建筑机械驱动技术的研习范文

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1建筑机械应用概述

建筑机械以19世纪西方国家蒸汽机问世为代表，经过了一个多世纪的发展历程后大量投入到工程应用中。特别是20世纪中期以后，随着公路、铁道、桥梁、港口、市政工程等建设的需要，各种控制技术也日益成熟，为建筑机械的迅速发展打下了良好基础。建筑机械主要分为土方机械、桩工机械、超重机械、钢筋加工机械、混凝土施工机械、装修机械等。其中大部分机械热动力源作为动力系统。在施工过程中存在着能量损耗大、环境污染重、作业成本高、使用寿命短等缺陷，直接影响了经济发展。

2混合驱动技术研究现状

从上世纪90年代初开始，西方发达国家日益重视混合动力汽车技术的研究，并得取得重大进展。如美国福特公司的Prodigy混合动力电动汽车，克莱斯勒公司的ESX3混合动力电动汽车，通用公司的Precept混合动力电动汽车，日本丰田汽车公司的Prius型5座并联式混合动力汽车，本田汽车公司开发的J-VX混合动力电动汽车概念车，德国公司生产的并联式混合动力电动车Duo，法国雷诺公司研制的VERT和HYMME混合动力汽车等，都达到了较好的节能减排效果。

此后，混合驱动技术在建筑机械领域的应用研究也得到广泛重视。2004年5月，小松公司推出了世界上第一台试验型混合动力液压挖掘机。随后，神户制钢，卡特彼勒等公司也推出了自己的混合动力挖掘机。小松2008年6月宣布，该公司将推出销售PC200-8混合动力挖掘机，是世界上第一台混合型的建筑机械。2008年3月美国拉斯维加斯Conexpo展会上，沃尔沃建设设备公司导出了世界上首台混合动力轮式装载机L220FHybrid。2009年卡特彼勒推出全球首款混合动力履带式推土机D7E。国内的柳工、新黄工、詹阳动力等企业早前也就对混合动力建筑机械进行了研究设计以及试验性生产。

3混合驱动技术在建筑机械中应用可行性及发展趋势

3.1混合驱动技术的分类

混合驱动技术按驱动类型，可分为串联、并联、混联三种。串联混合动力系统主要由内燃机、发电机、电池（组）、电动机、控制系统等组成结构原理如图1所示。内燃机带动发电机发生，当产生电能大于施工功率时，多余部分输入至电池组存储；当电机产生电能小开施工功率时，电池组电能作为补充能源，共同输出到电动机来驱动机械施工作业。串联混合动力系统具有控制系统简单，发动几乎总在最佳工况下工作等特点，但其存在着能量利用率低、设计成本高等不足。与串联混合动力系统明显不同的是，联混合动力系统以内燃机的热动力源和电机的电动力源经过不同的混合度匹配来驱动机械施工作业。其根据负载功率不同，确定不同的动力混合度，从确定内燃机输出功率的大小，使内燃机工作始终位于经济区或处于关闭状态。具有结构简单、两种动力源可单独或同时驱动机械、能量利用率高、技术较成熟等特点，在建筑机械中得到比较广泛的研究应用，其中以日本小松PC200-8混合动力挖掘机为并联混合动力机械的代表。混联混合动力系统是串联系统与并联系统的结合，尽量利用两种驱动系统各自的优点。但因其结构过于复杂、优化控制较难、技术不够成熟等，目前其在建筑机械中的应用还有待进一步发展。

3.2应用可行性

从混合动力汽车的发展历史以及上述分析可知，建筑机械混合驱动技术应用需要解决以下几个的关键性技术问题。一是对机械动力学性能的准确分析。建筑机械大多工作环境恶劣，负载多变，能源消耗高。对其动力学性能的准确分析及仿真是混合驱动技术应用的前提。二是能量转换、存储及回收系统。建筑机械的液压系统等是能量损失的主要环节，如何有效回收损失能量是必需要考虑的问题。提高能量转换效率和储能系统效能，才能有效提高内燃机能源利用率和可靠性。三是优化控制设计。根据混合动力系统自身的特点，及机械作业的不同需求，设计合理的优化控制策略，能有效提高能源利用率。其他关键技术。如动力耦合器等关键部件在研究，能量回收系统的设计，动力混合度的匹配等，都是影响机械整体性能的因素。

3.3应用发展趋势

从国内外发展情况来看，目前混合动力建筑机械目前处于试验阶段，还未大量生产并投入使用。不可再生资源的日益枯竭和社会发展对能源更加急切的渴望、人类日益增长的物质文化需求和逐渐严重的环境污染之间的矛盾十分突出。为满足人类社会不断向前发展的需要，混合驱动技术在建筑机械领域的应用前景将日益广泛。

4结论

1）研究了混合驱动技术的应用现状，根据驱动类型不同，混合动力系统可分为串联式、并联式及混联式三种类型，并联混合动力系统具有能量转换环节少，能量利用率高，可靠性强，技术成熟等优点；2）混合驱动技术在建筑机械领域的应用需解决机械动力学分析，能量回收、转换、存储系统，优化控制设计等关键技术。随着混合驱动技术发展的进一步成熟，其在建筑机械领域有着广泛的应用前景。

作者：蒋泓松单位：空军第6空防工程处