工程機(jī)械混合動(dòng)力畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1課題研究的背景2</p><p>　　1.2什么是混合動(dòng)力車輛3</p><p>　　1.3工程機(jī)械混合動(dòng)力技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀3</p><p>

2、　　1.4工程機(jī)械混合動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.5課題研究的意義5</p><p>　　1.6本文研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　第二章 工程機(jī)械動(dòng)力特性分析6</p><p>　　2.1工程機(jī)械作業(yè)特點(diǎn)6</p><p>　　2.2工程機(jī)械現(xiàn)有動(dòng)力的特點(diǎn)7</p>&

3、lt;p>　　2.3工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的工況與特性簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.4混合動(dòng)力的特點(diǎn)8</p><p>　　第三章 工程機(jī)械混合動(dòng)力方案探討10</p><p>　　3.1混合動(dòng)力系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用概況及發(fā)展前景10</p><p>　　3.1.1混合動(dòng)力汽車節(jié)能機(jī)理分析10</p><p&g

4、t;　　3.1.2混合動(dòng)力技術(shù)在汽車領(lǐng)域的發(fā)展前景12</p><p>　　3.2工程機(jī)械混合動(dòng)力的可行性分析12</p><p>　　3.3混合動(dòng)力的幾種方案的分析12</p><p>　　3.3.1串聯(lián)式方案12</p><p>　　3.3.2并聯(lián)式方案13</p><p>　　3.3.3混聯(lián)式方案14

5、</p><p>　　3.3.4復(fù)合式方案14</p><p>　　3.4工程機(jī)械適用的方案14</p><p>　　3.5混合動(dòng)力系統(tǒng)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用概況15</p><p>　　第四章 工程機(jī)械混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)17</p><p>　　4.1混合動(dòng)力的概況17</p><p&g

6、t;　　4.1.1混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)及其特點(diǎn)17</p><p>　　4.1.2混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)17</p><p>　　4.1.3混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)18</p><p>　　4.1.4混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀19</p><p>　　4.2工程機(jī)械混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)20</p><p>　　4.2.1

7、工程機(jī)械混合動(dòng)力參數(shù)優(yōu)化匹配20</p><p>　　4.2.2工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略20</p><p>　　4.2.3工程機(jī)械混合動(dòng)力回收系統(tǒng)20</p><p>　　4.2.4工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性22</p><p>　　4.2.5工程機(jī)械混合動(dòng)力的操控性22</p><p>　　4.3

8、本章小結(jié)23</p><p>　　第五章 混合動(dòng)力車輛的實(shí)例分析及推廣難題24</p><p>　　5.1混合動(dòng)力系統(tǒng)在工程機(jī)械上的應(yīng)用概況24</p><p>　　5.1.1混合動(dòng)力系統(tǒng)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用24</p><p>　　5．1．2混合動(dòng)力系統(tǒng)在裝載機(jī)上的應(yīng)用26</p><p>　　5.1.3混合

9、動(dòng)力在推土機(jī)上的應(yīng)用28</p><p>　　5.2混合動(dòng)力技術(shù)在軍車中的應(yīng)用28</p><p>　　5.3用戶如何才能接受混合動(dòng)力30</p><p>　　第六章 全文總結(jié)及展望33</p><p><b>　　6.1結(jié)論33</b></p><p><b>　　6.2展

10、望33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的背景</p><p>　　“節(jié)能降耗、

11、綠色環(huán)保”是當(dāng)今世界的兩大主題，隨著能源的日益枯竭和環(huán)境污染問題的逐年嚴(yán)重，世界各國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保問題越來越重視。而汽車工業(yè)在其發(fā)展的100多年內(nèi)，雖然在節(jié)能、污染、排放和其他若干方面都取得了顯著的改善和長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是其尾氣排出的污染物仍是當(dāng)今地球大氣的主要污染源。汽車行業(yè)消耗了世界石油產(chǎn)量的很大一部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)：交通工具的能量消耗量占世界總能源消費(fèi)的40%，汽車的能源消耗量約占1/4。隨著汽車保有量的逐年增多，石油消耗量也會(huì)隨之增加，因此

12、開發(fā)并應(yīng)用節(jié)能清潔的汽車迫在眉睫。在此大背景下，純電動(dòng)車技術(shù)、燃料電池技術(shù)、混合動(dòng)力技術(shù)、其他代用燃料技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而生。其中，混合動(dòng)力技術(shù)是兼顧了節(jié)能環(huán)保性和產(chǎn)業(yè)化可行性的最佳組合，是未來幾年發(fā)展的重要方向。國(guó)內(nèi)外各汽車廠商都在不遺余力地研發(fā)混合動(dòng)力技術(shù)。</p><p>　　工程機(jī)械是耗能與排放大戶，更應(yīng)考慮如何最大限度的實(shí)現(xiàn)“節(jié)能降耗、綠色環(huán)?！?。工程機(jī)械采用混合動(dòng)力是最有效的節(jié)能減排方式之一，工程機(jī)械混合動(dòng)力

13、也是目前最符合綠色環(huán)保的工程機(jī)械。</p><p>　　1.2什么是混合動(dòng)力車輛</p><p>　　混合動(dòng)力車輛是使用多種能源動(dòng)力的道路車輛，使用內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池、氫氣、燃料電池等技術(shù)。目前的混合動(dòng)力車多數(shù)以電動(dòng)機(jī)推動(dòng)，能源則來自電池及內(nèi)燃機(jī)。混合動(dòng)力車多數(shù)無需從電網(wǎng)上充電，但是消耗汽油較少，而加速表現(xiàn)卻較佳，被視為比普通只由內(nèi)燃機(jī)引擎發(fā)動(dòng)的車輛較為環(huán)保?；旌蟿?dòng)力的技術(shù)最早在柴電潛

14、艇上出現(xiàn)。這類潛艇在水上時(shí)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)并為電池充電，在水下則由電池推動(dòng)。世界第一輛混合動(dòng)力車輛由費(fèi)迪南德·保時(shí)捷在1899年制成。大批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力車則在上世紀(jì)90年代才出現(xiàn)，分別為本田公司生產(chǎn)的Insight和豐田公司生產(chǎn)的Prius。最早期的混合動(dòng)力車輛，內(nèi)燃機(jī)不會(huì)直接驅(qū)動(dòng)車輪，只是當(dāng)作裝在車上的發(fā)動(dòng)機(jī)，用來提供動(dòng)力發(fā)電。車輛則只由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)。這種配置稱為“串聯(lián)混合”。第二代的混合動(dòng)力車輛，則由內(nèi)燃機(jī)直接提供動(dòng)力，推

15、動(dòng)車輪。電動(dòng)機(jī)則只作為車輛起動(dòng)時(shí)作輔助，在需要大推力的時(shí)候出力，或在剎車時(shí)提供再生制動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)成為電能儲(chǔ)存起來。2000年起豐田公司生產(chǎn)的Prius屬第三代混合動(dòng)力車輛。Prius采用計(jì)算機(jī)控制并使用差速器，可以只用電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)，或二者結(jié)合驅(qū)動(dòng)車輪。計(jì)算機(jī)可在需要時(shí)關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)或</p><p>　　1.3工程機(jī)械混合動(dòng)力技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　目前世界主要工程機(jī)械制造企業(yè)

16、都在致力于混合動(dòng)力工程機(jī)械產(chǎn)品的研究，有的處于樣機(jī)研制階段，有的已開始小批量推向市場(chǎng)。2003年日立建機(jī)成功研制出世界第一臺(tái)混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)，2006年4月該公司聯(lián)合紐芬蘭又推出了7t級(jí)小型串聯(lián)式混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)；2004年5月日本小松公司研制成功了世界第一臺(tái)混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，又于2008年6月在第一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)的基礎(chǔ)上正式向日本市場(chǎng)推出了20 t級(jí)PC200-8型混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)。該機(jī)采用了并聯(lián)式油電混合動(dòng)力，根據(jù)測(cè)試結(jié)

17、果其平均油耗可降低25%左右，最大油耗降可達(dá)41%，節(jié)能降耗的效果十分明顯；2008年3月，瑞典沃爾沃建筑設(shè)備公司的L220F型混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)在美國(guó)市場(chǎng)亮相，2009年已開始推向市場(chǎng)。根據(jù)測(cè)試該混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)可降低耗10%以上；2009年日本住友推出了20 t級(jí)磁盤起吊式混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)，據(jù)說該機(jī)可降低燃油消耗20%以上[1]。</p><p>　　在我國(guó)主要工程機(jī)械制造企業(yè)詹陽(yáng)動(dòng)力、三一重機(jī)、柳工、江

