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1建筑機械應用概述

建筑機械以19世紀西方國家蒸汽機問世為代表，經過了一個多世紀的發展歷程后大量投入到工程應用中。特別是20世紀中期以后，隨著公路、鐵道、橋梁、港口、市政工程等建設的需要，各種控制技術也日益成熟，為建筑機械的迅速發展打下了良好基礎。建筑機械主要分為土方機械、樁工機械、超重機械、鋼筋加工機械、混凝土施工機械、裝修機械等。其中大部分機械熱動力源作為動力系統。在施工過程中存在著能量損耗大、環境污染重、作業成本高、使用壽命短等缺陷，直接影響了經濟發展。

2混合驅動技術研究現狀

從上世紀90年代初開始，西方發達國家日益重視混合動力汽車技術的研究，并得取得重大進展。如美國福特公司的Prodigy混合動力電動汽車，克萊斯勒公司的ESX3混合動力電動汽車，通用公司的Precept混合動力電動汽車，日本豐田汽車公司的Prius型5座并聯式混合動力汽車，本田汽車公司開發的J-VX混合動力電動汽車概念車，德國公司生產的并聯式混合動力電動車Duo，法國雷諾公司研制的VERT和HYMME混合動力汽車等，都達到了較好的節能減排效果。

此后，混合驅動技術在建筑機械領域的應用研究也得到廣泛重視。2004年5月，小松公司推出了世界上第一臺試驗型混合動力液壓挖掘機。隨后，神戶制鋼，卡特彼勒等公司也推出了自己的混合動力挖掘機。小松2008年6月宣布，該公司將推出銷售PC200-8混合動力挖掘機，是世界上第一臺混合型的建筑機械。2008年3月美國拉斯維加斯Conexpo展會上，沃爾沃建設設備公司導出了世界上首臺混合動力輪式裝載機L220FHybrid。2009年卡特彼勒推出全球首款混合動力履帶式推土機D7E。國內的柳工、新黃工、詹陽動力等企業早前也就對混合動力建筑機械進行了研究設計以及試驗性生產。

3混合驅動技術在建筑機械中應用可行性及發展趨勢

3.1混合驅動技術的分類

混合驅動技術按驅動類型，可分為串聯、并聯、混聯三種。串聯混合動力系統主要由內燃機、發電機、電池（組）、電動機、控制系統等組成結構原理如圖1所示。內燃機帶動發電機發生，當產生電能大于施工功率時，多余部分輸入至電池組存儲；當電機產生電能小開施工功率時，電池組電能作為補充能源，共同輸出到電動機來驅動機械施工作業。串聯混合動力系統具有控制系統簡單，發動幾乎總在最佳工況下工作等特點，但其存在著能量利用率低、設計成本高等不足。與串聯混合動力系統明顯不同的是，聯混合動力系統以內燃機的熱動力源和電機的電動力源經過不同的混合度匹配來驅動機械施工作業。其根據負載功率不同，確定不同的動力混合度，從確定內燃機輸出功率的大小，使內燃機工作始終位于經濟區或處于關閉狀態。具有結構簡單、兩種動力源可單獨或同時驅動機械、能量利用率高、技術較成熟等特點，在建筑機械中得到比較廣泛的研究應用，其中以日本小松PC200-8混合動力挖掘機為并聯混合動力機械的代表。混聯混合動力系統是串聯系統與并聯系統的結合，盡量利用兩種驅動系統各自的優點。但因其結構過于復雜、優化控制較難、技術不夠成熟等，目前其在建筑機械中的應用還有待進一步發展。

3.2應用可行性

從混合動力汽車的發展歷史以及上述分析可知，建筑機械混合驅動技術應用需要解決以下幾個的關鍵性技術問題。一是對機械動力學性能的準確分析。建筑機械大多工作環境惡劣，負載多變，能源消耗高。對其動力學性能的準確分析及仿真是混合驅動技術應用的前提。二是能量轉換、存儲及回收系統。建筑機械的液壓系統等是能量損失的主要環節，如何有效回收損失能量是必需要考慮的問題。提高能量轉換效率和儲能系統效能，才能有效提高內燃機能源利用率和可靠性。三是優化控制設計。根據混合動力系統自身的特點，及機械作業的不同需求，設計合理的優化控制策略，能有效提高能源利用率。其他關鍵技術。如動力耦合器等關鍵部件在研究，能量回收系統的設計，動力混合度的匹配等，都是影響機械整體性能的因素。

3.3應用發展趨勢

從國內外發展情況來看，目前混合動力建筑機械目前處于試驗階段，還未大量生產并投入使用。不可再生資源的日益枯竭和社會發展對能源更加急切的渴望、人類日益增長的物質文化需求和逐漸嚴重的環境污染之間的矛盾十分突出。為滿足人類社會不斷向前發展的需要，混合驅動技術在建筑機械領域的應用前景將日益廣泛。

4結論

1）研究了混合驅動技術的應用現狀，根據驅動類型不同，混合動力系統可分為串聯式、并聯式及混聯式三種類型，并聯混合動力系統具有能量轉換環節少，能量利用率高，可靠性強，技術成熟等優點；2）混合驅動技術在建筑機械領域的應用需解決機械動力學分析，能量回收、轉換、存儲系統，優化控制設計等關鍵技術。隨著混合驅動技術發展的進一步成熟，其在建筑機械領域有著廣泛的應用前景。

作者：蔣泓松單位：空軍第6空防工程處