本文摘要：挖掘機是一種具有多功能的機械，所進行的作業內容包括挖掘、裝載、填埋、挖溝、平整、搬運、破碎等。其作業土質變化較大，所以使用的方式和要求也各有不同。根據作業的工況和使用的要求對發動機和液壓泵井下優化設定，控制發動機的油門開度以及液壓泵的排量
挖掘機是一種具有多功能的機械，所進行的作業內容包括挖掘、裝載、填埋、挖溝、平整、搬運、破碎等。其作業土質變化較大，所以使用的方式和要求也各有不同。根據作業的工況和使用的要求對發動機和液壓泵井下優化設定，控制發動機的油門開度以及液壓泵的排量等。一般來說是通過動力模式開關來選擇動力模式，輸入控制器經處理后輸出控制電流，不同的模式輸出不同的控制電流值，經過電液比例壓力閥轉變成的控制壓力也不同。
液壓氣動與密封雜志中文核心期刊投稿自1981年創刊以來，至今已發行156期。期刊堅持面向企業、面向生產、理論與應用研究相結合的方針，主要報道國內外最新的液壓氣動密封技術、發展趨勢和市場調研，有實用價值的新產品、新成果、新經驗，及其在主機上應用實例和前景分析，世界主要國家和地區的流體動力行業動態、數據統計分析和標準化工作等。
挖掘機在工作過程中制動頻繁，能量損耗大，為了回收制動回轉過程中的的能量，設計了液壓混合動力挖掘機的回轉系統，利用蓄能器回收制動能量。闡述了液壓混合動力的工作原理，并進行了試驗研究和分析。結果表明：液壓混合動力降低了液壓泵的功率損耗和液壓馬達的壓力波動;在節能方面，蓄能器的能量回收效率達到74.75%，達到了節能的目的。
關鍵詞：
液壓混合動力挖掘機能量回收試驗研究0引言液壓混合動力是以液壓蓄能器為儲能元件的一種新型混合動力技術，該技術通過液壓泵/馬達實現了蓄能與車輛動能之間的轉換。相對于電動混合動力技術，液壓傳動混合動力技術具有功率密度大，短時間完成能量釋放和存儲能力強的特點，在負載變化平凡的復雜工況更能發揮其節能減排的優勢[1]，因此成為國內外研究機構、生產企業競相研究開發的熱點。近年來，液壓混合動力在城市公交車、皮卡、多功能商務用車、郵政車、城市垃圾車等車型了做了應用研究，結果表明該技術提高燃油經濟性28%～60%【2-3】;由于工況的不同，液壓混合動力在工程機械等車型應用研究較少。油電混合動力技術在液壓挖掘機的應用國內外研究較多。本文詳細分析液壓混合動力的特點及在液壓挖掘機上應用的選型研究、試驗研究，為挖掘機行業的節能技術的發展奠定基礎。
1液壓混合動力的原理及特點
液壓混合動力系統的輔助動力裝置由能量轉換元件(液壓泵/馬達)和儲能元件(液壓儲能器)組成。在制動時，二次元件泵/馬達將以泵的形式工作，車輛行駛的動能帶動泵旋轉，將液壓油壓入蓄能器中，實現動能到液壓能的轉化;車輛啟動或加速時，二次元件泵/馬達將以馬達的行駛工作，蓄能器釋放高壓油以驅動馬達工作，實現液壓能到車輛動能的轉化[5-7]。按照動力驅動方式不同，液壓混合動力基本上三種動力傳動方式，即串聯、并聯和混聯。
1.1串聯
串聯式液壓混合動力車的傳動系中有兩種或兩種以上的動力源可同時或單獨提供動力，但僅有1種執行元件驅動負載工作，串聯液壓混合動力的傳動系主要由發動機、主減速、液壓蓄能器和兩個液壓泵、馬達組成。發動機和高壓液壓蓄能器為兩個動力源，兩個液壓泵/馬達具有雙向并具有可逆性，與主減速器鏈接的液壓泵/馬達主要作為驅動車輪的執行元件使用，與發動機連接的液壓泵/馬達主要作為動力元件使用【4】。原理如圖1所示。
1.2并聯
