Inom konstruktionsmaskiner ger hybridteknologi snabbt en revolution och blir fokus för intensiv konkurrens mellan olika företag och uppvärmda diskussioner mellan branschexperter. Det kan betraktas som branschens nya älskling. Från de upptagna verksamheterna på byggarbetsplatser till storskalig konstruktion i gruvor blir närvaron av hybridbyggnadsmaskiner allt vanligare. Mot bakgrund av det dubbla kolmålet står traditionella bränsledrivna byggmaskiner inför ett betydande miljöstryck. Framväxten av hybridteknologi öppnar utan tvekan en ny väg för grön utveckling i branschen.
Inte bara att med de kontinuerliga genombrotten inom teknik har hybridbyggnadsmaskiner gradvis framkommit som en kraft som ska räknas med när det gäller prestanda, vilket visar många fördelar som överträffar de med traditionell bränsledriven utrustning. Det har löst några långvariga problem som har plågat branschen och uppfyllt marknadens avancerade krav i flera dimensioner som energibesparing, effektivitet och anpassningsförmåga till komplexa arbetsförhållanden. Det har blivit en viktig drivkraft för byggmaskinindustrin att gå mot högkvalitativ utveckling.
Den ultimata förklaringen av hybridteknologi
Komponenter i hybridsystemet
Hybridsystemet för konstruktionsmaskiner består huvudsakligen av viktiga komponenter som motor, elmotor, batteri och styrenhet. Motorn, som den traditionella kraftkällan, spelar fortfarande en viktig roll i hybridsystemet, vilket ger kontinuerlig och stabil effektutgång för utrustningen. Till skillnad från traditionella byggmaskiner är emellertid motorkraften i hybridsystemet i allmänhet relativt mindre eftersom det kan fungera i samordning med elmotorn. Till exempel, i vissa små hybridgrävare, reduceras motorkraften med 20% - 30% jämfört med motorn av samma typ av traditionella grävmaskiner, men genom samarbete med elmotorn kan den fortfarande uppfylla kraftkraven för utrustningen i olika arbetsförhållanden.
Elmotorn är en annan kärnkomponent i hybridsystemet, ansvarig för att tillhandahålla kraft under start, låghastighetsdrift och acceleration och för att uppnå energiåtervinning under bromsning. När man väljer en elmotor, faktorer som dess kraft, vridmomentutgång, effektivitet, vikt och storlek, värmeavledning och kylprestanda, liksom kompatibiliteten i styrsystemet, beaktas vanligtvis. Exempelvis används permanentmagnet synkronmotorer i stor utsträckning i hybridkonstruktionsmaskiner på grund av deras höga effektivitet och kraftdensitet. Till exempel använder ett visst varumärkes hybridlastare en permanent magnet synkronmotor, vilket gör utrustningen mer stabil under start och låg hastighet och ger ett snabbare kraftrespons.
Batterier fungerar som energilagringsenheter, som används för att lagra den energi som återvinns av elmotorn och för att tillhandahålla elektrisk kraft till motorn. Batterierna i hybridsystem måste ha hög energitäthet, lång cykellivslängd och god säkerhetsprestanda för att uppfylla kraven för ofta laddning och urladdning och långsiktig drift av utrustningen. För närvarande har litiumjonbatterier, på grund av deras fördelar som hög energitäthet, lång livslängd och miljövänlighet, blivit det mainstream-valet för hybridbyggnadsmaskiner. Till exempel kan vissa plug-in hybridkonstruktionsmaskiner utrustade med litiumjonbatterier inte bara tillgodose de kortsiktiga driftsbehoven för utrustningen i ren elektrisk läge, utan kan också fungera i samband med motor och elmotor i hybridläget, vilket effektivt förbättrar energianvändningseffektiviteten för utrustningen.
Styrenheten liknar hjärnan i hybridsystemet, ansvarig för att hantera och distribuera energiflödet mellan motorn, elmotorn och batteriet. Den justerar motorns och elmotorns arbetslägen i realtid baserat på utrustningsstatusen, förarens driftsinstruktioner och information som batteriets laddningsnivå, vilket uppnår optimal distribution av energi. Till exempel, när utrustningen arbetar under lätt belastning, kommer styrenheten att prioritera användningen av elmotorn för att minska bränsleförbrukningen; Under tunga belastningsoperationer eller när batteriet är lågt laddas, kommer styrenheten att aktivera motorn och arbeta tillsammans med elmotorn för att ge kraft.
Djupgående analys av arbetslägen
Serieläge: I serien Hybrid -läge driver inte motorn direkt konstruktionsmaskineriet utan fungerar som en generator och omvandlar bränsleens kemiska energi till elektrisk energi. Den genererade elen används delvis för att driva elmotorn, vilket gör att utrustningen kan flytta eller utföra drift; Den andra delen lagras i batteriet för framtida användning. Detta läge liknar kraftsystemet för ett elektriskt tåg, där förbränningsmotorn och elmotorn är elektriskt anslutna, utan en mekanisk växellåda, vilket ger fördelen med flexibel hastighetsjustering, vilket gör att förbränningsmotorn kan förbli i det optimala driftsförhållandet, vilket förbättrar bränsleekonomin. Genom att ta en viss serie hybridgaffeltruck som ett exempel, när man arbetar i miljöer med höga utsläppskrav som inomhuslager, genererar motorn el för att leverera elmotorn och elmotorn driver gaffeltrucken att flytta, uppnå nollavgasutsläpp. Samtidigt kan motorn arbeta stabilt inom det effektiva hastighetsområdet och bränsleförbrukningen minskas med 15% - 20% jämfört med traditionella gaffeltruckar. Serieläget har dock också vissa begränsningar. På grund av det faktum att endast elmotorn kör, under höghastighets körning eller tunga belastningsförhållanden, kan kraften vara relativt otillräcklig, och det finns energiförlust under processen för motoren som genererar el och sedan kör motorn, vilket kommer att öka bränsleförbrukningen med höga hastigheter.