18、麓建機(jī)、徐工等已實(shí)質(zhì)性進(jìn)入了混合動(dòng)力工程機(jī)械的研究與開發(fā)，并取得了一定效果。詹陽(yáng)動(dòng)力在2007年北京第9屆BICES展會(huì)上展出了我國(guó)第一臺(tái)混合動(dòng)力挖掘機(jī)—JYL621日型輪式混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)，開創(chuàng)了我國(guó)混合動(dòng)力工程機(jī)械的先河?；旌蟿?dòng)力工程機(jī)械已列入了我國(guó)“863”科研攻關(guān)計(jì)劃，得到了國(guó)家科研經(jīng)費(fèi)的支持。首批承擔(dān)混合動(dòng)力工程機(jī)械“863”科研攻關(guān)計(jì)劃的有柳工、三一重機(jī)、江麓建機(jī)等，計(jì)劃到2010年上半年前結(jié)題出樣機(jī)，目前各企業(yè)都在緊張地

19、進(jìn)行中。2009年11月，三一重機(jī)在北京第10屆BICES展會(huì)上展出了整機(jī)質(zhì)量為20.9 t、功率為114 kW、斗容量為0.9 m3的SY215C型混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)。該機(jī)采用了油、電，雙能源，即在回轉(zhuǎn)部分采用了電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)共同驅(qū)動(dòng)，可以回收回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)的能量。該機(jī)做復(fù)合動(dòng)作時(shí)，回轉(zhuǎn)部分不會(huì)與其他執(zhí)行元件分爭(zhēng)液壓能，減少了能量消耗。據(jù)說該機(jī)可節(jié)能30%，效率可提高25%。SY215C雖然只有回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用混合動(dòng)力，但意義重大，開創(chuàng)了我

20、國(guó)量大面廣的履帶式混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)的先河，對(duì)我國(guó)混合動(dòng)力工程機(jī)械</p><p>　　混合動(dòng)力工程機(jī)械主要集中在挖掘機(jī)、裝載機(jī)與叉車3大類工程機(jī)械，這3大類工程機(jī)械的產(chǎn)品銷量排在前3位。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)主要工程機(jī)械總銷售量為51萬多臺(tái)，而挖掘機(jī)、裝載機(jī)與叉車3大機(jī)種合計(jì)銷售量為41萬多臺(tái)，占總銷售量的80.6%。跟據(jù)除中國(guó)以外的全世界工程機(jī)械多年來銷售量統(tǒng)計(jì)，這3大類工程機(jī)械市場(chǎng)占有率均在75%以上。因此

21、，只要解決了這3大類工程機(jī)械的節(jié)能減排，就解決了75%以上工程機(jī)械的節(jié)能減排。同時(shí)，其他工程機(jī)械與這3大類工程機(jī)械有許多相同或相似之處，只要解決了這3大類工程機(jī)械的節(jié)能減排，其他的將迎刃而解[3]。</p><p>　　在這3大類工程機(jī)械中，液壓挖掘機(jī)具有重要地位。因液壓挖掘機(jī)是全液壓驅(qū)動(dòng)，比裝載機(jī)、叉車的液力機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力相對(duì)容易，且節(jié)能減排的效果也更加明顯。同時(shí)，液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)制動(dòng)能及動(dòng)臂下降勢(shì)能回收，

22、其節(jié)能效果也比較顯著。因此，混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)最具典型性與代表性，是各大主機(jī)廠家研制混合動(dòng)力的優(yōu)先機(jī)種。</p><p>　　1.4工程機(jī)械混合動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　上個(gè)世紀(jì)發(fā)生震撼西方經(jīng)濟(jì)的兩次石油危機(jī)，以及英國(guó)倫敦酸霧與泰晤士河污染的環(huán)境危機(jī)，使西方人開始反思工業(yè)化發(fā)展的科學(xué)性、合理性和今后的走向，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了能源危機(jī)和環(huán)境（自然）污染的危害性。對(duì)西方長(zhǎng)期奉行的“人類

23、中心主義”的一元論提出懷疑，并把目光轉(zhuǎn)向中國(guó)儒家“天人合一”的二元論或多元論，即人與自然的和諧發(fā)展的研究。在人類提高其文明程度和向自然索取時(shí)必須把生存的可持續(xù)性作為科學(xué)理念納入到行業(yè)的科技進(jìn)步中[4]。</p><p>　　工程機(jī)械行業(yè)在其發(fā)展的歷程中，一直擔(dān)當(dāng)人類對(duì)自然界索取活動(dòng)的工具角色，在其活動(dòng)中對(duì)能源消耗、資源消耗，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響也一直是較為顯現(xiàn)的，因此自上世紀(jì)八十年代之后，工程機(jī)械行業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面逐

24、漸成為創(chuàng)新的重要內(nèi)容。</p><p>　　目前各國(guó)政府紛紛出臺(tái)政策法規(guī)，強(qiáng)制機(jī)動(dòng)車輛的排放指標(biāo)，禁止超標(biāo)排放的機(jī)動(dòng)車的銷售和使用。特別是美國(guó)和歐盟明確規(guī)定了非公路機(jī)動(dòng)設(shè)備的排放標(biāo)準(zhǔn)，并且該標(biāo)準(zhǔn)逐漸接近于公路機(jī)動(dòng)設(shè)備的排放標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，一些國(guó)家（如日本）對(duì)低排放和零排放的機(jī)動(dòng)車的生產(chǎn)和使用都給予非常優(yōu)惠的政策。近年來我國(guó)也出臺(tái)了一系列相關(guān)法規(guī)，并逐漸與國(guó)際接軌。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展來看，工程機(jī)械的節(jié)能環(huán)保性能是其

25、進(jìn)入市場(chǎng)和被用戶接受的基本要素，同時(shí)也將是該產(chǎn)品生存和發(fā)展的先決條件。此外，節(jié)能研究有助于降低工程機(jī)械自身系統(tǒng)的發(fā)熱，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和工作壽命，降低系統(tǒng)的裝機(jī)功率，從而在一定程度上有助于節(jié)約設(shè)備的制造和維護(hù)成本。對(duì)于工程機(jī)械的制造商和最終用戶來說，節(jié)能將為其帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　如今工程機(jī)械節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為衡量其先進(jìn)與否的一項(xiàng)重要指標(biāo)，研究工程機(jī)械的燃油經(jīng)濟(jì)性具有非常重要的

26、實(shí)際意義。</p><p>　　今后，工程機(jī)械將更加側(cè)重于電子控制、節(jié)能、可靠性和安全性以及適應(yīng)性等方向的研究與相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。在電子控制方面，電子控制化、自動(dòng)化是提高工程機(jī)械附加值的重要方面。在節(jié)能方面，進(jìn)一步提高器件單體效率的難度將越來越大，重點(diǎn)將轉(zhuǎn)移到提高發(fā)動(dòng)機(jī)—液壓系統(tǒng)整體最佳效率的匹配研究，以及研發(fā)新的實(shí)用化的節(jié)能液壓元件及系統(tǒng)。更多地關(guān)注能量的回收技術(shù)，如出口節(jié)流控制損耗能量、回轉(zhuǎn)制動(dòng)能量等的回收利用

27、。國(guó)內(nèi)的工程機(jī)械近年來得到了很大的發(fā)展，年增長(zhǎng)率到達(dá)70%，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，但一些重要方面與國(guó)際水平相比仍有很大的差距。我們應(yīng)從科研、開發(fā)、生產(chǎn)、市場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)同努力，通過消化引進(jìn)自主開發(fā)，加強(qiáng)高技術(shù)含量工程機(jī)械的開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　工程機(jī)械產(chǎn)品都是耗油大戶，每一次生產(chǎn)企業(yè)在“省油”方面的技術(shù)進(jìn)步，都成為產(chǎn)品推向市場(chǎng)的巨大賣點(diǎn)?；旌蟿?dòng)力工程機(jī)械的研發(fā)與應(yīng)用需要技術(shù)的不斷完善，相對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品，混合

28、動(dòng)力工程機(jī)械售價(jià)將會(huì)較高，其發(fā)展需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。但伴隨著全球環(huán)保節(jié)能理念的深入，混合動(dòng)力將成為未來行業(yè)生產(chǎn)的一種趨勢(shì)。對(duì)于正在謀求實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)來說，無論是主機(jī)企業(yè)還是配套企業(yè)，提前把握市場(chǎng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，率先開展先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)是十分必要的。</p><p>　　1.5課題研究的意義</p><p>　　目前國(guó)際油價(jià)已逼近每桶100美元，5年來增幅超過3

