耿家文 袁泉

摘?要：挖掘機(jī)作為我國工程機(jī)械領(lǐng)域先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，其規(guī)模和保有量均處于工程機(jī)械行業(yè)第一，是我國現(xiàn)代化建設(shè)過程中的支柱產(chǎn)業(yè)之一，但液壓挖掘機(jī)能耗高、排放差，其節(jié)能減排責(zé)任重大。以小松20t 挖掘機(jī)為例，在正常工作相同時(shí)間內(nèi)，其廢氣排放量相當(dāng)于30 輛小型汽車的廢氣排放量。當(dāng)前，我國大力提倡節(jié)能環(huán)保，挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)已經(jīng)行業(yè)技術(shù)熱門，徐工集團(tuán)于2019年推出50噸級(jí)混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)（見圖1）引爆行業(yè)節(jié)能技術(shù)熱點(diǎn)，本文將結(jié)合行業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展對(duì)基于能量回收再利用技術(shù)的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)進(jìn)行探究，為行業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化提供參考。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)?節(jié)能技術(shù)?混合動(dòng)力?能量回收再利用

基于能量回收再利用的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)是指通過蓄能器回收液壓挖掘機(jī)在工作過程中動(dòng)臂、回轉(zhuǎn)馬達(dá)往復(fù)運(yùn)動(dòng)因空載和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的能量損失，在挖掘機(jī)作業(yè)過程中釋放能量，提高液壓挖掘機(jī)能量利用率，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。

一、挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)概述

在液壓挖掘機(jī)行業(yè)，傳統(tǒng)的節(jié)能方法如通過發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)、液壓元件和液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)功率匹配節(jié)能技術(shù)等取得了良好的節(jié)能效果，這些節(jié)能技術(shù)比較成熟，在國內(nèi)外品牌挖掘機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。但通過傳統(tǒng)節(jié)能方法進(jìn)一步提高節(jié)能效果的成本和技術(shù)難度越來越大。而震動(dòng)削掘技術(shù)、負(fù)載口獨(dú)立控制技術(shù)和二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)等新型節(jié)能技術(shù)因?yàn)槔碚摶驊?yīng)用不成熟，難以在挖掘機(jī)上得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，另一方面挖掘機(jī)本體結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、慣量大，工作過程具有強(qiáng)周期性，其勢(shì)能和動(dòng)能的損失巨大，造成能量浪費(fèi)的情況并沒有解決。許多挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家借鑒能量回收再利用技術(shù)在汽車領(lǐng)域表現(xiàn)出的良好節(jié)能效果，將能量回收再利用技術(shù)引入到挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)中，利用能量回收、功率匹配、控制策略等方法，以期達(dá)到節(jié)能減排的效果。

二、能量回收再利用技術(shù)在液壓挖掘機(jī)上的應(yīng)用

挖掘機(jī)在工作過程中存在動(dòng)臂、回轉(zhuǎn)馬達(dá)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，存在動(dòng)臂勢(shì)能、回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能等能量損失。這部分能量通常都消耗在液壓閥的閥口上，不僅浪費(fèi)了能量，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱和元件壽命的降低。日本神鋼建機(jī)公司通過大量的試驗(yàn)得出：傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率只有20%轉(zhuǎn)化為有用功，20%損失在車體和作業(yè)裝置的運(yùn)動(dòng)中，而在液壓元件和節(jié)流調(diào)速控制上的損失達(dá)到了60%。能量回收再利用技術(shù)種類繁多，實(shí)現(xiàn)路徑不盡相同，并非所有的能量回收再利用技術(shù)都適應(yīng)挖掘機(jī)工作載荷變化大、周期性強(qiáng)、執(zhí)行元件協(xié)調(diào)性高的要求。研究開發(fā)適應(yīng)挖掘機(jī)工作特性的能量回收再利用技術(shù)具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。而國家“十一五”863 計(jì)劃在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域方面也重點(diǎn)部署了“新型混合動(dòng)力工程機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)開發(fā)示范應(yīng)用”課題，要求以液壓挖掘機(jī)為研究對(duì)象，研發(fā)出適用于對(duì)工程機(jī)械的能量回收再利用關(guān)鍵技術(shù)。

三、徐工混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)

徐工于2019年推出50噸級(jí)混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)，在行業(yè)率先實(shí)現(xiàn)大噸位混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)化。其挖掘機(jī)能量回收再利用技術(shù)主要由回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)、動(dòng)臂能量回收系統(tǒng)、能量釋放利用系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等組成，見圖2。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)溢流能量經(jīng)回轉(zhuǎn)能量回收閥回收，動(dòng)臂下降時(shí)的勢(shì)能經(jīng)動(dòng)臂能量回收閥回收，回收的能量均以壓力能的形式存儲(chǔ)于蓄能器中。系統(tǒng)需要?jiǎng)恿r(shí)，蓄能器中的壓力能由能量釋放利用系統(tǒng)釋放利用，與發(fā)動(dòng)機(jī)一起提供動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，達(dá)到降低油耗的目的。

四、結(jié)語

大量工業(yè)性考核試驗(yàn)及用戶使用證明，應(yīng)用能量回收再利用技術(shù)的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)可達(dá)到20%以上的節(jié)油率，產(chǎn)業(yè)化后的增加的成本可在1 年內(nèi)回收成本。而相關(guān)元件的生命周期與挖掘機(jī)主要元件生命周期相同，可達(dá)5～10 年;按生命周期估算，可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)為新增成本的5～10 倍，成本利潤(rùn)比優(yōu)勢(shì)明顯，尤其對(duì)于高油耗的中大型挖掘機(jī)，節(jié)油絕對(duì)值更可觀，成本回收期更短，創(chuàng)造的利潤(rùn)絕對(duì)值更大，應(yīng)用價(jià)值也更大。

參考文獻(xiàn)

[1]李建松，丁海港，趙繼云，秦家升，史繼江，王振興.超大型液壓挖掘機(jī)混合式動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析[J].液壓與氣動(dòng)，2019（07）：33—38.