Parallellt läge: I det parallella hybridläget är motorn och elmotorn mekaniskt anslutna, till exempel genom växlar eller planetväxlar, och kan driva hjulen självständigt eller tillsammans. I detta läge, när utrustningen reser med låg hastighet eller utför lätt belastning, tillhandahålls huvudkraften av elmotorn. För närvarande kan motorn antingen inte fungera eller vara i ett lågbelastningsdriftstillstånd och därmed minska bränsleförbrukningen och avgasutsläppen; När utrustningen behöver resa med hög hastighet eller utföra tungbelastning, arbetar motorn och elmotorn tillsammans för att ge tillräcklig kraft. Denna struktur erbjuder flera körlägen och har stark anpassningsförmåga. System som General Motors 'E-assist och Hondas IMA antar alla parallella hybridkraftsteknologi. Till exempel, i ett visst varumärkes parallella hybridlastare, när hinken lyfts utan belastning, arbetar elmotorn ensam för att möta kraftbehovet; Medan när hinken är fylld med material och lyfts med tung belastning, startar motorn och den elektriska motoren samtidigt och arbetar tillsammans för att säkerställa att utrustningen kan slutföra driftsuppgifterna smidigt.
Hybridläge: Hybridläget kombinerar fördelarna med serie och parallella konfigurationer. Den uppnår läge att växla genom enheter som kopplingar och kan mer flexibelt fördela kraften i motorn och elmotorn enligt olika arbetsförhållanden. Vid körning med låg hastighet eller lätt belastning kan den fungera som serieläget, främst förlita sig på elmotorn för enhet; Vid höghastighets körning eller tung belastning kan den fungera som parallellläget, med både motorn och elmotorn som arbetar tillsammans. BYD F3DM och Honda I-MMD antar detta läge i den nya generationens Accord-hybrid. Till exempel, i en viss hybridutgrävare som utför utgrävningsoperationer, när utgrävningsmotståndet är låg, antar utrustningen rent elektriskt läge eller serieläge, med elmotorn som driver arbetsanordningen. För närvarande kan motorn antingen inte fungera eller vara i ett lågbelastningseffektproduktionstillstånd; När utgrävningsmotståndet är högt startar motorn och arbetar tillsammans med elmotorn för att driva arbetsanordningen och anta parallellläget för att säkerställa att utrustningen effektivt kan slutföra utgrävningsuppgiften. Även om hybridläget har överlägsen prestanda är dess kontrollstrategi komplex och kostnaden är relativt hög.
Den magiska hemligheten med energibesparing och utsläppsminskning
Energiåtervinning: Detta är en av de viktiga metoderna för att uppnå energibesparing och utsläppsminskning av hybridteknologi. Under broms- eller retardationsprocessen för konstruktionsmaskiner kan elmotorn växla till generatorläge, konvertera utrustningens kinetiska energi till elektrisk energi och förvara den i batteriet för att uppnå energiåtervinning och återanvändning. Genom att ta hybridbussar som ett exempel, under den ofta startprocessen, genom energiåtervinningssystemet, kan cirka 30% - 40% av energin återvinnas varje gång under bromsning. Dessa återhämtade energier kan ge kraften för fordonet vid efterföljande körning och därmed minska arbetstiden för motorn och bränsleförbrukningen. I hybridkranar på byggplatser, under nedstigningen av tunga föremål, kan energiåtervinningstekniken också användas, vilket omvandlar gravitationspotentialenergin hos de tunga föremålen till elektrisk energi och lagrar den, vilket effektivt förbättrar effektivitetseffektiviteten.
Optimering av motorens driftsområde: I hela arbetscykeln för traditionella byggmaskiner är arbetsförhållandena komplexa och varierande, och de arbetar ofta i ett tillstånd av hög bränsleförbrukning och höga utsläpp. Hybridteknologi kan emellertid, baserat på de faktiska arbetsförhållandena, hjälpa motorn genom att använda elmotorn, vilket gör att motorn kan fungera så mycket som möjligt i ett effektivt och lågutsläppsområde. Till exempel, när utrustningen är lossad eller lätt laddad, kan motorn minska kraftuttaget eller till och med stängas av och drivas enbart av elmotorn; Under tunga belastningsförhållanden arbetar motorn och elmotorn tillsammans för att hålla motorn vid sin optimala driftspunkt och undvika motorns drift i ett ineffektivt intervall, vilket minskar bränsleförbrukningen och avgasutsläppen. Enligt forskning kan bränsleförbrukningen för hybridkonstruktionsmaskiner genom att optimera motordriftområdet reduceras med 20% - 40% jämfört med traditionella konstruktionsmaskiner, och utsläppen av föroreningar såsom kväveoxider (NOx) och partiklar (PM) kan också minskas avsevärt.
Motorminiatyrisering: Eftersom elmotorn kan ge ytterligare kraft vid behov kan hybridkonstruktionsmaskiner använda mindre motorer. Mindre motorer kan fungera mer effektivt under vissa förhållanden, och när en hög effekt krävs inte är motorens belastningshastighet relativt högre och därigenom förbättrar bränsleekonomin. Till exempel använder en viss hybridlastare en motor en storlek mindre än för traditionella lastare. Kombinerat med hjälp av elmotorn kan den uppfylla olika driftskrav och samtidigt minska bränsleförbrukningen med cirka 15%. Motorminiatyrisering hjälper inte bara att spara energi utan minskar också motorns vikt och volym, vilket sänker tillverkningskostnaden och driftskostnaden för utrustningen.