29、00% ，在第三屆歐佩克首腦會(huì)議上，“供應(yīng)石油，促進(jìn)繁榮，保護(hù)地球”成為會(huì)議主題，此次會(huì)議是歐佩克自1960年成立47年以來舉行的第三屆首腦會(huì)議，13個(gè)歐佩克成員國(guó)中11個(gè)國(guó)家的元首都出席了本次會(huì)議?？梢娛鸵堰M(jìn)入國(guó)家政治舞臺(tái)。黨的“十七大”把“節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策”的地位上升到“中華民族生存發(fā)展”的終極高度，并且放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略突出位置，節(jié)能戰(zhàn)略已成為國(guó)家長(zhǎng)期戰(zhàn)略，國(guó)家將采取強(qiáng)硬措施力保節(jié)能，力促效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)主

30、要工程機(jī)械設(shè)備保有量約為200萬臺(tái)，有關(guān)專家稱每年消耗燃油約為4 500萬t，如果工程機(jī)械行業(yè)通過科技創(chuàng)新，采取較有效的節(jié)能技術(shù)，使工程機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能10%，每年將節(jié)約燃油450萬t，節(jié)省200多億元的燃油資金消耗，對(duì)減少排放的作用更毋庸質(zhì)疑。因此我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)要把節(jié)能科技創(chuàng)新放在突出位置[5]。</p><p>　　1.6本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　第一章主要介紹了工程機(jī)

31、械混合動(dòng)力的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，和工程機(jī)械混合動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)。第二章通過對(duì)工程機(jī)械的作業(yè)過程分析，現(xiàn)有動(dòng)力特點(diǎn)的分析，從而提出了混合動(dòng)力技術(shù)并加以論述。第三章介紹了混合動(dòng)力在工程機(jī)械上的可行性分析，并著重介紹了混合動(dòng)力的幾種方案，以及工程機(jī)械所適用的方案。第四章主要介紹了工程機(jī)械混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)。這兩章著重探討混合動(dòng)力的特點(diǎn)，分析工程機(jī)械混合動(dòng)力的可行性及技術(shù)方案，探討工程機(jī)械混合動(dòng)力關(guān)鍵技術(shù)。第五章通過列舉實(shí)例來說明工程機(jī)械混合動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)。

32、</p><p>　　第二章 工程機(jī)械動(dòng)力特性分析</p><p>　　2.1工程機(jī)械作業(yè)特點(diǎn)</p><p>　　工程機(jī)械種類多，應(yīng)用范圍廣，在城市作業(yè)的工程機(jī)械主要有裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)、起重機(jī)等。主要應(yīng)用于房屋建設(shè)，場(chǎng)地平整，基礎(chǔ)開挖，物料裝卸，道路建設(shè)與改造，管線鋪設(shè)等市政工程建設(shè)。這些工程往往是時(shí)間緊、任務(wù)重，需要晝夜連續(xù)作業(yè)。工程機(jī)械作業(yè)時(shí)，頻繁啟動(dòng)發(fā)

33、動(dòng)機(jī)，急速加油和制動(dòng)，不僅造成燃油燃燒不充分，尾氣污染嚴(yán)重，燃油經(jīng)濟(jì)性差，而且會(huì)帶來間隙性、周期性的高強(qiáng)度噪聲。一方面對(duì)操作者造成身體的傷害，另一方面對(duì)人們正常的學(xué)習(xí)、工作和生活秩序造成極大的干擾，在夜間施工尤其如此，工程機(jī)械在城市作業(yè)，擾民問題歷來是投訴的熱點(diǎn)，而這一問題也一直沒有根本的解決辦法，不得已，有的地方政府只好采取限制作業(yè)時(shí)問的辦法來緩解矛盾，但對(duì)施工企業(yè)與建設(shè)業(yè)主的工期與經(jīng)濟(jì)損失卻是不可低估的。為此筆者從工程機(jī)械本身及作業(yè)

34、的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)混合動(dòng)力技術(shù)在工程技術(shù)上應(yīng)用的可行性作了分析研究，并認(rèn)為，盡管工程機(jī)械功率大，作業(yè)能力大，但為間隙作業(yè)，而非連續(xù)作業(yè)，臺(tái)班消耗的能源總量仍然較小，這就為采用內(nèi)燃動(dòng)力和蓄電池動(dòng)力提供了可能。工程機(jī)械自身重量較大，而其相當(dāng)一部分重量是滿足機(jī)械作業(yè)所需配重。而非機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，因此，這部分重量可</p><p>　　2.2工程機(jī)械現(xiàn)有動(dòng)力的特點(diǎn)</p><p>　　目前工程機(jī)械

35、的動(dòng)力來源多采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其所采用的柴油機(jī)必須滿足下列要求：</p><p>　　1、作業(yè)時(shí)沖擊和振動(dòng)大，要求有較高的剛度和強(qiáng)度；</p><p>　　2、工作負(fù)荷大，且經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)短暫超負(fù)荷工礦，要求轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)應(yīng)達(dá)到1.25~1.4，最低不小于1.15~1.20；</p><p>　　3、作業(yè)時(shí)速度和負(fù)荷劇變，要求有性能良好的全制式調(diào)速器；</p>

36、<p>　　4、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)空氣含塵量高，要求有高效的各種類型濾清器；</p><p>　　5、常在傾斜地面作業(yè)，應(yīng)能保證在前后左右傾斜30°~35°的坡地上，可靠的工作；</p><p>　　6、常在野外偏僻地區(qū)工作，要求工作可靠、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)，目前先進(jìn)產(chǎn)品大修間隔以達(dá)到10000h以上；</p><p>　　7、柴油機(jī)常常還要針

37、對(duì)一些特殊環(huán)境下的作業(yè)分別滿足特殊的使用要求，如嚴(yán)寒地區(qū)和熱帶地區(qū)作業(yè)，地下坑道和水下作業(yè)，高海拔地區(qū)和沙漠缺水地區(qū)作業(yè)，以及軍用工程機(jī)械等。</p><p>　　2.3工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的工況與特性簡(jiǎn)介</p><p>　　1、發(fā)動(dòng)機(jī)的工況：發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況簡(jiǎn)稱為工況。發(fā)動(dòng)機(jī)的工況決定于它發(fā)出的有效功率（或有效轉(zhuǎn)矩）和曲軸的轉(zhuǎn)速。例如發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況，就是指柴油機(jī)為最大供油量（汽油機(jī)為節(jié)氣門

38、全開）時(shí)，不同轉(zhuǎn)速的任何工況。發(fā)動(dòng)機(jī)的其他工況，則是由全負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)以及與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速來確定的。</p><p>　　2、當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械（工程機(jī)械，拖拉機(jī)或汽車等）在不同負(fù)荷工況下工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率（或有效轉(zhuǎn)矩）與轉(zhuǎn)速應(yīng)符合工程機(jī)械負(fù)荷工況的要求。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在一系列連續(xù)的工作循環(huán)中，發(fā)出的有效功率（或有效轉(zhuǎn)矩）和轉(zhuǎn)速的平均值等于工作機(jī)械所消耗的功率（或轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)速的平均值是，則發(fā)動(dòng)機(jī)的這一工況成為穩(wěn)定

39、工況。然而，實(shí)際使用中工程機(jī)械、拖拉機(jī)或汽車經(jīng)常是在變負(fù)荷（變轉(zhuǎn)矩或變轉(zhuǎn)速，或者是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都變化）工況下工作的。因此驅(qū)動(dòng)它的發(fā)動(dòng)機(jī)也不可能經(jīng)常處于穩(wěn)定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際使用中，驅(qū)動(dòng)不同工作機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)，其工況變化規(guī)律也不同。根據(jù)使用條件不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況大致可分為以下三類：固定式工況；螺旋槳工況；面工況</p><p>　　3、發(fā)動(dòng)機(jī)特性：發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨著調(diào)整情況和運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化的關(guān)系，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性。性能指

40、標(biāo)隨著調(diào)整情況變化的關(guān)系，稱為調(diào)整特性。如柴油機(jī)供油提前角調(diào)速特性，燃料調(diào)整特性等。性能指標(biāo)隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化的關(guān)系稱為性能特性（也稱使用特性）。發(fā)動(dòng)機(jī)特性用曲線表示稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線。研究發(fā)動(dòng)機(jī)特性的目的在于：根據(jù)特性曲線可以評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性；根據(jù)特性曲線，可以合理地選用發(fā)動(dòng)機(jī)，并能更有效地使用發(fā)動(dòng)機(jī)；分析影響特性的因素，以便按照需要尋求改造發(fā)動(dòng)機(jī)性能的途徑，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使之滿足工程機(jī)械的需要。</

