小松HB335―1型混合动力挖掘机.doc

小松 HB335―1 型混合动力挖掘机目前挖掘机的混合动力技术路线主要分油电混合和液压混合，但基本原理是相同的小松是油电混合路线的代表，不过无论哪种路线，目前仍处于市场培育的阶段，产品普及和型号发展相对较慢，产品仍在持续改进之中 2008 年，小松开创性地引入了 20t 级的混合动力挖掘机 PC200-8E0，后在 2010 年升级为 HB205/HB215-1，使得挖掘机进入了混合动力时代，当然，尽管技术上很先进，效果也很好，毕竟是新技术，推广和大规模应用需要一个过程，小松只能稳步将该技术延伸到其他吨位 30t 级和 20t 级一样是个兵家必争之地，小松在此吨位上，开发了主要面向除北美和欧盟以外国家的混合动力挖掘机 HB335-1，其主要设计目标是相比 PC300-8 燃油消耗降低 20%，而其外观和结构则基于最新的 PC300-10 HB335-1 采用的混合动力技术与 HB205/HB215-1 上采用的完全相同，该系统由发电机/电动机、回转电机、转换器和电容器组成回转机构不使用液压马达而用回转电机代替，当对上部结构的回转进行制动时，回转电机作发电机用，回收动能将其转化为电能提供给电容器储存起来，储存的电能存需要同转动作时释放给回转电机。

而安装在发动机上的发电机/电动机也在需要动力时使用电容器中的电能辅助发动机加速，在动力空闲时则发电补充给电容器转换器是双向的，可以有效地控制频繁进出电容器的电力其技术的关键在于使用的电容器要允许电能在瞬间被高效地存储和释放 发电机，电动机 发电机/电动机被布置在发动机和液压泵之间，与发动机和液压泵同轴旋转这样的设计保证了传动效率，同时也不妨碍液压系统的布置和维护作为发电机时它为电容器充电，回转时也为回转电机供电兼作发动机时它辅助发动机加速，使得发动机在待机状态下可以以极低的怠速运行，也可以在操作手柄时使发动机转速瞬时提高到所需的速度 该电机属于开关磁阻（SR）电机，具有结构简单、不使用稀土永磁体的特点SR 电机具有较高的耐热性，这个特性对于布置在发动机和液压泵之间的高温环境非常有利由于不使用永磁体，当不辅助发动机或发电时，带动转子旋转所损失的能量降到了最低，这有助于降低燃料消耗当然，由于 SR 电机具有振动和噪声问题，在大功率设备上的使用已不多见 SR 电机的转子在旋转期间时被定子上的磁性线圈吸引，随着电磁线圈在旋转期间反复接通和断开，吸引力也反复接通和断开，从而产生振动和噪音HB335-1 使用的 SR 电机比 HB205/HB215-1 上所使用的具有更高的功率，由于磁力与功率输出成正比，定子对转子的吸引力更大，为此增加了强度以应对振动和噪声。

同时，通过有限元分析和各种试验，优化了壳体和定子的形状，在位置和尺寸严重受限的情况下解决了振动和噪声的问题 回转电机 回转机构使用电机，可以将过去使用液压马达时以热能形式释放掉的回转动能回收起来，并储存在电容器中能量再利用便可达到降低燃油消耗的目的此外，电机在加速时比液压马达更有效率，回转动作更平滑由于电机转速比液压马达要高，为保证高效率和小尺寸，增加了减速齿轮HB335-1 的回转电机并未采用 SR 电机，而是采用常规的永磁电机转换器和电容器 相比 HB205/HB215-1，功率的增加使得 HB335-1 需要增加转换器和电容器的尺寸，为了保持紧凑性，将尺寸增加带来的影响最小化，转换器和电容器被移到工具箱的位置，可以不需要任何工具就能接近 转换器是用于在发电机/电动机、回转电机和电容器之间进行转换和控制电流和电压的关键部件，正是有了它频繁高效地进行瞬时的切换，才使得能量得以重用 电容器是一个储存和输出过剩能量的组件不像普通的化学电池，它的充电和放电可以在极短的时间内完成，却没有化学反应，只有电子或离子的转移此外，该电容器比化学电池有更长的衰减时间和更长的寿命，并且不需要维护，这些特性对于需要长时间运转的施工设备来说非常理想。

除了应用混合动力技术，HB335-1 也集成了后来为 PC30Q-10 开发的最新技术以降低油耗，已经达到了比标准 PC300-8 燃料消耗减少 20%的设计目标 HB335-1 所配备的发动机是小松 SAA6D114E-5，该发动机基于PC300-10 配备的小松 SAA6D114E-5-A，后者配备了 DPF 作为后处理手段，满足美国 EPA Tier4 过渡阶段排放标准，而前者只满足 EPA Tier3 排放标准SAA6D114E-5 是一种 6 缸水冷柴油机，配备了电控高压共轨燃料喷射系统和可变几何涡轮增压器，以提高燃烧效率，实现低排放和低油耗，但其主要的排放控制手段是使用了带冷却器的 EGR（废气再循环）技术，通过降低燃烧的温度来控制氮氧化物的产生 HB335-1 使用了一个新研发的主液压泵，其上有一个润滑油泵，用于润滑发电机/电动机和回转电机，使用该专用润滑系统可以确保上述两台电机的可靠性主泵还配有斜盘角度传感器，可以精确测量流量，这使得在保证流量的前提下通过匹配控制尽量降低发动机转速成为可能 和普通挖掘机一样，HB335-1 也有多种工作模式可供选择同时，为了让驾驶员随时掌握混合动力系统的工作状态，LED 显示屏上增加了一个混合动力系统温度表，还增加了一个能源状态监视画面，该画面中以能量流的形式非常直观地显示电容器的充电/放电状态和发电机/电动机的工作状态。

目前挖掘机的混合动力技术路线主要分油电混合和液压混合，但基本原理是相同的小松是油电混合路线的代表，不过无论哪种路线，日前仍处于市场培育的阶段，产品普及和型号发展相对较慢，产品仍在持续改进之中虽然其价值逐渐被认可，但被市场普遍接受仍然需要一个过程。