动臂势能回收系统优化探讨

液压挖掘机动臂势能回收系统与车辆能量回收系统有显著差别，两者主要有以下区别。

（1）能量回收工况不同

车辆能量回收系统回收的能量主要来源于汽车制动时释放的大量动能和汽车下坡时释放的大量势能。能量回收时间可通过驾驶人根据前后车的车距、十字路口红绿灯时间、制动距离等人为主观可控，比如加速汽车的制动距离不限制的情况下，汽车制动时间可以不受限制；即使常规的制动时间也一般在5s以上，因此能量回收工况并没有明显的规律性和周期性；负载波动强度也可根据人为主观调整，如碰到前方红灯需要制动时，驾驶人可根据制动距离，适当调整制动强度，进而改善能量回收工况。

液压挖掘机动臂的下放时间，在标准挖掘工况时大约只有2～3s。若人为不对动臂下放过程和能量回收过程进行分离，动臂势能回收系统的回收时间和动臂下放的时间相同，不可人为控制，否则必然会影响作业效率，因而液压挖掘机的可回收工况具有明显的周期性，且波动剧烈。

（2）能量回收模式不同

由于汽车为单执行机构系统，驱动轮是唯一的驱动对象，因此车辆驱动系统和回收系统为同一套系统，动力系统和能量回收系统共用一个能量转换单元（电动机/发电机或液压泵/马达），为单能源单输入的能量回收系统，能量再生模式时能量流程为驱动模式的能量逆向流动。

液压挖掘机为一个多执行机构系统，液压挖掘机动臂势能回收系统和驱动系统一般为通过电池或电容、液压蓄能器耦合的两套不同的系统，动力系统的能量转换单元和能量回收系统的能量转换单元不能共用，需要额外配置一台能量转换单元。能量耦合通过电池、电容、液压蓄能器实现，是一个多能源多输入的能量回收系统。(www.xing528.com)

（3）专用关键元件要求不同

以电气式动臂势能回收系统为例，相对于汽车，挖掘机的回收工况更加复杂、负载变化剧烈、运行环境更加恶劣，应用于液压挖掘机领域的电动机有更高的动态响应、脉冲过载能力要求以及抗震要求。液压挖掘机的工况波动非常剧烈，必然要求电量储存单元可以快速吸收大范围波动的负载，因此应用于液压挖掘机的电量储存装置的一个苛刻要求就是大电流充放电，同时由于液压挖掘机的负载具有一定的周期性，大约每个作业周期为20s，理论上，在每个作业周期内，就需要能量回收一次，即对电池或电容充电一次，因此，对电量储存装置使用寿命的要求特别苛刻。

（4）集成控制系统不同

车辆能量回收系统主要考虑制动时，根据驾驶人的制动意图，由制动控制器计算得到汽车需要的总制动力矩，再从安全性、制动强度及能量回收效率等方面依据一定的制动力分配策略得到电动机应该提供的电动机再生制动力，电动机控制器计算需要的电动机制动电流，通过一定的控制方法使电动机跟踪需要的制动电流，从而较准确地提供再生制动力，在电动机的电枢中产生的交流电流经整流后再经DC/DC控制器反冲到电量储存单元中。而液压挖掘机势能回收系统的控制主要集中在如何在这么短的时间内高效回收动臂非平稳下放过程中释放的势能。另外，液压挖掘机采用能量回收系统后，对动臂下放速度的控制方式发生了变化，即阻尼比发生了变化，必然会影响操作性能，因此如何协调高效回收和良好操作性能也是控制系统的一个重要方向。

因此，汽车领域的能量回收系统相关技术不能直接移植到挖掘机的动臂势能回收系统领域，必须针对液压挖掘机能量回收工况的特点，开展能量回收相关技术专项研究。