41、p><p>　　2.4混合動(dòng)力的特點(diǎn)</p><p>　　混合動(dòng)力是指在同一車輛上同時(shí)應(yīng)用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池兩種動(dòng)力源。其主要是采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作的動(dòng)力源，通過混合動(dòng)力混合使用熱能和電力兩套系統(tǒng)為車輛提供動(dòng)力，達(dá)到節(jié)省燃料和降低排氣污染的月的。使用的內(nèi)燃機(jī)既有柴油機(jī)又有汽油機(jī)，但共同的特點(diǎn)是排量小、質(zhì)量輕、速度高、排放好。混合動(dòng)力車輛的關(guān)鍵是混合動(dòng)力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動(dòng)

42、力車輛的整車性能。經(jīng)過十多年的發(fā)展，混合動(dòng)力系統(tǒng)總成已從原來發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)離散結(jié)構(gòu)向發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和變速器一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動(dòng)力總成系統(tǒng)[6] 。</p><p>　　由于工程機(jī)械均采用較大功率的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，故本文所指的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池組成的混合動(dòng)力。與單一的內(nèi)燃動(dòng)力相比較，混合動(dòng)力的良好適應(yīng)性一方面擴(kuò)大了工程機(jī)械的適應(yīng)范圍和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，另一方面又提高了工作機(jī)械的工作可靠性，克服了在特定環(huán)境下內(nèi)燃動(dòng)力的

43、排放污染和噪聲污染問題。與單一的蓄電池動(dòng)力相比較，具有更高的機(jī)動(dòng)性，克服了蓄電池動(dòng)力由于能力儲(chǔ)存和補(bǔ)充問題而無法長(zhǎng)時(shí)間工作和連續(xù)作業(yè)的不足。因此，混合動(dòng)力通過內(nèi)燃和蓄電池的有機(jī)結(jié)合，既集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者的不足。在特定的環(huán)境，通過對(duì)動(dòng)力的合理選擇和組合使用，就可以取得良好的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性和低污染、低噪音的效果。一個(gè)動(dòng)力匹配良好的混合動(dòng)力系統(tǒng)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)混合動(dòng)力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能

44、量再生制動(dòng)，不僅可以減少制動(dòng)能耗與機(jī)械磨損，延長(zhǎng)機(jī)械壽命，降低機(jī)械故障率，還可以將制動(dòng)能量加以回收再利用；</p><p>　　(2)系統(tǒng)中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)平均負(fù)荷或運(yùn)行所需功率來選型設(shè)計(jì)，而不需要滿足最大工作負(fù)荷。在高負(fù)荷工作時(shí)，可以由蓄電池提供輔助動(dòng)力，這樣可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)率、體積、重量較小，而混合動(dòng)力系統(tǒng)仍然具有良好的加速、爬坡、重負(fù)載等動(dòng)力性能；</p><p>　　(3)內(nèi)燃

45、發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，可以穩(wěn)定在一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效、低污染排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，從而大大降低了排放污染、噪聲污染和燃油消耗，取得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性；</p><p>　　(4)兩種動(dòng)力可以根據(jù)需要同時(shí)使用或選擇使用，當(dāng)一種動(dòng)力出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用另一種動(dòng)力。在需要時(shí)還可使用發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)蓄電池充電。因此混合動(dòng)力系統(tǒng)比單一內(nèi)燃或蓄電池動(dòng)力系統(tǒng)都具有更高的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。</p><p>　　由于混合動(dòng)力的技術(shù)

46、及其優(yōu)越性，結(jié)合工程機(jī)械的動(dòng)力、結(jié)構(gòu)與作業(yè)特點(diǎn)，內(nèi)燃工程機(jī)械在市政工程施工中的空氣污染、噪聲污染和儲(chǔ)備功率過大等問題，都可望通過應(yīng)用混合動(dòng)力技術(shù)得到比較圓滿的解決。</p><p>　　第三章 工程機(jī)械混合動(dòng)力方案探討</p><p>　　3.1混合動(dòng)力系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用概況及發(fā)展前景</p><p>　　混合動(dòng)力汽車是指由兩種或兩種以上的儲(chǔ)能器、能源或轉(zhuǎn)換器作驅(qū)

47、動(dòng)能源，其中至少有一種能提供電能的車輛。根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將混合動(dòng)力汽車分為串聯(lián)式(SHEV)、并聯(lián)式(PHEV)和混聯(lián)式(SPHEV)。由于混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體布置方式有很大的自由度，不同的布置方式對(duì)各總成的功能和性能會(huì)有不同的要求，因此本文以雙軸并聯(lián)混合動(dòng)力汽車為例進(jìn)行相關(guān)研究圖1為文中作為研究對(duì)象的雙軸并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式示意圖。</p><p>　　3.1.1混合動(dòng)力汽車節(jié)

48、能機(jī)理分析</p><p>　　混合動(dòng)力汽車技術(shù)通過在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上增加一套電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在保證車輛行駛性能不變的前提下，實(shí)現(xiàn)提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。由混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)原理及其工作模式可知，混合動(dòng)力汽車具有下述4種節(jié)能途徑(見圖2)。</p><p>　?。?）選擇較小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)(downsize)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的負(fù)荷率。通過選擇功率相對(duì)較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，提供整車運(yùn)行的平均功率，由電機(jī)提供峰值

49、功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在高效率區(qū)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，消除傳統(tǒng)汽車“大馬拉小車”的弊病。</p><p>　?。?）控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率?？刂撇呗愿鶕?jù)整車運(yùn)行情況，將需求轉(zhuǎn)矩在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間進(jìn)行最優(yōu)分配，將發(fā)動(dòng)機(jī)控制在高效率區(qū)運(yùn)行，將電機(jī)作為載荷調(diào)節(jié)裝置，大轉(zhuǎn)矩需求時(shí)參與驅(qū)動(dòng)，小轉(zhuǎn)矩需求時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化為電能。因此在滿足整車行駛的轉(zhuǎn)矩需求下，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在高效率區(qū)運(yùn)行，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。&l

50、t;/p><p>　?。?）取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，消除怠速時(shí)的燃油消耗和廢氣排放。根據(jù)對(duì)車輛運(yùn)行工況循環(huán)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)間約占整個(gè)工況循環(huán)時(shí)間的30% ~40%。利用大功率電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠迅速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，在車速為零時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，禁止發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和排放均比較惡劣的怠速工況運(yùn)行，達(dá)到節(jié)油目的。</p><p>　　（4）回收制動(dòng)能量。在車輛滑行或制動(dòng)時(shí)，控制策略控制混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入

51、再生制動(dòng)工作模式，利用電機(jī)吸收車輛的動(dòng)能，并將電能回饋到電池組中，還可以避免制動(dòng)系統(tǒng)的過度磨損。研究表明，再生制動(dòng)的節(jié)油效果可以達(dá)到5%~12%速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，在車速為零時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，禁止發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和排放均比較惡劣的怠速工況運(yùn)行，達(dá)到節(jié)油目的。</p><p>　　按照機(jī)械能和電能的合成方式，并聯(lián)和混聯(lián)混合動(dòng)力又可以分為扭矩合成型、轉(zhuǎn)速合成型和牽引力合成型。日本和歐美國(guó)家在混合動(dòng)力的應(yīng)用研究起步較早，

52、已經(jīng)將其應(yīng)用到轎車、公交車、卡車的動(dòng)力系統(tǒng)中，并且相繼推出了各自的產(chǎn)品。目前最主要的混合動(dòng)力產(chǎn)品是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)，如表3-1所示。此外美國(guó)還研制出了</p><p>　　混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)坦克，把混合動(dòng)力的應(yīng)用拓展到了軍事領(lǐng)域。在我國(guó)，混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究也己展開，如清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、重慶大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)和香港大學(xué)等都在混合動(dòng)力汽車方面開展了研究工作，取得了一定

53、的研究成果，并已經(jīng)把該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到了公共汽車、轎車以及卡車上[7]。</p><p>　　3.1.2混合動(dòng)力技術(shù)在汽車領(lǐng)域的發(fā)展前景</p><p>　?。?）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具備了良好的動(dòng)力性能、良好的燃油經(jīng)濟(jì)性、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。為達(dá)到提高車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，需要采用當(dāng)代最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)深入分析低油耗特性；選擇比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的電機(jī)，研究它的低速大轉(zhuǎn)