并聯式液壓混合動力的動力傳動系中有兩種或兩種以上的動力源可同時或單獨提供動力，有兩個或兩個以上相應的執行元件可同時驅動負載，該動力傳動系主要由發動機、主減速、液壓蓄能器和液壓泵/馬達組成。并聯形式通常保留傳統車的動力傳動鏈，只是在原傳動鏈上增加了有液壓泵/馬達和液壓蓄能器組成的能量再生系統，從而形成雙動力驅動。原理如圖2所示。
2混合動力挖掘機的原理和特點
2.1方案的選擇
在3種驅動方式中，并聯車型技術難度低，結構簡單，制造成本低廉。結合國內外研究情況(串聯和混聯車型的研究幾乎無人問津)，故驅動方式選擇并聯驅動【5】。并聯式液壓混合動力一般可以認為是普通液壓回轉系統和液壓能量再生系統的并聯。液壓能量再生系統由一雙向且可逆的液壓泵/馬達和一個高壓蓄能器組成，高壓蓄能器存儲和釋放回轉剎車動能。并聯式液壓混合動力由一智能型中央電子控制器，它將負責發動機和蓄能器之間的動力切換、信號輸出以及回收剎車能量【6】。液壓混合動力回轉系統原理圖設計如圖3所示。
3試驗研究
3.1試驗結果分析
挖掘機有四種工作模式：H模式為重載模式，S模式為標準模式，FC模式為輕載模式，D為獨立行走模式。下面在H模式下的20噸挖掘機，按照標準循環工況進行試驗研究，具體內容如下：連續挖掘5min左右的連續挖掘，共計18個周期性循環，各參量周期性變化，通過分析典型單個挖掘周期各參量對應關系即可反應整體情況。從圖4得知在挖掘過程中雙泵輸出功率始終保持相同，單泵功率約為42kW，雙泵輸出總功率為84kW左右。各挖掘周期挖掘功率基本相同，呈現周期性變化。通過分析單周期各階段功率變化可判斷各階段功率損耗，雙泵功率輸出情況等。選取整個挖掘周期中第n1周期、第n2周期的功率曲線進行分析。從圖5第n1周期與圖6第n2周期單周期液壓系統輸出功率曲線來看，挖掘初始階段液壓系統輸出功率在系統總功率附近劇烈變化，滿載動臂提升回轉90度工況下雙泵輸出功率穩定，斗桿、鏟斗卸載工況下系統輸出功率變化劇烈，空斗回程液壓系統輸出功率急劇下降。
3.2系統能量分析
挖掘機回轉裝置制動時，假設蓄能器的工作壓力從升到，體積從下降到，蓄能器進行制動能量的回收，其回收的能量就是外界對蓄能器內氣體所做的功，根據熱力學第一定律有E1=∫V2V1Pdv=∫V2V1P1V2()Vdv=P2V21-n1-V2V()11-[]n(式1)由測試結果可知，蓄能器在制動過程中的壓力和體積的變化如下：p1=24.53MPp2=27.58MPV1=8.46LV2=7.62L將p1p2V1V2代入式(1)，得蓄能器回收的能量為E1=18.56KJ挖掘機在制動過程中，由于回轉裝置慣性而損失的能量計算公式為：E=12JW22-12JW21(式2)式中：J為滿斗回轉時回轉裝置的轉動慣量(kg•m2);W2為回轉裝置開始制動時的回轉速度(rad/s);W1為回轉裝置制動結束時的回轉速度(rad/s);根據測試結果可知：W2=0rad/s，W2=1.23rad/s，代入式(2)，得回轉裝置損失的能量為E=24.83KJ。制動能量回收效率定義為蓄能器回收能量與回轉裝置制動能量變化值之比。所以，制動能量回收效率為η=E1E=18.5624.83×100%=74.75%。
4結論
制定了了挖掘機液壓混合動力回轉系統的方案，并進行了試驗研究，闡述了液壓混合動力回轉系統工作原理。通過試驗研究結果表明：(1)液壓混合動力回轉系統在一定程度上降低了液壓泵的功率損耗和液壓馬達的壓力波動。(2)計算結果表明：油液混合動力回轉系統中，蓄能器的能量回收效率達到74.75%，達到了節能的目的。(3)通過試驗結果可得：液壓混合動力的能提高燃油經濟26%--35%。
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