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液压小型挖掘机电力式能量回收系统

电力式能量回收系统以电动/发动机作为能量转换元件,当回收系统的重力势能和制动能时,通过能量转换元件将回收的能量转换为电能,并将回收的能量储存于蓄电池或超级电容中,当

电力式能量回收系统以电动/发动机作为能量转换元件,当回收系统的重力势能和制动能时,通过能量转换元件将回收的能量转换为电能,并将回收的能量储存于蓄电池或超级电容中,当系统用能时,储存的能量释放出来辅助发动机对外做功。 虽然电力式能量回收系统已经在汽车领域得到了成功的应用,但在液压小型挖掘机领域的应用研究还处于起步阶段。随着电池和超级电容比功率和比能量的提高,为小型挖掘机采用电力式能量回收提供了条件,2008年小松公司推出了以超级电容为储能元件的PC200-8混合动力小型挖掘机,据报道其节能效果可达25%。
 
  该机型采用直流电动/发动机代替了回转马达,当回转启动时,由直流电动机直接驱动,回转制动时,直流电动机处于回馈制动发电状态,发出的电能通过逆变器储存于超级电容中,当下次回转启动时,储存的电能释放出来驱动电动机实现回收能量的再利用,其能量回收系统主要是对小型挖掘机回转平台制动产生的动能进行了回收和再利用,而小型挖掘机动臂、斗杆、铲斗液压缸仍然由发动机驱动主泵提供动力,没有对机械臂下降时产生的重力势能进行回收。
液压小型挖掘机电力式能量回收系统
  日立建机是世界上第一个采用电气式能量回收系统对小型挖掘机动臂势能进行回收的企业。该混合动力小型挖掘机能量回收系统分两部分,小型挖掘机回转制动能量回收和动臂下降势能回收,其回转制动能回收部分也是采用一个直流电动/发动机替代回转马达,回转制动能量回收时,直流电动/发动机处于回馈制动发电状态,当回转平台启动加速时,直流电动/发动机处于电磁驱动状态。动臂下降势能回收系统主要由定量马达、发电机及换向阀组成,通过调节发动机的发电电流来控制动臂的下降速度。 近几年,国内的一些小型挖掘机企业和研究机构也相继开展了混合动力能量回收系统的研究。提出了一种混合动力液压小型挖掘机液压马达能量回收方案。
 
  该系统在每个执行元件的回油路上接变量马达,当回收系统重力势能和制动能时,系统回油经变量马达带动发电机进行发电,回收的电能储存在电池或超级电容中,当系统需要能量时,储能元件释放能量,为发动机提供辅助动力。研究结果表明,通过控制发电机转速来控制执行元件的运动速度是可行的,且具有较好的节能效果和操控性能。利用上述原理对液压小型挖掘机动臂势能回收进行了台架试验,其能量回收效率可维持在20%左右。
液压小型挖掘机电力式能量回收系统
  该方案采用电动/发动机代替了回转马达,当回转平台制动时,ISG电机处于回馈发电状态,并将电能储存在超级电容中,当系统用能时,超级电容的电能输送给ISG电机,此时电机处于电磁驱动状态,与发动机一起克服外负载做功。结果表明随着制动前速度的增加,制动时系统的压力也随之增加,能量回收效率也随之提高。 在电力式能量回收技术中,由于能量转化经历了发动机、电动/发动机、储能元件(电池或超级电容)和液压泵等多个环节,其变频器整流环节的效率约为90%,储能元件的充放电效率仅为78~97%。此外,为了保证电池的充放电效率及延长电池的使用寿命,电池的荷电状态SOC(State of charge)必须被限制在某一区间工作。以上因素对电力式能量回收系统起到了一定的制约作用,但是电力式能量回收系统是节能减排的有效方法,随着高效率的电动/发动机和储能元件的不断发展,其发展和应用空间还是很大的。
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履带式挖掘机
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