54、矩、效率和再生制動(dòng)能量回饋性能；經(jīng)過周密分析和試驗(yàn)研究特性，最佳選擇各自高性能區(qū)段的組合與疊加；</p><p>　?。?）混合動(dòng)力汽車成本的絕對(duì)過高成為目前混合動(dòng)力電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要難點(diǎn)。因此，混合動(dòng)力汽車技術(shù)發(fā)展的首要難題是降低成本，特別是必須降低動(dòng)力電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等的成本；</p><p>　?。?）提高汽車行駛過程中的能量再生利用效率。從汽車制造階段著手，設(shè)計(jì)

55、改進(jìn)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，滿足汽車再生制動(dòng)回收要求，加強(qiáng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的可靠性，解決動(dòng)力電池的使用壽命和可靠性問題，是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的前提。總之，在國(guó)際能源緊缺的大環(huán)境下，混合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用，可以很好的為汽車行進(jìn)中減速、下坡過程的能量節(jié)省消耗，同時(shí)減少排量、降低污染。混合動(dòng)力技術(shù)的興起，已是大勢(shì)所趨。</p><p>　　3.2工程機(jī)械混合動(dòng)力的可行性分析</p><p>　　工程機(jī)械

56、不同于一般行駛車輛，它不僅要為行駛系統(tǒng)提供動(dòng)力，也要為工作機(jī)械提供動(dòng)力，行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)為低速大扭矩或大牽引力，工作裝置為高壓大流量。適應(yīng)于工程機(jī)械的混合動(dòng)力系統(tǒng)有串聯(lián)、并聯(lián)和分軸式混合動(dòng)力系統(tǒng)。</p><p>　　3.3混合動(dòng)力的幾種方案的分析</p><p>　　3.3.1串聯(lián)式方案</p><p>　　串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)主要針對(duì)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，工作裝置采用

57、何種動(dòng)力方式視作業(yè)要求而言。串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。系統(tǒng)中工作裝置和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)I和電動(dòng)機(jī)II提供，而電動(dòng)機(jī)所需電力可以由發(fā)電機(jī)組和蓄電池組通過系統(tǒng)控制器分別提供或同時(shí)提供。在曠野作業(yè)或長(zhǎng)距離行駛時(shí)可由柴油發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，而在城市作業(yè)、居民區(qū)作業(yè)時(shí)，可由蓄電池組提供電力。在工作間隙還可用市電對(duì)其充電。串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝置與驅(qū)動(dòng)橋或驅(qū)動(dòng)輪間柔性聯(lián)接，每個(gè)車輪均可安裝電動(dòng)輪，這樣便于機(jī)械的總體布置和維

58、修，并可根據(jù)需要選擇驅(qū)動(dòng)輪來滿足牽引性能和通過性能的要求，串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)布置成串聯(lián)式，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，而電能又通過電動(dòng)機(jī)再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因而在采用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力時(shí)效率較低，很難達(dá)到明顯降低油耗的目的。其主要優(yōu)點(diǎn)是蓄電池可起功率調(diào)節(jié)作用。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況不受行駛工況和作業(yè)負(fù)載的影響，可以始終在低排放、低油耗的最佳工作區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，避免了怠速和低速工況，從而提高了效率，提高了排放性能。

59、因此，在城市作業(yè)和蓄電池能量充足時(shí)，應(yīng)盡量使用蓄電池電力。</p><p><b>　　功率流分析：</b></p><p>　?。?）車輛起動(dòng)和加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)——發(fā)電機(jī)組和蓄電池一起輸出電能通過系統(tǒng)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，最后通過變速器驅(qū)動(dòng)車輪；</p><p>　?。?）車輛輕載時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率大于車輛需要的功率，多余的能量通過逆變器給蓄

60、電池充電直到預(yù)定限值；</p><p>　?。?）車輛減速或制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)把車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過系統(tǒng)控制器給蓄電池充電；</p><p>　?。?）車輛停止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也可以通過發(fā)電機(jī)和逆變器給蓄電池充電。</p><p>　　3.3.2并聯(lián)式方案</p><p>　　并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)分別通過傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)橋聯(lián)

61、接，行駛時(shí)，可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。工作裝置動(dòng)力可取自于蓄電池組或發(fā)動(dòng)機(jī)。在并聯(lián)系統(tǒng)一般沒有發(fā)電機(jī)，蓄電池靠市電充電。并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。與串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)相比較，并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)采用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力時(shí)，直接通過離合器驅(qū)動(dòng)行駛系統(tǒng)或到液壓泵站，因此效率較高。但也有難以在低污染、低排放、低燃油消耗狀態(tài)下連續(xù)工作的不足，并且沒有發(fā)電機(jī)，也就無法利用自身的能力對(duì)蓄電池組充電，根據(jù)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)，宜應(yīng)用于需

62、要較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)行駛的工程機(jī)械上，如汽車起重機(jī)、自卸式卡車等。以便這些機(jī)械在公路上采用內(nèi)燃動(dòng)力高速行駛。</p><p><b>　　功率流分析：</b></p><p>　?。?）車輛起動(dòng)和加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同通過變速器驅(qū)動(dòng)車輪；</p><p>　?。?）車輛正常行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)關(guān)閉，僅由發(fā)動(dòng)機(jī)工作，提供車輛所需動(dòng)力；</p&g

63、t;<p>　?。?）車輛制動(dòng)或減速時(shí)，發(fā)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，通過系統(tǒng)控制器給蓄電池充電；</p><p>　?。?）當(dāng)車輛輕載、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率大于車輛所需的功率時(shí)，多余的功率通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池充電。</p><p>　　3.3.3混聯(lián)式方案</p><p>　　混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)是串、并聯(lián)的結(jié)合，在不同工況下可采用不同的聯(lián)接模式，使得系統(tǒng)可

64、以更加靈活的調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了系統(tǒng)的綜合性能。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，整車布置和控制難度很大。豐田汽車的Prius采用的是這聯(lián)結(jié)方式。</p><p>　　3.3.4復(fù)合式方案</p><p>　　復(fù)合式混合動(dòng)力工程機(jī)械結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，無法歸到上述三種之中。其結(jié)構(gòu)與混聯(lián)式相似，都有起發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)作用的電機(jī)，兩者的主要區(qū)別在于復(fù)合式中的電動(dòng)機(jī)允許功率流雙向流動(dòng)，而混聯(lián)

65、式的發(fā)電機(jī)只允許功率流單向流動(dòng)。雙向流動(dòng)的功率流可以有更多的工作模式，這對(duì)于采用三個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置的混聯(lián)式混合動(dòng)力工程機(jī)械而言是不可能達(dá)到的。復(fù)合式混合動(dòng)力工程機(jī)械同樣具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。復(fù)合式混合動(dòng)力工程機(jī)械采用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和不同的控制策略來調(diào)節(jié)功率流在不同元件的流動(dòng)，這里就不展開分析了[8]。</p><p>　　3.4工程機(jī)械適用的方案</p><p>　　工程機(jī)械不同于一般

66、行駛車輛，它不僅要為行駛系統(tǒng)提供動(dòng)力，也要為工作機(jī)械提供動(dòng)力，行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)為低速大扭矩或大牽引力，工作裝置為高壓大流量。適應(yīng)于工程機(jī)械的混合動(dòng)力系統(tǒng)有串聯(lián)、并聯(lián)式和分軸式混合動(dòng)力系統(tǒng)。分軸式混臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)如圖5所示，是針對(duì)前后橋均為驅(qū)動(dòng)橋而設(shè)計(jì)的一種動(dòng)力系統(tǒng)，它也是并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的一種特例。電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)分別聯(lián)接前后驅(qū)動(dòng)橋，兩種動(dòng)力可根據(jù)工作需要分別使用或同時(shí)使用。工作裝置動(dòng)力可以分別由蓄電池組供給或發(fā)動(dòng)機(jī)供給。與串聯(lián)和并聯(lián)混

67、合動(dòng)力系統(tǒng)相比較，分軸式混合動(dòng)力系統(tǒng)中內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力和蓄電池動(dòng)力更具有獨(dú)立性，因此也就可以更為方便地根據(jù)工作任務(wù)的需要選擇其中一種動(dòng)力或兩種動(dòng)力同時(shí)選擇。分軸式混合動(dòng)力系統(tǒng)比較適宜于在輪式裝載機(jī)、輪式推土機(jī)及起重機(jī)、牽引車等重載與空載時(shí)前后軸負(fù)荷差別較大的工程機(jī)械上應(yīng)用。</p><p>　　3.5混合動(dòng)力系統(tǒng)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用概況</p><p>　　近年來，鑒于混合動(dòng)力系統(tǒng)在汽車上的成功

