装载机的每次作业时间为40s左右,每次作业过程约需要4次制动,每次制动距离大约为3~5m。在不出现任何故障、自卸车配合及时的情况下每小时循环作业约90次,制动约360次。由于整机的质量较大,因此每次制动时存在大量的制动动能。以斗容5t型轮式装载机为例,一个大约为40s的工作周期中,总制动动能约为400kJ,而发动机消耗能量大约为900kJ,可回收能量占发动机消耗能量的45%,而在可回收的能量中,装载机动臂处的可回收重力势能较小,只有40kJ。因此回收制动动能是采用液压混合动力技术降低装载机发动机损耗的最重要的一个途径;推土机和装载机类似,也是由于负载变化剧烈而不得不提高装机功率。
对于液压挖掘机,液压挖掘机的动臂势能较大,需要频繁的举升和下放,存在大量的势能;上车机构也存在频繁的回转作业制动时,一个标准作业周期内大约需要完成两次加速和两次制动,完全依靠缓冲溢流阀溢流产生驱动转矩和制动转矩,与行走制动不同,液压挖掘机不仅在转台制动时具有可回收能量,同时由于转台为大惯性负载,其起动加速时需要一个滞后过程,因此起动加速时,溢流回转马达不能全部吸收液压泵的流量,液压马达进油侧的溢流阀打开。由于此时的溢流压力较大,因此在转台的加速过程中,大量的能量消耗在溢流阀。以某20t级液压挖掘机为例,液压挖掘机各执行机构可回收能量如表2-4所示,动臂势能和上车机构回转制动动能分别占总可回收能的50.61%和25.33%,是液压挖掘机能量回收的主要研究对象,但总的可回收能量占发动机消耗能量的比重约为16%。即使能量回收和再利用效率为100%,动臂势能和回转制动动能对整机的效率分别可以提高10.41%和5.21%。斗杆和铲斗的可回收能量较少,对系统的节能效果影响不明显,考虑到回收系统的附加成本,可以不回收这部分能量。
表4-6 某20t级液压挖掘机各执行机构可回收能量和比例(不含转台加速)(www.xing528.com)
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