试论混合动力装载机的研究现状及发展趋势

试论混合动力装载机的研究现状及发展趋势

姚斌

深圳赤湾港航股份有限公司，518067）

摘要：混合动力技术是国际上公认的最佳节能减排解决方案之一。近些年来，节能减排、绿色环保已经逐渐成为全球工业发展的主导方。而我国工程机械行业从环境保护和经济可持续发展的角度出发，率先对发动机排放和噪声控制制定了相关的标准要求。但是工程机械的作业工况恶劣，作业周期比较长，外部荷载变化比较大，长期以来其一直存在着高油耗、高排放的问题。而随着国内外原油价格的不断上涨，传统装载机在制造过程中的成本必然会越来越高。因此，在当前国内外的工程机械公司都开始将工程机械的动力源转向混合动力技术。而当前混合动力工程机械产品主要集中在装载机、挖掘机、叉车三大类工程机械上。本文将以能耗大、使用量大、面积广的装载机作为代表，分析其研究现状和发展趋势，以求更好的促进相关技术的创新和发展，满足社会发展需要，实现真正的节能减排。

关键词：混合动力；装载机；研究现状；发展趋势

一、装载机典型工况

装载机主要是作用于对散状物料进行铲装运输、卸载及平整作业。在使用装载机时铲装运输是其最常见的工况，铲装运输作业的一个循环主要包含有前进、铲装、后退、前进、卸料和后退六个步骤，其作业循环时间比较短、载荷变化相对比较快。在装载机使用过程中，传统轮式装载机的行走系统主要是由发动机驱动的，工作装置的动作和转向功能由发动机驱动液压系统实现。因此，工作人员在驱动装载机完成完工作循环时，需要不断的大幅度加、减油门，在这个过程中不仅会加大发动机的油耗，同时还会对装载机的使用寿命造成较大的损耗，不利于装载机的长时间循环使用。此外，联合工况作业时，对峰值功率的需求使得装载机在选择发动机功率时不可避免地存在发动机在大多数时间处大功率发动机小产出的情况，发动机作用难以有效的发挥。

二、装载机混合动力方式

混合动力装载机是利用能量转换单元对装载机浪费掉的制动动能和重物势能进行回收，其回收的能量能够在设备启动、加速等过程中提供一定的辅助功率，这样能够有效的减少发动机装置的功率、降低油耗，减少有害气体的排放，这样也能够在一定程度上延长装载机的使用寿命。在可回收的能量中，装载机动臂处的可回收重物势能相对来说比较小，其重物势能主要集中在发动机制动的势能中，其也是混合动力装载机需要回收的主要能量。当前，市面上的动力混合装载机主要有油电混合和油液混合动力两种不同的形式，两种混合动力装载机各有优缺点，但是相较于传统的装载机来说，其各方面的性能都得到了大幅度的提升。

三、混合动力装载机研究现状

当前我国装载机行业主要被柳工、龙工和临工等几个大型企业所主导，其基本上占据了市场上90%的份额在混合动力工程机械研究领域，为了更好的提升企业市场竞争力，这些企业也没有丝毫的松懈，纷纷加强了自主研发力度，并引进国外的先进技术，推出了属于自己的混合动力产品。

如以柳工为例，其早在2010年就将大量的资金用于研究混合动力装载机，并成功研发出了中国首台混合动力CLG862-HYBRID型装载机，该装载机主要是利用柴油机和先进的超级电容、ISG电机共同为装载机提供动力，其可以实现高、低负荷工况之下的转矩合成及平均化，在相同的工况下，相较于传统的装载机来说，能耗节约10%左右。此外，徐工集团紧随柳工职工也研发了属于自己的液压混合动力ZL50GS型装载机，该装载机的主要动力系统为柴油机和并联式液压储能器。其在实际应用过程中能够高效的回收装载机的制动动能及重物势能，制动能领的回收率高达75%，能够有效地在装载机启动、加速和运输的过程中为设备提供辅助功率和能量。