68、應(yīng)用，受到了各工程機(jī)械制造企業(yè)的高度重視，成為工程機(jī)械節(jié)能降耗、降低排放的重要研究課題之一。為了提高下一代產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率，日立建機(jī)、二尺莊二建機(jī)、神戶制鋼、小松、新卡特彼勒一三菱等世界上各大工程機(jī)械制造商，紛紛開展了混合動(dòng)力系統(tǒng)在工程機(jī)械上的應(yīng)用研究工作。</p><p>　　2003年，日立建機(jī)生產(chǎn)出了世界上第一臺(tái)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的輪式裝載機(jī)(Wheel Loader)，這是混合動(dòng)力系統(tǒng)在工程機(jī)械上的首次

69、應(yīng)用。</p><p>　　當(dāng)前，在綜合考慮了系統(tǒng)的節(jié)能、排放、布局和成本等因素的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)在工程機(jī)械上應(yīng)用的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式主要有兩種型式：以神戶制鋼和日立建機(jī)為代表的串聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式和以小松、新卡特彼勒—三菱、日立建機(jī)為代表的并聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式。串聯(lián)式混合動(dòng)力工程機(jī)械的系統(tǒng)方案如圖6所示。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能全部用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，所輸出的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾笠徊糠謨?chǔ)存在電池中，另一部分經(jīng)逆變器處理后

70、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能經(jīng)液壓泵轉(zhuǎn)化為液壓能，并在控制閥的作用下驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)中的控制器接收發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、操作手柄的動(dòng)作控制信號(hào)和電池的狀態(tài)信號(hào)等，經(jīng)過運(yùn)算處理，進(jìn)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供應(yīng)和整流/逆變器的運(yùn)行和轉(zhuǎn)換。</p><p>　　并聯(lián)混合動(dòng)力應(yīng)用在工程機(jī)械上的系統(tǒng)方案如圖7所示。此系統(tǒng)與圖6系統(tǒng)的不同之處在于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出能量沒有完全用于發(fā)電，而是僅將驅(qū)動(dòng)液壓泵剩余部分機(jī)械能通過電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化

71、為電能，通過雙向電流轉(zhuǎn)換器儲(chǔ)存在電池當(dāng)中。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率不足以驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)時(shí)，電池中儲(chǔ)存的電能釋放出來，經(jīng)雙向電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟婒?qū)動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)?？刂破鞯淖饔檬谦@得發(fā)動(dòng)機(jī)、電池和泵的監(jiān)測(cè)信息，經(jīng)過處理以后用于輔助操縱信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、泵和雙向電流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制。系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)以機(jī)械方式聯(lián)接，整車布置和動(dòng)力總成控制的難度較大，但是優(yōu)點(diǎn)是電池和電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率較小，整體效率較高，燃油消耗較少，整車價(jià)格較低[9

72、]。</p><p>　　第四章 工程機(jī)械混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　4.1混合動(dòng)力的概況</p><p>　　4.1.1混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)及其特點(diǎn)</p><p>　　混合動(dòng)力是指在同一車輛上同時(shí)應(yīng)用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池兩種動(dòng)力源。由于工程機(jī)械均采用較大功率的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，故本文所指的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池組成的混合動(dòng)力。與單一的內(nèi)燃動(dòng)

73、力相比較，混合動(dòng)力的良好適應(yīng)性一方面擴(kuò)大了工程機(jī)械的適應(yīng)范圍和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，另一方面又提高了工作機(jī)械的工作可靠性，克服了在特定環(huán)境下內(nèi)燃動(dòng)力的排放污染和噪聲污染問題。與單一的蓄電池動(dòng)力相比較，具有更高的機(jī)動(dòng)性，克服了蓄電池動(dòng)力由于能力儲(chǔ)存和補(bǔ)充問題而無法長(zhǎng)時(shí)間工作和連續(xù)作業(yè)的不足。因此，混合動(dòng)力通過內(nèi)燃和蓄電池的有機(jī)結(jié)合，既集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者的不足。在特定的環(huán)境，通過對(duì)動(dòng)力的合理選擇和組合使用，就可以取得良好的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性和低污

74、染、低噪音的效果。一個(gè)動(dòng)力匹配良好的混合動(dòng)力系統(tǒng)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)混合動(dòng)力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能量再生制動(dòng)，不僅可以減少制動(dòng)能耗與機(jī)械磨損，延長(zhǎng)機(jī)械壽命，降低機(jī)械故障率，還可以將制動(dòng)能量加以回收再利用。</p><p>　　(2)系統(tǒng)中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)平均負(fù)荷或運(yùn)行所需功率來選型設(shè)計(jì)，而不需要滿足最大工作負(fù)荷。在高負(fù)荷工作時(shí)，可以由蓄電池提供輔助動(dòng)力，這樣可以使得發(fā)動(dòng)

75、機(jī)的機(jī)率、體積、重量較小，而混合動(dòng)力系統(tǒng)仍然具有良好的加速、爬坡、重負(fù)載等動(dòng)力性能。</p><p>　　(3)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，可以穩(wěn)定在一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效、低污染排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，從而大大降低了排放污染、噪聲污染和燃油消耗，取得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　(4)兩種動(dòng)力可以根據(jù)需要同時(shí)使用或選擇使用，當(dāng)一種動(dòng)力出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用另一種動(dòng)力在需要時(shí)還可使用發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)蓄電池充電。

76、因此混合動(dòng)力系統(tǒng)比單一內(nèi)燃或蓄電池動(dòng)力系統(tǒng)都具有更高的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。</p><p>　　由于混合動(dòng)力的技術(shù)及其優(yōu)越性，結(jié)合工程機(jī)械的動(dòng)力、結(jié)構(gòu)與作業(yè)特點(diǎn)，內(nèi)燃工程機(jī)械在市政工程施工中的空氣污染、噪聲污染和儲(chǔ)備功率過大等問題，都可望通過應(yīng)用混合動(dòng)力技術(shù)得到比較圓滿的解決。</p><p>　　4.1.2混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)</p><p>　　工程機(jī)械混

77、合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展與機(jī)械、電氣、內(nèi)燃機(jī)、能源技術(shù)息息相關(guān)，隨著這些方面技術(shù)的發(fā)展，混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展也隨之廣泛，主要包括：1）最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，體積小重量輕以及油耗低排放性能優(yōu)良的發(fā)動(dòng)機(jī)都引領(lǐng)著工程機(jī)械業(yè)的發(fā)展，而目前Prius發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了目前先進(jìn)的水平；2）先進(jìn)的電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，電機(jī)技術(shù)則決定著混合動(dòng)力工程機(jī)械的發(fā)展空間，對(duì)于混合動(dòng)力機(jī)的要求也越來越高，混合動(dòng)力機(jī)要具有較大的負(fù)載特性以及很寬的高效率工作區(qū)間；3）高性能的動(dòng)力電池

78、，動(dòng)力電池在工程機(jī)械混合動(dòng)力上應(yīng)用，主要起到以下作用：a)起動(dòng)、加速時(shí)作為動(dòng)力；b)車輛減速、下坡行駛時(shí)回收車輛動(dòng)能。</p><p>　　因此要求動(dòng)力電池具有：①高輸出能力和高回收能量的接受能力；②體積小、重量輕；③SOC 控制技術(shù)；④高可靠性和安全性；⑤長(zhǎng)的使用壽命。</p><p>　　以上的技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)著混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展，而混合動(dòng)力的發(fā)展又提高了這些基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展空間[10]。&

79、lt;/p><p>　　4.1.3混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　?。?）混合動(dòng)力單元技術(shù)：混合動(dòng)力汽車上的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)稱為混合動(dòng)力單元。當(dāng)前，混合動(dòng)力單元研究的主要對(duì)象是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料電池。其在燃料的使用方面出現(xiàn)了很大的變化，除了汽油和柴油外，還有天然氣、液化氣和乙醇等代用燃料。提高混合動(dòng)力單元的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性將是研究的重點(diǎn)，對(duì)其必然提出更多諸如混合動(dòng)力單元能快速起動(dòng)和關(guān)閉等要求。

