串联和并联在工程机械中的节能效果

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一混合动力工程机械研究现状

在汽车行业混合动力技术已经得到了广泛的推广和使用，为工程机械的节能问题提供了一条新的道路，但是汽车的运作方式和工程机械有明显的差别，工程机械的负载工况和汽车的差别较大，工程机械的内部结构比较复杂，能量回收的方式不一样，给混合动力机的研究带来了较大的难度。针对工程机械本身的特性，对能量管理和参数匹配进行重点研究，研发出可以节能减排而且容易大面积的推广和使用的混合动力机型。现在的能源十分紧缺，环境也越来越恶劣，混合动力技术的使用是有非常重要的价值的。在上个世纪八十年代，由于汽车行业的发展，间接的提高了工程机械的设计水平。在欧美一些发达国家，一些工程机械企业推出了改善后的工程机械产品，这些机械产品在动力性、经济性、安全性、舒适性上都有很大的突破。现在，中国的工程机械行业也在迅速发展，中国的很多高校和工程机械企业也开始重视开发混合动力工程机械，而且还把少量的机械投入到试用中。

二混合动力的系统类型

1串联式

混合动力系统发动机、发电机、电动机和外载用“串联”的方式组成一个驱动系统。发电机发电，把电力传给发动机，其实把发电机和发动机可以看成一个电力供应系统。发动机不会直接驱动外载，电动机可以直接驱动外载，在驱动的电力有多处的部分可以存储在储能装置里，在电力不足的时候，可以使用储能装置中存储的电力。而且在外载制动的时候，可以带动发电机进行发电，并把释放的电量回收起来，存储在储能装置中。在串联式混合动力装置中，发动机和外载之间不需要其他机械的连接，结构比较简单，布置起来比较方便，对系统和策略的控制比较方便，但是只支持电动机驱动，这种动力类型和电驱动差不多

2并联式

混合动力系统把发电机和驱动电机用机械连接起来，再用并联的方式安装外载，并联式混合动力系统有三种驱动模式，有发动机单独驱动模式、电动机单独驱动模式、发电机和电动机一起驱动模式。在这些驱动模式中，发动机驱动是主要的驱动模式，用电动机驱动作为发动机驱动的辅助。因为发电机和电动机的功率是可以叠加的，所以可以让发电机和电动机一起驱动，降低装机的功率，这样动力系统的尺寸小、重量轻、价格低。在发电机和电动机的共同驱动下，用发动机释放的电力驱动外载，多余的机械能用发电机存储起来。当电力不够用的时候，可以把发电机存储起来的电力释放出来。用发电机直接驱动的方法工作效率会很高，而且节能效果也比较好。

三串联和并联

混合动力的节能效果为了了解串联和并联混合动力系统的节能效果，把液压挖掘机的双泵驱动的液压系统作为实验基础，在液压系统中加入串联和并联的动力系统，进行仿真建模，对液压挖掘机的工作进行仿真计算。对发动机最高、最低功率、输出的总能量、耗油率和总耗油量进行对比，最后得出结论。

(1)如果在使用混合动力系统的时候，不要单独的使用串联混合动力系统

因为串联混合动力系统没有节能的作用，但是单独使用串联混合动力系统可以改变排放物的质量，还能降低柴油机的装机功率。在使用串联混合动力系统的时候，柴油机的工作状况是比较稳定的，可以降低柴油机的装机功率，节约一部分成本。而且柴油机的工作能力也可以提高，柴油机可以长期的在高效区里工作，充分的燃烧燃油，减少耗油量，改善尾气排放的质量。柴油机和电动机之间不需要其他机械的连接，所以工作状况很平稳，而且排放物少。整个装置的结构布置十分容易变通，相对比较自由，控制的方式也很简单。因为柴油机是与发电机相连接的，所以输出的电能要在变频器里和电池或者电容进行交直流转换，这样一来电能的损耗就会比较大，很难达到节能的作用。

(2)单独使用并联混合动力系统的节能效果不是很好

但是并联混合动力系统可以使柴油机的装机功率有明显的降低，而且排放物的污染也不是很大。使用并联混合动力系统的时候，柴油机输出的能量只有一些可以用来发电，其他的能量都要用在泵的驱动上。虽然在部分情况下使用并联混合动力系统的时候需要发电机大量输出功率。

(3)把串联混合动力和并联混合动力进行比较

串联混合动力比较占优势，混合动力系统还可以给其他的节能方式提供技术上的支持，把各种节能方法进行结合，最终达到高效率节能的目标。

四混合动力系统的节能方式

在使用工程机械的时候，大部分的能量都使用在液压系统主要控制阀门的节流口上，这不仅会浪费大量的能量，还会使系统的热量上升。如果可以把浪费的这部分能量回收并进行利用，不但可以达到节能的目的，还可以是整个系统更具有稳定性。要想回收这部分的能量，可以在主控制阀门的节流口上安装一个马达，用马达对机构的速度进行控制，并将原本浪费的能量储存起来。如果采用马达对能量进行回收，因为马达的惯量比较大，所以普遍使用性并不是很高，还需要进一步的实验和研究。因为马达节能的措施还不是很完善，所以可以使用单独驱动的方式，过去的工程机械大多采用单泵驱动，这样可以节约成本。可是不同的系统所需要的压力是不同的，所以泵必须解决外载所需要的压力。

五结语

如果单独的使用串联混合动力系统是没有很明显的节能效果的。虽然可以提高排放物的质量，但是从节能的角度来说，还是选择并联混合动力系统。混合动力系统为其他的节能方式奠定了基础，使其他的节能措施具有很好的节能效果。混合动力系统的使用，为节能减排带来了重大的影响，应该进一步研究混合动力系统，促使混合动力系统达到更高的节能目标。

作者：聂恺 单位：南京梅冶建设有限公司