V oblasti stavebních strojů hybridní technologie rychle přináší revoluci a stává se středem intenzivní konkurence mezi různými podniky a vyhřívané diskuse mezi odborníky v oboru. Lze jej považovat za nového miláčku průmyslu. Od rušných operací na staveništích po rozsáhlou výstavbu v dolech se přítomnost hybridních stavebních strojů stává stále běžnější. Na pozadí cíle s dvojím uhlíkem čelí tradiční stavební stroje poháněné palivem. Vznik hybridní technologie nepochybně otevírá novou cestu pro vývoj zeleného v oboru.
Nejen to, že s nepřetržitými průlomy v technologii se hybridní konstrukční stroje postupně objevily jako síla, se kterou je třeba počítat z hlediska výkonu, což prokazuje mnoho výhod, které překonávají výhody tradičního vybavení paliva. Vyřešila některé dlouhodobé problémy, které trápily průmysl, splňovaly pokročilé požadavky trhu ve více dimenzích, jako je úspora energie, efektivita a přizpůsobivost komplexním pracovním podmínkám. Stalo se klíčovou hnací silou pro průmysl stavebních strojů k přechodu směrem k vysoce kvalitnímu rozvoji.
Konečné vysvětlení hybridní technologie
Komponenty hybridního systému
Hybridní systém stavebních strojů je složen hlavně z klíčových komponent, jako je motor, elektrický motor, baterie a ovladač. Motor, jako tradiční zdroj energie, stále hraje v hybridním systému významnou roli a poskytuje pro zařízení nepřetržitý a stabilní výkon. Na rozdíl od tradičních stavebních strojů je však výkon motoru v hybridním systému obecně relativně menší, protože může fungovat v koordinaci s elektrickým motorem. Například v některých malých hybridních rypadloch je napájení motoru sníženo o 20% - 30% ve srovnání s motorem stejného typu tradičních rypadel, ale prostřednictvím spolupráce s elektrickým motorem může stále splňovat požadavky na napájení zařízení v různých pracovních podmínkách.
Elektrický motor je další základní součástí hybridního systému, odpovědný za poskytování energie během spuštění, nízkorychlostního provozu a zrychlení a za dosažení obnovy energie během brzdění. Při výběru elektrického motoru se obvykle zohledňují faktory, jako je jeho výkon, výstup točivého momentu, účinnost, hmotnost a velikost, rozptyl tepla a chlazení, jakož i kompatibilita řídicího systému. Například permanentní magnetické synchronní motory se široce používají v hybridních konstrukčních strojích kvůli jejich vysoké účinnosti a hustotě výkonu. Například hybridní nakladač určité značky používá permanentní magnetický synchronní motor, díky kterému je zařízení stabilnější během provozu spuštění a nízké rychlosti a poskytuje rychlejší reakci na výkony.
Baterie slouží jako zařízení pro skladování energie, používané k ukládání energie získané elektrickým motorem a k zajištění elektrické energie motoru. Baterie v hybridních systémech musí mít vysokou hustotu energie, dlouhou životnost cyklu a dobrý bezpečnostní výkon, aby splňovaly požadavky častého nabíjení a vypouštění a dlouhodobé provoz zařízení. V současné době se lithium-iontové baterie z důvodu jejich výhod, jako je vysoká hustota energie, dlouhá životnost a environmentální přívětivost, staly hlavní volbou pro hybridní stavební stroje. Například některé plug-in hybridní konstrukční stroje vybavené lithium-iontovými bateriemi mohou nejen uspokojit krátkodobé provozní potřeby zařízení v čistě elektrickém režimu, ale mohou také pracovat ve spojení s motorem a elektrickým motorem v hybridním režimu, což účinně zlepšuje účinnost využití energie.
Řadič se podobá mozku hybridního systému, odpovědný za správu a distribuci energetického toku mezi motorem, elektrickým motorem a baterií. Upravuje pracovní režimy motoru a elektrický motor v reálném čase na základě provozního stavu zařízení, provozních pokynů řidiče a informací, jako je úroveň nabíjení baterie, dosažení optimálního rozdělení energie. Například, když zařízení pracuje při zatížení světla, ovladač upřednostňuje použití elektrického motoru ke snížení spotřeby paliva; Zatímco při těžkých operacích zatížení nebo při nízkém nabití baterie, ovladač aktivuje motor a bude spolupracovat s elektrickým motorem, aby zajistil napájení.