80、</p><p>　　（2）電機(jī)：電機(jī)是混合動(dòng)力汽車的重要組成部分，混合動(dòng)力要求電機(jī)在大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有好的調(diào)速特性；能夠根據(jù)駕駛員對(duì)加速踏板和制動(dòng)踏板的控制，由中央控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間的動(dòng)力協(xié)調(diào)，以獲得起動(dòng)、加速、行駛、減速和制動(dòng)所需要的功率和扭矩。電機(jī)應(yīng)體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低、高效低耗，其可靠性和安全性符合國(guó)家(或國(guó)際)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并適合在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作。</p><p&g

81、t;　?。?）控制策略技術(shù)：混合動(dòng)力車（HEV） 產(chǎn)品中開發(fā)最關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新是根據(jù)不同的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制定和優(yōu)化其控制策略，即根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和車速等信息及相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的功率分配策略，在各種負(fù)荷狀態(tài)下動(dòng)力輸出的模式，以保證車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性等使用性能的要求。HEV根據(jù)開發(fā)目的、使用環(huán)境及價(jià)格水平的不同，可選擇采用串聯(lián)或并聯(lián)型式，其動(dòng)力混合的輕重程度也不同，因而控制策略也就各具特色。無論串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)H

82、EV系統(tǒng)，控制策略要解決的問題主要有兩個(gè)：系統(tǒng)運(yùn)行模式的切換和混合模式下功率的分配，通常功率分配都被看作是一個(gè)以減小油耗和改善排放為目標(biāo)的優(yōu)化問題。</p><p>　　（4）能量存儲(chǔ)技術(shù)：由于車況的改變，電池必須經(jīng)受不同電流的充放電循環(huán)作用，要求電池不但應(yīng)具備較高的能量密度，而且要求較高的功率密度及充放電效率和較長(zhǎng)的使用壽命。能量存儲(chǔ)裝置要具有較高的比功率，以滿足汽車加速和爬坡時(shí)對(duì)大功率的需要，同時(shí)，由于電池的

83、工作溫度不可能覆蓋軍用汽車運(yùn)行的工作溫度范圍，為保證電池系統(tǒng)的統(tǒng)一，減少各電池單元之間的不平衡，能量存儲(chǔ)裝置必須采用熱能控制管理，要有較高的比能量、較長(zhǎng)的使用壽命和低廉的制造成本。目前常用的有鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。</p><p>　　4.1.4混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究與開發(fā)主要包括五個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：</p><p&g

84、t;　?。?）混合動(dòng)力系統(tǒng)的性能匹配與優(yōu)化。主要內(nèi)容為：混合動(dòng)力系統(tǒng)的布置方式、參數(shù)選擇和優(yōu)化、性能建模和仿真；利用動(dòng)態(tài)軟件驗(yàn)證性能匹配和優(yōu)化的效果；</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)開發(fā)。主要內(nèi)容為：利用混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模型，設(shè)計(jì)控制策略，利用仿真軟件驗(yàn)證控制算法的效果；建立快速控制原型，利用硬件在環(huán)技術(shù)(HIL)完成控制系統(tǒng)的快速開發(fā)；</p><p>　?。?）混合動(dòng)力整機(jī)的系統(tǒng)

85、集成。主要包括控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式、網(wǎng)絡(luò)通訊、功能集成和電氣聯(lián)接，機(jī)械系統(tǒng)功能集成和機(jī)械聯(lián)接；</p><p>　?。?）通過建立混合動(dòng)力系統(tǒng)總成的試驗(yàn)臺(tái)架，完成混合動(dòng)力系統(tǒng)總成的性能；</p><p>　　（5）整機(jī)運(yùn)行參數(shù)的匹配與標(biāo)定。通過整機(jī)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)完成整機(jī)的性能調(diào)試；</p><p>　　混合動(dòng)力系統(tǒng)的影響環(huán)節(jié)復(fù)雜，不確定因素多，其中控制策略是能量管理和分

86、配的核心，控制策略的設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化是提高混合動(dòng)力系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性、降低尾氣排放和噪聲的前提和關(guān)鍵。</p><p>　　在混合動(dòng)力汽車上最早出現(xiàn)并且應(yīng)用最廣泛的是門限值控制策略。初亮以整車油耗和排放最佳為控制目標(biāo)提出了兩種門限值控制策略，一種是限制發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的控制策略，另一種是加權(quán)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的控制策略。孫冬野等人根據(jù)油門踏板的開度大小又把限制發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的控制策略進(jìn)一步細(xì)分為兩種策略，分別控制發(fā)動(dòng)機(jī)最

87、佳燃油經(jīng)濟(jì)性和電機(jī)的最佳效率。張欣等人分析了電助力控制系統(tǒng)的換檔控制方案。門限值控制策略具有簡(jiǎn)單、工程上容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，但是這種控制方法很難保證混合動(dòng)力系統(tǒng)各部件都能得到最佳匹配以獲得系統(tǒng)的最大效率。Edward等人以燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，通過各種假設(shè)建立了燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)凸函數(shù)，并將其簡(jiǎn)化為一個(gè)線性函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，折衷方法作了大量的簡(jiǎn)化，只適合于理論研究。Valerie等人提出了實(shí)時(shí)最優(yōu)控制（RTCS)算法對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放

88、實(shí)時(shí)最優(yōu)控制，但是要確定此算法的加權(quán)參數(shù)十分困難。由于混合動(dòng)力系統(tǒng)影響因素很多，很多控制量難以精確控制，因此模糊控制用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略設(shè)計(jì)成為一種趨勢(shì)。彭濤等人以發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，提出了以功率差、電池S和電機(jī)轉(zhuǎn)速為輸入以決定電機(jī)功率的比例系數(shù)</p><p>　　4.2工程機(jī)械混合動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　4.2.1工程機(jī)械混合動(dòng)力參數(shù)優(yōu)化匹配</p&g

89、t;<p>　　動(dòng)力參數(shù)匹配對(duì)于混合動(dòng)力工程機(jī)械的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能的提高能夠起到至關(guān)重要的作用。混合動(dòng)力工程機(jī)械動(dòng)力源之間的裝機(jī)功率比即動(dòng)力參數(shù)匹配。合理的參數(shù)匹配由于能夠使各元件的作用得到最佳的發(fā)揮，從而可以降低動(dòng)力系統(tǒng)的裝機(jī)功率和成本，減輕系統(tǒng)的重量。但在參數(shù)匹配方面，挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家、高校和研究所，在設(shè)計(jì)混合動(dòng)力整機(jī)時(shí)，沒有形成一個(gè)較規(guī)范的參數(shù)匹配系統(tǒng)方案。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，浙江

90、大學(xué)進(jìn)行過比較系統(tǒng)的研究，先后針對(duì)不同噸位(7t、20t)和不同的負(fù)載(重載、中載、輕載)的挖掘機(jī)，進(jìn)行了動(dòng)力單元的參數(shù)匹配研究。主要是以系統(tǒng)的整體效率最優(yōu)為目標(biāo)，以滿足負(fù)載驅(qū)動(dòng)需求和最小化裝機(jī)功率為約束條件，對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)中的主要元件進(jìn)行了參數(shù)匹配研究，并提出了混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)程。該規(guī)程主要通過分析對(duì)象的基本參數(shù)、工況條件及能耗等，確定具體的結(jié)構(gòu)方案及相應(yīng)的控制策略，獲得較為合理的參數(shù)[12]。</p><p&

91、gt;　　4.2.2工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略</p><p>　　混合動(dòng)力工程機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性增加了其控制的復(fù)雜性，浙江大學(xué)在控制系統(tǒng)方面主要做了一些研究。 控制策略的研究主要包括動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理和功率分配等，其作用是在某種優(yōu)化控制目標(biāo)下，監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)各元件的工作狀況，協(xié)調(diào)各元件之間的工作，對(duì)能量進(jìn)行有效的管理及對(duì)功率進(jìn)行合理的分配，使動(dòng)力系統(tǒng)各元件都能處于高效的工作狀態(tài)，以取得較好的節(jié)能效果。<

92、;/p><p>　　當(dāng)前，各個(gè)混合動(dòng)力工程機(jī)械研究單位都在進(jìn)行控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，浙江大學(xué)主要針對(duì)20t級(jí)混合動(dòng)力挖掘機(jī)進(jìn)行，電量?jī)?chǔ)存單元采用了超級(jí)電容，在發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間、電動(dòng)機(jī)與電容之間以及混合動(dòng)力系統(tǒng)整體與變量泵之間，都做了大量的研究工作，取得了一定的成果。比如針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的優(yōu)化，提出了動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)控制策略等，在發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的藕合方面，采用了2種模式控制，分別是以電動(dòng)機(jī)平衡負(fù)載波動(dòng)扭矩為目標(biāo)的扭矩

