Гибридные экскаваторы. Каким технологиям отдают предпочтение производители?
23.07.2018 16:56:47
Какие варианты существуют?
.jpg)
Решения, которые активно применяются на рынке автотранспорта, не совсем подходят для сегмента землеройной техники. Так, при разработке гибридных
автомобилей используют равноправное объединение ДВС и электродвигателя (в результате получают так называемые "полные гибриды"). В случае со
строительной техникой ДВС остается главным силовым агрегатом, а электродвигатель играет вспомогательную роль.
"Неполные гибриды" также существуют в нескольких вариантах. Размещение ДВС и электродвигателя может быть параллельным (в этом случае они
работают одновременно, дополняя друг друга) или последовательным (механическая энергия ДВС преобразуется в электрическую энергию генератора,
после чего снова переходит в механическую). При производстве экскаваторов предпочтение отдается первому способу, "последовательные гибриды"
встречаются в сегменте бульдозеров и погрузчиков.
Если сравнивать экскаваторы и, например, фронтальные погрузчики, то здесь можно найти и другое значительное отличие: в первом случае в
основном используется энергия, вырабатываемая при повороте платформы машины, во втором - аккумулируемая при торможении машины.
Как это работает?
Несмотря на схожесть основных принципов, каждый из производителей гибридных экскаваторов ведет собственные разработки, результаты которых
могут значительно отличаться. Так, если в технике Komatsu энергия механического движения (если быть более точным, то инерции движения)
используется для приведения в действие электродвигателя поворота, то компания Caterpillar не стала отказываться от классического гидромотора.
Но в любом случае за оптимальным распределением и направлением потоков энергии следит электронная система управления.
Komatsu: будущее за электромоторами
.jpg)
Компания Komatsu, которая представила свою первую разработку в сфере гибридных технологий в 2008 году, успела выпустить уже несколько поколений инновационных
экскаваторов. Объединяет их то, что гидромотор поворота, который используется для вращения надстройки в стандартных моделях, в гибридных заменен на электромотор.
В число "гибридных компонентов" также входят мотор-генератор (способен работать в режимах генератора или электродвигателя, расположен между дизелем и
гидронасосом привода рабочего оборудования), инвертор (его задача - преобразовывать переменный ток в постоянный) и конденсатор.
Кратко опишем механизм работы "гибрида". После отключения мотора поворота, его вращение продолжается под действием инерции поворачивающейся надстройки.
Получаемая генератором энергия через инвертор поступает в аккумулирующий конденсатор, после чего используется для двух целей. Во-первых, она может направляться
обратно в электромотор поворота для придания ускорения надстройке. Во-вторых, с ее помощью увеличивают мощность двигателя (мотор-генератор, соединенный с ДВС,
начинает работать как электромотор), также становится возможным быстрее набирать требуемые обороты и снижать нагрузку на дизель за счет вспомогательного питания
гидронасосов.
К сказанному можно добавить, что на гибридных экскаваторах Komatsu устанавливаются дизельные двигатели меньшего типоразмера, чем на стандартных
машинах: требуемым уровнем мощности машину совместно обеспечивают дизель и электродвигатель. Также стоит отметить, что такие компоненты, как шасси,
гидросистема, рабочее оборудование, аналогичны тем, что используются в обычных моделях.
Caterpillar: гидромотор - надежная классика
.jpg)
Поиски оптимального решения американские конструкторы начали в 2009 г., и в итоге было решено остановиться на технологии, отличной от той, что
применяет Komatsu. На данный момент компания Caterpillar использует гидравлический способ аккумулирования кинетической энергии. Специалисты
руководствовались несколькими соображениями: доработка гидравлического оборудования не так значительно увеличивает стоимость техники, к тому же
можно избежать излишнего, по мнению производителя, усложнения конструкции. Также отмечается, что в число дополнительных затрат добавляется лишь
обслуживание гидроаккумулятора (периодичность ТО такая же, как у гидроцилиндров стрелы).
Премьера первого гибридного экскаватора Caterpillar состоялась в 2013 г. Гидромотор поворота, который был сохранен в конструкции машин, получает
питание от гидронасоса. Когда оператор отпускает рычаг, ответственный за включение функции поворота, и питание перестает поступать в гидромотор,
вращение надстройки замедляется, но еще некоторое время она движется по инерции. Одновременно продолжается вращение гидромотора,
который в это время начинает работать в режиме насоса. До этого момента перечисленные процессы аналогичны тем, что происходят в стандартных экскаваторах.
Но далее есть существенное отличие: обычно поток масла останавливается в выключенном гидронасосе системы, и в результате создаваемого сопротивления
гидромотор останавливается, а получаемая кинетическая энергия превращается в тепло и рассеивается. В случае же с гибридными экскаваторами поток масла
направляется через специальный клапан SERV на зарядку азотного аккумулятора, а затем - на привод гидромотора поворота.
В состав "начинки" экскаваторов Caterpillar входит также гибридный электронный программируемый насос ESP и система адаптивного управления ACS.
К их функциям относится обеспечение плавного перехода энергии между двигателем и аккумулятором, а также управление мощностью дизеля.
Благодаря установке главного гидронасоса большего типоразмера и, соответственно, увеличению гидропотока, стала возможной более эффективная
работа двигателя на низких оборотах.
Другие производители
Свои разработки в данной сфере ведут такие компании, как Hitachi, Volvo и Kobelco. Особенности моделей каждого из производителей описывать не будем,
в качестве примера других технологий приведем лишь экскаваторы Hitachi. В данном случае используются сразу два мотора поворота: гидравлический
и электрический. Первый отвечает за вращение надстройки, второй выступает в качестве генератора и впоследствии играет роль "помощника" для гидромотора.