总的来说，当前混合动力模式已经逐渐成为了工程机械行业节能减排产品的主要发展方向，相较于传统的装载机来说，其节能效果还是比较显著的，目前不仅仅是我国，世界上其他国家的工程机械制造企业也都极为注重混合动力工程机械产品的研究，但是由于技术水平发展不一，因此有的国家相关研究已经开始大规模的面向市场，而有些国家的研究还处于测试使用阶段。自2010年至今，我国研究混合动力装载机已经有一段时间了，其也取得了一定的研究成果，但是相较于发达国家来说，我国的研究还处于起步阶段，在研究中技术水平还有待提高。

四、混合动力装载机当前在发展中存在的主要问题

混合动力装载机发展虽然有一段时间了，但是，其在发展中还是存在有较多的问题。首先是能量管理控制问题，混合动力装载机的节能控制方法在原理上实际与混合动力汽车相近，其都比较注重能量分配、制动能力回收、合理匹配动力系统参数。但是，其与混合动力汽车在使用上又存在有明显的不同，如其工作周期、负载特性和作用方式等相较于混合动力汽车来说更加的复杂。因此，混合动力功能机械的能量管理控制十分复杂，当前装载机的能量管理控制系统难以真正有效的满足混合动力发展需要。

其次，则是协同控制方面的问题。对混合动力工程机械动力源和负载的全局功率优化以及各动力驱动元件间局部优化的协同控制，问题也是功率流控制和管理的难点所在，针对这些问题也必须要做好相关的控制工作。

再次，则是质量与可靠性方面的问题，混合动力系统的关键部件如发动机、发电机等，其可靠性和耐久性要求都比较高，而当前的技术水平还难以达到相关的要求，难以适应产品发展需要。

最后，则是成本控制方面的问题。混合动力装载机的技术研发成本比较大，在产品成功生产之后，为了保证盈利，收回技术研发期间所投入的成本，其产品价格相对于传统的装载机来说往往要高出许多，这对于普通用户来说购买压力也将会相应的增加，因此，在其未来发展中还需要做好成本控制工作，这样才能更好的在市场上推广相关产品。

五、混合动力装载机的发展趋势

随着科技的不断创新和发展，在全球范围内发展混合动力装载机是时代发展不可避免的重要趋势，而结合其研究现状及发展中存在的问题来看，其主要呈现出如下几个方面的发展趋势。

首先，在未来要想发展好混合动力装载机，要切实的解决好混合动力系统的能量管理与协同控制问题，只有这样才能真正实现节能减排，进一步推动混合动力装载机的发展。而且，研发人员还需要重点研制能够降低成本的发电机、电动机和高能蓄能器等，这样才能真正的降低产品成本，有效提高产品市场竞争力。

其次，要加强复合储能系统的研究，目前混合装载机主要有油电和油液两种不同的动力形式，但是，在相关设备使用过程中，单一的能量存储单元却很难真正有效的满足混合动力工程机械对高功率密度及高能量密度设备的使用要求。因此复合能量存储装置的研究也极为有必要，其在未来可能会成为储能系统发展的主要方向。

最后，还需要加强对混合动力装载机的轻量化研究，这样能够有效的减轻装载机的重量，满足多个领域，不同类型工程的装载需要。

总之，时代在不断的发展变化，有关于混合动力装载机的研究和发展也将会得到更大的突破，在未来，我国混合动力装载机研究也将会朝着更好的方向发展，其产品质量也将会得到大幅度的提升，但是在相关工作开展的过程中，我们也需要认识到需要长期的坚持，其对于资金、技术等各方面的要求相对来说比较高。

参考文献

[1]石荣玲,赵继云,孙辉.液压混合动力轮式装载机节能影响因素分析与优化[J].农业机械学报.2011(03).

[2]杨力夫,孙辉,景军清,孟庆勇.液压混合动力装载机的节能研究[J].工程机械与维修.2011(01).

[3]赵丁选,李天宇,康怀亮,张志文,李牧菲.混合动力工程车辆自动变速技术[J].吉林大学学报(工学版).2014(02).