淺談基于能力回收再利用技術的混合動力液壓挖掘機

耿家文 袁泉

摘?要：挖掘機作為我國工程機械領域先導產業，其規模和保有量均處于工程機械行業第一，是我國現代化建設過程中的支柱產業之一，但液壓挖掘機能耗高、排放差，其節能減排責任重大。以小松20t 挖掘機為例，在正常工作相同時間內，其廢氣排放量相當于30 輛小型汽車的廢氣排放量。當前，我國大力提倡節能環保，挖掘機節能技術已經行業技術熱門，徐工集團于2019年推出50噸級混合動力液壓挖掘機（見圖1）引爆行業節能技術熱點，本文將結合行業節能技術發展對基于能量回收再利用技術的混合動力液壓挖掘機進行探究，為行業節能技術發展及產業化提供參考。

關鍵詞：液壓挖掘機?節能技術?混合動力?能量回收再利用

基于能量回收再利用的混合動力液壓挖掘機是指通過蓄能器回收液壓挖掘機在工作過程中動臂、回轉馬達往復運動因空載和轉動慣量引起的能量損失，在挖掘機作業過程中釋放能量，提高液壓挖掘機能量利用率，從而達到節能減排的效果。

一、挖掘機節能技術概述

在液壓挖掘機行業，傳統的節能方法如通過發動機節能技術、液壓元件和液壓系統的節能技術、發動機與液壓系統功率匹配節能技術等取得了良好的節能效果，這些節能技術比較成熟，在國內外品牌挖掘機上得到了廣泛的應用。但通過傳統節能方法進一步提高節能效果的成本和技術難度越來越大。而震動削掘技術、負載口獨立控制技術和二次調節靜液傳動技術等新型節能技術因為理論或應用不成熟，難以在挖掘機上得到大規模推廣應用，另一方面挖掘機本體結構質量大、慣量大，工作過程具有強周期性，其勢能和動能的損失巨大，造成能量浪費的情況并沒有解決。許多挖掘機生產廠家借鑒能量回收再利用技術在汽車領域表現出的良好節能效果，將能量回收再利用技術引入到挖掘機的設計中，利用能量回收、功率匹配、控制策略等方法，以期達到節能減排的效果。

二、能量回收再利用技術在液壓挖掘機上的應用

挖掘機在工作過程中存在動臂、回轉馬達往復運動，存在動臂勢能、回轉制動動能等能量損失。這部分能量通常都消耗在液壓閥的閥口上，不僅浪費了能量，還會導致系統發熱和元件壽命的降低。日本神鋼建機公司通過大量的試驗得出：傳統液壓挖掘機發動機的輸出功率只有20%轉化為有用功，20%損失在車體和作業裝置的運動中，而在液壓元件和節流調速控制上的損失達到了60%。能量回收再利用技術種類繁多，實現路徑不盡相同，并非所有的能量回收再利用技術都適應挖掘機工作載荷變化大、周期性強、執行元件協調性高的要求。研究開發適應挖掘機工作特性的能量回收再利用技術具有十分重要的理論意義和工程應用價值。而國家“十一五”863 計劃在先進制造技術領域方面也重點部署了“新型混合動力工程機械關鍵技術及系統開發示范應用”課題，要求以液壓挖掘機為研究對象，研發出適用于對工程機械的能量回收再利用關鍵技術。

三、徐工混合動力液壓挖掘機

徐工于2019年推出50噸級混合動力液壓挖掘機，在行業率先實現大噸位混合動力液壓挖掘機產業化。其挖掘機能量回收再利用技術主要由回轉能量回收系統、動臂能量回收系統、能量釋放利用系統、儲能系統等組成，見圖2。挖掘機回轉溢流能量經回轉能量回收閥回收，動臂下降時的勢能經動臂能量回收閥回收，回收的能量均以壓力能的形式存儲于蓄能器中。系統需要動力時，蓄能器中的壓力能由能量釋放利用系統釋放利用，與發動機一起提供動力共同驅動挖掘機運轉，實現能量的回收利用，達到降低油耗的目的。

四、結語

大量工業性考核試驗及用戶使用證明，應用能量回收再利用技術的混合動力液壓挖掘機可達到20%以上的節油率，產業化后的增加的成本可在1 年內回收成本。而相關元件的生命周期與挖掘機主要元件生命周期相同，可達5～10 年;按生命周期估算，可實現利潤為新增成本的5～10 倍，成本利潤比優勢明顯，尤其對于高油耗的中大型挖掘機，節油絕對值更可觀，成本回收期更短，創造的利潤絕對值更大，應用價值也更大。

參考文獻

[1]李建松，丁海港，趙繼云，秦家升，史繼江，王振興.超大型液壓挖掘機混合式動臂勢能回收系統設計及仿真分析[J].液壓與氣動，2019（07）：33—38.