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目前,小型挖掘機產品所采用的混合動力技術主要可分為油電混合及油液混合兩種形式。
以小松、神鋼為主所研發(fā)的油電混合動力技術,是通過借助蓄電池、超級電容等儲能元件,在小負載工況下由柴油機驅動發(fā)電機向儲能元件蓄能,在大負載工況下再將儲存的能量釋放出來驅動電機,作為輔助動力與柴油機一起滿足峰值負載功率的要求,或者用電機直接驅動液壓系統,實現柴油機輸出功率和扭矩的均衡控制。這樣,就可以在設計中按照平均負載功率來選擇柴油機,用功率較小的柴油機來驅動大噸位小型挖掘機,而且柴油機的運行工況平穩(wěn),始終處于高效運行狀態(tài),因此能大幅提高燃油效率。
但由于油電混合動力技術的能量轉換環(huán)節(jié)多,因此導致了整個系統趨于復雜,技術要求也相應提高,如電池壽命、電源轉換效率、電池質量、產品可
靠性等。此外,油電混合動力技術使小型挖掘機動力系統從結構上發(fā)生了根本變化,對整個小型挖掘機制造體系影響巨大,從而造成了生產成本的上升。這些缺點無疑嚴重制約了油電混合動力技術在工程機械上的應用。
油液混合動力技術則是指根據小型挖掘機的工作情況,采用通過液壓蓄能器儲能且直接向液壓系統輸出油液的方案。在原小型挖掘機液壓系統上增加蓄能器及相關元件用于回收儲存動臂下降、回轉減速的能量。并在適當的時候,將蓄能器中儲存的油液直接輸出到液壓泵的出口,與液壓泵一起向系統提供油液,從而達到節(jié)能的目的。
油液混合技術的缺點也比較明顯,首先,油液混合技術的產品對元件的技術要求較高,并且裝配比較困難,使用維護比較嚴格。另外,由于油的粘度隨
溫度的改變而不斷變化,故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。此外,油液中混入空氣后,容易引起振動和噪聲,使系統的性能受到影響,且發(fā)生故障后不易檢查和排除。
電動小型挖掘機技術是指動力核心采用同步電動機,通過驅動液壓泵,為各部件提供動力。將啟動頻繁、能量損耗大的回轉液壓馬達也更換為電動馬達驅動,進一步提升節(jié)能空間。同時系統采用變頻器進行變頻調速,達到全功率匹配的調整,能夠充分發(fā)揮小型挖掘機效能并且實現了零排放的節(jié)能環(huán)保效果。
目前以山重建機為代表的國產小型挖掘機已經開發(fā)出相應的產品。但是電動小型挖掘機的動力性、適用性、經濟性的測試評價方法研究及試驗規(guī)范開發(fā)缺乏相應的國家標準,制約了它的發(fā)展。
液壓小型挖掘機的控制系統一般以單片機CPU為核心,以轉速傳感器、溫度傳感器、壓力變送器等傳感器為檢測元件,以變量泵和發(fā)動機為關鍵部件組成液壓小型挖掘機電子控制系統,實現液壓小型挖掘機液壓系統主泵吸收功率、發(fā)動機輸出功率自動匹配和小型挖掘機工作狀態(tài)的全面監(jiān)控。另外,通過引入液壓系統壓力做參數來控制主泵流量實現恒功率控制,可充分利用發(fā)動機的功率,減小系統溢流損失,節(jié)約燃油,提升功效。
另外,用于遠程維護、信息管理的GPS技術也在液壓小型挖掘機上得到了廣泛應用,通過系統遠傳功能,使小型挖掘機的控制器和GPS緊密結合,利用強大的
互聯網和無線傳輸技術,實現了數據遠傳和可靠的防盜功能。其中“三維點陣式液壓小型挖掘機智能控制系統”等走在技術的前沿。在該領域,國內的一些大學、工程機械制造商和研究院所已經充分認識到其重要性,但多數停留在實驗室階段。因此,在其成熟性、可靠性和市場化的發(fā)展道路上,還有很長的一段路要走。
隨著工程機械的發(fā)展,對工程機械的要求已經不再是簡單的作業(yè)效率和可靠性等指標。噪聲作為一個重要的環(huán)境污染源,近年來受到了人們普遍關注,特別是隨著工程機械產品出口量的增長,用戶對工程機械產品的舒適性和振動噪聲的要求也越來越嚴格。目前,日本已經建立了低噪聲型、超低噪聲型
工程機械的認證制度,歐盟國家更是禁止出售超過CE噪聲標準的工程機械。
對于小型挖掘機產品而言,必須先識別出噪聲源,弄清產生噪聲的機理和規(guī)律,然后對現有的設計方案和結構進行改進,通過降低產生噪聲的激振力的響應,從而達到降低噪聲的目的。
目前來看,發(fā)動機的排氣噪聲是液壓小型挖掘機最大的噪聲源,另外,在液壓小型挖掘機減振降噪系統中,不僅要對發(fā)動機進行減振,還要對散熱器和駕駛室
設計相對應的減振器。此外,液壓系統的主閥和管道由于流速過高、空穴、紊流、沖擊等現象產生的振動,也會引起噪音,需要設計針對性的減振系統。同時,對于高速旋轉的風扇來說,合適的風扇可使風扇強度、剛度增大,進而解決風扇高速旋轉時風扇葉片振動所產生的噪聲。
除上述技術之外,高壓液壓元件與系統的研發(fā)、液壓小型挖掘機產品功能多樣化設計等領域也是小型挖掘機制造商關注的焦點。從整體發(fā)展趨勢來看,小型挖掘機的各項前沿技術也逐步得到了應用和認可。