93、控制模式和以發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為目標(biāo)的轉(zhuǎn)速控制模式。</p><p>　　4.2.3工程機(jī)械混合動(dòng)力回收系統(tǒng)</p><p>　　能量回收根據(jù)其實(shí)現(xiàn)方式可分為無儲(chǔ)能元件和有儲(chǔ)能元件兩種。</p><p>　　在無儲(chǔ)能元件的能量回收系統(tǒng)中，回收的能量由于無法儲(chǔ)存而直接提供給其他的耗能元件，故其再利用受實(shí)際工況影響較大，利用率較低，節(jié)能效果比較有限。因此無儲(chǔ)能元件的能量回收

94、不適用于液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)大量的能量回收。</p><p>　　在有儲(chǔ)能元件的能量回收系統(tǒng)中，回收得到的能量可以儲(chǔ)存在儲(chǔ)能元件當(dāng)中，而后根據(jù)實(shí)際的需要情況釋放出來對(duì)外做功，因此受工作狀況的影響較少，能量的利用率較高。在這種系統(tǒng)中，儲(chǔ)能元件是影響系統(tǒng)節(jié)能效果的關(guān)鍵技術(shù)。能量回收和再利用的效果受到儲(chǔ)能方式和儲(chǔ)能元件性能的制約，而儲(chǔ)能元件的選擇是由所回收能量的形式?jīng)Q定的。</p><p>　　一般回

95、收所能得到的能量主要有3種形式：機(jī)械能、液壓能和電能。據(jù)此能量回收也可以分為：機(jī)械式、液壓式和電氣式3種。</p><p>　?。?）機(jī)械式能量回收</p><p>　　機(jī)械式能量回收出現(xiàn)較早，目前常見的機(jī)械式能量回收有重力式、彈簧式和飛輪式3種形式。</p><p>　　重力式能量回收通常用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)當(dāng)中，工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以儲(chǔ)存較多能量。但儲(chǔ)能總量需求較高時(shí)

96、，設(shè)備會(huì)比較龐大，通常不適合于行走設(shè)備上應(yīng)用。此外，在加、減速階段能量轉(zhuǎn)化性能較差，甚至?xí)?duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。油田上常用的曲柄平衡式抽油機(jī)和寬帶式抽油機(jī)以及部分電梯等都采用這種能量回收方式。</p><p>　　彈簧的儲(chǔ)能能力較差，長(zhǎng)時(shí)間工作容易發(fā)生疲勞斷裂。因此彈簧式蓄能器產(chǎn)品較少，同時(shí)也很少用于能量回收，常用于減振、隔振或者是元件的復(fù)位。例如汽車懸架的支撐板簧和單作用液壓缸的復(fù)位彈簧。</p&

97、gt;<p>　　飛輪式能量回收通常適用于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備上，成本低，運(yùn)行可靠但由于飛輪的儲(chǔ)能能力較差，常規(guī)轉(zhuǎn)速下能量密度較低，通常用于改善其柴油機(jī)、汽輪機(jī)的工作狀態(tài)。為了在維持質(zhì)量不變的前提下提高飛輪的儲(chǔ)能能力，提高飛輪轉(zhuǎn)速是一有效途徑。為此近年來碳素纖維材料、高溫超導(dǎo)磁懸浮等技術(shù)被應(yīng)用到飛輪制造當(dāng)中，提高了飛輪的儲(chǔ)能能量密度，但會(huì)使制造成本大幅度提高。</p><p>　?。?）液壓式能量回收&l

98、t;/p><p>　　液壓式能量回收以液壓蓄能器作為儲(chǔ)能元件，在液壓驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)上應(yīng)用較為普遍。</p><p>　　液壓式能量回收的特點(diǎn)是技術(shù)較為成熟，比功率較高，能夠滿足能量?jī)?chǔ)存和釋放的快速性要求，但由于液壓蓄能器的比能量較低，所占空間較大，不適于空間有限的液壓挖掘機(jī)上的能量回收。</p><p>　?。?）電氣式能量回收</p><p>　　

99、液壓挖掘機(jī)的電氣式能量回收是近年來興起的把待回收的能量通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能的一種能量回收形式，根據(jù)回收電能的儲(chǔ)存方式可分為兩種形式：一種是回收的電能經(jīng)過處理后回饋給電網(wǎng)。某些大型礦山液壓挖掘機(jī)采用固定的安裝方式，其動(dòng)力來自于工業(yè)電網(wǎng)。工作時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重力勢(shì)能和慣性能被回收并以電網(wǎng)作為回收能量的儲(chǔ)存場(chǎng)所，省卻了儲(chǔ)能元件，節(jié)約了成本。這種能量回收方式由于受電網(wǎng)的限制，因此只適用于固定設(shè)備的能量回收，不適合常規(guī)行走式液壓挖掘機(jī)的能量回收。另一

100、種是回收的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能元件當(dāng)中，需要時(shí)再釋放出來轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對(duì)外做功。電池和電容器是最常用的兩種電氣式儲(chǔ)能元件。由于該能量回收方式的儲(chǔ)能元件能量密度較高，使得系統(tǒng)整體移動(dòng)靈活，適用于常規(guī)行走式液壓挖掘機(jī)的能量回收、儲(chǔ)存和再利用，但是由于電池和電容等儲(chǔ)能元件以及發(fā)電機(jī)的成本較高，限制了該回收方案在行走設(shè)備上的應(yīng)用。隨著近年來電池和電容器技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)成本正在不斷地下降，并且已經(jīng)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p>

101、<p>　　4.2.4工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性</p><p>　　混合動(dòng)力工程機(jī)械非常復(fù)雜，而工作條件又非常惡劣，對(duì)混合動(dòng)力工程機(jī)械的可靠性提出了很大的挑戰(zhàn)。為保證其可靠性，最重要的是研發(fā)專用的元器件，電機(jī)、電池/電容等都必須重新研發(fā)。如電動(dòng)機(jī)，由于其一端和發(fā)動(dòng)機(jī)相連，另一端還必須承受變量泵的質(zhì)量，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變量泵裝置作為一個(gè)整體，質(zhì)量大約重有1000kg，長(zhǎng)度大約為2m，因此要改變?cè)?/p>

102、來發(fā)動(dòng)機(jī)單元的抗振支撐結(jié)構(gòu)。再比如，由于增加了電機(jī)、電池/電容等電器元件，必須合理設(shè)計(jì)整機(jī)的電氣系統(tǒng)及高低壓管理系統(tǒng)。</p><p>　　4.2.5工程機(jī)械混合動(dòng)力的操控性</p><p>　　動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的改變及動(dòng)力元件的增加會(huì)影響到工程機(jī)械的操控性能。目前，各個(gè)主機(jī)廠家已經(jīng)開發(fā)的混合動(dòng)力挖掘機(jī)與普通挖掘機(jī)比起來，各機(jī)械臂存在一個(gè)明顯的顫振現(xiàn)象以及接近80 dB的噪聲。影響混合動(dòng)力

103、工程機(jī)械操作性能的主要有動(dòng)力源與變量泵之間的耦合問題、能量回收系統(tǒng)對(duì)機(jī)械臂速度控制特性的影響、先導(dǎo)控制手柄對(duì)駕駛員操作手感的影響等等。</p><p>　　由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)時(shí)間不同，兩者的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并非同步，因此存在復(fù)合扭矩并不按目標(biāo)響應(yīng)完成，造成變量泵的流量響應(yīng)和原挖掘機(jī)的流量響應(yīng)不同，進(jìn)而影響了整機(jī)的操作性能。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和電動(dòng)機(jī)輸出的不同步也會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致系統(tǒng)的振動(dòng)等，影響系統(tǒng)的操作性能等。我們?cè)谶@方

104、面進(jìn)行了相關(guān)研究，可以采取一定的控制方式，來保證動(dòng)力源優(yōu)化，提出了動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)控制策略等，在發(fā)動(dòng)各動(dòng)力元件的同步協(xié)調(diào)。</p><p>　　能量回收系統(tǒng)對(duì)操作性能也具有一定的影響。如果針對(duì)動(dòng)臂下放釋放的勢(shì)能采用液壓馬達(dá)一發(fā)電機(jī)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行能量回收，那么在一個(gè)快速下放的過程，進(jìn)而造成系統(tǒng)的振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械臂下降過程中存在勢(shì)能不足以回收的過程，系統(tǒng)需要在容積和節(jié)流控制兩種模式之間頻繁的切換，造成壓力和流量的沖擊，系統(tǒng)