油液混合动力工程的机械研究

孙赫

摘要：在能源和环境问题日益突出的今天，人们对节能减排提出了较高的要求。对于工程机械来说，在生产的过程中也需要围绕节能减排展开生产活动，确保其在保证自身动力性能的基础上，尽量降低对环境的污染，提升资源利用率。在对工程机械的制造原理进行分析之后可以发现，要想实现工程机械的节能减排性能就必须做好油液混合动力工程的有效设计。文中在对油液混合动力系统进行探讨之后，又对油液混合动力工程的关键技术进行分析，希望可以有效提升工程机械的环保能力。

关键词：油液混合动力；工程机械；节能减排

在工程机械生产技术快速发展的形势下，工程机械的应用范围也越来越广，对社会生产活动的多个领域均有涉猎。在以往的工程机械中，最常使用的动力系统为柴油发动机以及液压传动系统，这类工程机械在实际运行的过程中会产生大量的能源消耗。同时，采用柴油发动机作为主要动力系统的工程机械，在运行的过程中还会形成大量的烟气排放，对周边的环境带来严重影响。而对油液混合动力工程的有效设计可以在一定程度上提升工程机械的节能减排性能。

一、油液混合动力系统研究

油液混合动力系统主要包括发动机、液压泵、蓄能器、液压马达等，其中发动机用于将燃油的化学能转化为机械能，驱动液压泵将机械能转化为液压能，液压马达用于将液压能转化为机械能带动负载工作，蓄能器用于存储液压系统中多余的液压能，也可以和发动机（液压泵）一起共同为液压马达提供液压能。根据发动机（液压泵）和蓄能器的不同组合方式，可分为串联式、并联式和混联式油液混合动力系统。

1、串联式油液混合动力系统

串联式油液混合动力系统。发动机将化学能转化为机械能，带动辅助液压泵将机械能转化为液压能，并驱动辅助液压马达将液压能转化为机械能，再带动主液压泵将机械能转化为液压能，最后通过执行元件将液压能转化为机械能驱动负载工作。蓄能器主要有两个功能：当驱动负载所需要能量低于发动机输出能量时，多余的能量就被存储到蓄能器；当发动机输出能量低于驱动负载所需要能量时，蓄能器释放存储的液压能，辅助发动机工作驱动负载。

2、并联式油液混合动力系统

并联式油液混合动力系统，其中采用了动力耦合器连接发动机、二次调节液压泵/马达和主液压泵。当驱动负载所需功率低于发动机输出功率时，将多余的能量存储到蓄能器中；当驱动负载所需功率高于发动机输出功率时，蓄能器通过动力耦合器提供额外的能量，辅助发动机共同驱动负载。

3、混联式油液混合动力系统

混联式油液混合动力系统，综合了串联式和并联式，发动机驱动辅助液压泵并带动辅助液压马达，再驱动主液压泵带动负载。此外，通过采用动力耦合器分别连接发动机、二次调节液压泵/马达和主液压泵。该系统使用了两个蓄能器，当驱动负载所需功率低于发动机输出功率时，将多余的能量存储到两个蓄能器中；当驱动负载所需功率高于发动机输出功率时，蓄能器通过辅助液压马达和动力耦合器提供额外的能量，辅助发动机共同驱动负载。

二、油液混合动力工程机械关键技术

1、合理选择混合动力系统驱动结构

由于混合动力工程设计方案的不同，其自身的节能效果与性能也存在较大的差异。为此，在进行混合动力系统设置时，需要依据工程机械对运行质量的需求进行合理的混合结构安排。只有这样才能在保证工程机械自身运行效果的基础上，提升工程机械的节能减排性能，这就为混合动力系统驱动结构的选择提出了较高要求。需要特别注意的是为了保证工程机械制作的经济效益，还需要对系统设计的经济性进行考虑。

2、合理设计混合动力系统控制策略

工程机械在不同的运行环境下和不同的生产环节中，所起到的作用存在一定的差异，在工作性能上也存在不同。为了保证工程机械的节能减排性能，需要根据工程机械应用环境的不同，对其油液混合动力工程进行有效设置，使其充分发挥自身的结节能减排功能，保证工程机械的环保性满足当前社会生产对环保性能的需求。这就对混合动力系统的控制策略提出了较高的要求，只有保证对混合动力系统的有效控制，才能为相应的工程机械提供一定的动力支持，同时保证其环保性能。

3、合理匹配混合动力系统元件参数

油液混合动力系统由发动机、液压泵、液压马达、蓄能器等元件组成，存在机-电-液元件之间的耦合，元件之间参数匹配优劣将决定整个油液混合动力系统的节能效果和整机性能。因此，必须认真分析构成油液混合动力工程机械的机电液元件各自特性的基础上，分析机电液元件之间的耦合特性，在此基础上合理匹配油液混合动力系统元件参数。

4、合理利用混合动力系统能量存储元件

蓄能器在混合动力系统中承担着储存能量的重要作用。在实际运行的过程中，可以对系统运行过程中所产生的多余能量进行储存，有效降低了能源损失问题的发生几率，对节能环保具有积极作用。蓄能器作为油液混合动力系统中的重要组成，其自身的运行性能与动力系统的整体运行性能具有直接联系，它不仅承担着能量储存的重要作用，还需要在混合动力系统能量不足的情况下予以及时的能量补充，确保工程机械的高效运行，为社会生产活动提供有效的机械支持。尤其是对于那些运行负荷较大，持续长时间运行的工程机械来说，对蓄能器的有效设置，是提升工程机械节能和环保性能的关键举措。

5、合理设计混合动力系统能量管理系统

油液混合动力工程机械的目标是节能，其中关键环节之一就是能量管理系统。在不同工作阶段，由于不同的工况和负载特性，工程机械对于能量的要求不同。如果能够设计可靠的能量管理系统，将能够合理地分配工程机械在不同工作阶段的能量，更好实现整机的节能。因此，合理设计能量管理系统是油液混合动力工程机械的另一关键技术。

三、油液混合动力工程机械发展趋势

1、动态优化控制策略

能够根据油液混合动力工程机械不同的工况对控制策略进行合理的动态优化，使得整机工作在最优的状态。

2、新型能量存储单元

能够根据负载变化情况减少能量转换过程中的损失，提高油液混合动力系统的能量密度，适应油液混合动力工程机械的较大的速度变化范围，有效降低整机装机质量。

3、智能化的参数匹配

能够根据不同工况和负载特点对机电液耦合元件进行智能化参数匹配，实时调整耦合元件参数。

4、整机的工作可靠性

随着发动机控制技术、液压传动与控制技术、计算机技术、控制技术、材料技术等快速发展，油液混合动力工程机械从元件到整机都将具有较高的工作可靠性。

总结了国内外油液混合动力工程机械的研究现状，阐述了油液混合动力工程机械的关键技术，预测了油液混合动力工程机械的发展趋势。要提高油液混合动力整机性能和节能效率，需根据工况和负载特点，合理选择混合动力系统驱动结构、合理设计混合动力系统控制策略、合理匹配混合动力系统元件参数、合理利用混合动力系统能量存储元件和合理设计混合动力系统能量管理系统。

参考文献：

[1]赵鹏宇，陈英龙，周华.油液混合动力工程机械系统及控制策略研究综述[J].浙江大学学报（工学版），2016，50（2）：449-459；

[2]仲晓波.油液混合动力工程机械系统及控制策略研究[J].內燃机与配件，2017（13）：126-126.