。
1、Cumulo 驱动系统，由VOLVO 公司对城市公交车传统的机械传动系汽车进行制动能量回收的研究，并取得了成功。这种公共汽车的传动轴同时与发动机和液压泵/马达相连。当公共汽车制动时，传动轴就驱动液压泵，将备罐中的油液泵入一个压缩器，压缩器随即将氮气压入两个高压容器中。当汽车重新发动时，压缩气体被释放回原系统驱动汽车。试验结果表明，在城市使用的车辆，燃料消耗量大约可降低30%，或者在相同的燃料消耗条件下，车辆可以多行驶45%的里程数。同时，汽车易损件制动器及同步器的使用寿命提高了3 倍以上。与传统汽车相比，汽车的废气排放可减少约30%，改善了汽车对环境的污染。
2、二次调节静液驱动系统，研究了一种采用二次调节静液驱动的新型方案。利用该方案可以使老式市内公共汽车仅用很小的花费就可以实现现代化，工业大学液压与气动教研室正在进行这方面的研究。这是一个带有二次调节闭环控制的驱动装置，公共汽车在加速过程中，所需功率通过一次元件从柴油机和直接从液压蓄能器中吸取。当达到行驶的正常速度后，所需的功率将减小，这时仅由一次元件的输出功率即可满足；在制动时，二次元件工作在泵工况，并且为液压蓄能器重新充压。这样，液压蓄能器一方面满足功率峰值的要求，另一方面可回收汽车的制动能量。其优点是柴油机只用来提供汽车恒转速行驶的能量和补充系统中的液压损失，这样驱动装置构成了一个无级变速传动，使得柴油机能够工作在一个合理的工作区内，使其消耗最为合理。
3、CPS 系统研究定压源液压驱动系统，并取得了较大进展。由于车辆全部采用了液压传动系统，因而使汽车底盘的布置更为方便。试验证明，汽车的部分性能也得到了明显的改善。使用定压源简称CPS）的飞轮系统由于结构简单、效率高等优点，成为目前汽车能量回收系统的主要形式之一。通过发动机和飞轮的混合驱动为系统提供动力，采用定压源液压驱动系统代替传统的能量传递，从而实现能量的传递及汽车牵引力的控制。
3 行走工程机械液压混合动力能量控制策略
混合动力工程机械运行中采用能量控制策略，所涵盖的内容包括再生制策略和能量利用策略。其中的再生制动策略在运行中，可以通过对混合动力系统中的动力元件进行控制而使得动能大量消耗。采用有效的控制方式，就可以将这些动能进行回收。能量利用策略包括两个方面的内容，即整机能量分配的控制和动力系统的控制。
1、再生制动策略。液压混合动力工程机械在运行中，其制动转矩可以划分为两个部分，即由传统的制动器所提供和由液压泵／马达所提供。两者的和就是制动转矩。在液压混合动力工程机械制动的过程中，整车的动能都会经过技术转换之后成为液压能而在液压蓄器中存储，从而回收了整车的能量[5]。当传动系统处于运行状态的时候，就会有制动力产生，对车轮发生作用。此时，就会有再生制动力产生。对整机的制动力用公式表示，即为：
2、能量利用策略。混合动力工程机械启动的时候，可以根据存储能量的方式操作液压蓄能器向混合动力工程机械提供能量，以提高传动系统的运行效率。当混合动力工程机械处于空载运行状态的时候，就可以对发动机的运行状态进行调整，时期处于最佳燃油经济。当发动机运行中释放出多余的能量的时候，就可以使用液压蓄能器对这些能量进行回收。从而使得整机的工作效率有所提高，同时还提供辅助功率使得发动机的云状速度加快。当混合动力工程机械为全动力驱动的时候，液压蓄能器就会将辅助牵引功率提供出来，以对发动机运转中所使用的能量予以补充，同时还可以确保发动机在最佳燃油经济区运行。
通过对行走工程机械的液压混合动力技术进行了分析，主要提出了由于行走工程机械的作业特点不同，就会对行走工程机械的运行产生了一定的影响。为了使行走工程机械运行中得到节能降耗的目的，就要将液压混合动力技术应用于其中，以提高机械设备的运行效率。
参考文献：
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[5]张彦廷．基于混合动力与能量回收的液压挖掘机节能研究［D］．杭州：浙江大学机械工程学院，2013．
论文作者:范学平1,徐哲2,吴建求3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/25
标签：工程机械论文; 液压论文; 混合动力论文; 能量论文; 系统论文; 蓄能器论文; 发动机论文; 《基层建设》2018年第36期论文;