Hloubková analýza pracovních režimů
Režim série: V hybridním režimu řady motor přímo řídí stavební stroje, ale působí jako generátor a přeměňuje chemickou energii paliva na elektrickou energii. Vygenerovaná elektřina se částečně používá k řízení elektrického motoru, což umožňuje přesunu nebo provádění provozu; Druhá část je uložena v baterii pro budoucí použití. Tento režim je podobný napájecímu systému elektrického vlaku, kde je motor s vnitřním spalováním a elektrický motor elektricky připojen bez mechanické převodovky, což nabízí výhodu flexibilního nastavení rychlosti, což umožňuje, aby motor s vnitřním spalováním zůstal v optimálním provozním stavu, čímž zlepšil hospodářství paliva. Při provozu v prostředích s vysokým emisními požadavky, jako jsou vnitřní sklady, vyrábí elektřinu pro dodávku elektrického motoru jako příklad, přijetí určité řady hybridního vysokozdvižného vozíku jako příklad, přičemž se pohybuje vysokorychlostní emise a dosahuje emise nulových výfukových emisí. Současně může motor fungovat stabilně v rámci efektivního rozsahu rychlosti a spotřeba paliva je snížena o 15% - 20% ve srovnání s tradičními vysokozdvižnými vozíky. Režim řady však má také určitá omezení. Vzhledem k tomu, že pouze elektrický motor řídí, ve vysokorychlostním řízení nebo podmínkách těžkých zatížení může být energie relativně nedostatečná a během procesu výroby motoru dochází k úbytku energie a poté pohánějí motor, což zvýší spotřebu paliva při vysokých rychlostech.
Paralelní režim: V paralelním hybridním režimu jsou motor a elektrický motor mechanicky připojeny, například přes ozubená kola nebo planetární ozubená kola a mohou řídit kola nezávisle nebo společně. V tomto režimu, když se zařízení pohybuje při nízké rychlosti nebo provádí operace na zatížení světla, je hlavní výkon poskytován elektrickým motorem. V tuto chvíli nemůže motor buď pracovat, nebo být ve stavu provozu s nízkým zatížením, čímž se snižuje spotřeba paliva a emise výfukových plynů; Pokud zařízení potřebuje cestovat vysokou rychlostí nebo provádět provoz s těžkým zatížením, motor a elektrický motor spolupracují, aby zajistily dostatečný výkon. Tato struktura nabízí více režimů jízdy a má silnou přizpůsobivost. Systémy, jako je E-Assist General Motors a Honda's IMA, přijímají technologii paralelní hybridní energie. Například v paralelním hybridním nakladači určité značky, když je kbelík zvednut bez zatížení, funguje elektrický motor pouze tak, aby vyhovoval poptávce po energii; Když je kbelík naplněn materiály a zvednutím těžkým zatížením, motor a elektrický motor začínají současně a spolupracují, aby zajistily hladce provozní úkoly.
Hybridní režim: Hybridní režim kombinuje výhody řady a paralelních konfigurací. Dosahuje přepínání režimu přes zařízení, jako jsou spojky, a může flexibilněji distribuovat výkon motoru a elektrického motoru podle různých pracovních podmínek. Při nízkorychlostním řízení nebo operacích lehkého zatížení může fungovat jako režim řady, hlavně se spoléhá na elektrický motor pro pohon; Při vysokorychlostním řízení nebo operacích s těžkým zatížením může fungovat jako paralelní režim, přičemž motor i elektrický motor spolupracují. BYD F3DM a Honda I-MMD tento režim přijmou v hybridu nové generace. Například v určité hybridní rypadlo provádějící výkopové operace, když je odolnost proti výkopu nízká, zařízení přijímá čistý elektrický režim nebo režim řady, přičemž elektrický motor řídí pracovní zařízení. V této době nemůže motor buď fungovat, nebo být ve stavu výroby energie s nízkým zatížením; Když je odolnost proti výkopu vysoká, motor začíná a spolupracuje s elektrickým motorem pro řízení pracovního zařízení a přijme paralelní režim, aby se zajistilo, že zařízení může efektivně dokončit úkol výkopu. Ačkoli hybridní režim má vynikající výkon, jeho kontrolní strategie je složitá a náklady jsou relativně vysoké.
Magické tajemství úspory energie a snižování emisí
Obnovení energie: Toto je jedna z důležitých metod pro dosažení úspory energie a snížení emisí hybridní technologie. Během procesu brzdění nebo zpomalení stavebních strojů se může elektrický motor přepnout do režimu generátoru, převést kinetickou energii zařízení na elektrickou energii a ukládat do baterie, aby se dosáhlo obnovy a opětovného použití energie. Přijetí hybridních autobusů jako příkladu, během častého procesu start-stop, prostřednictvím systému obnovy energie, může být přibližně 30% - 40}% energie pokaždé během brzdění získáno. Tyto obnovené energie mohou poskytnout energii pro vozidlo při následném řízení, čímž se zkrátí pracovní dobu spotřeby motoru a paliva. V hybridních jeřáních na staveništích, během sestupu těžkých předmětů, lze také využít technologii obnovy energie, přeměnit energii gravitačního potenciálu těžkých objektů na elektrickou energii a jejich ukládání, což efektivně zlepšuje účinnost využití energie.
Optimalizace provozního rozsahu motoru: V celém pracovním cyklu tradičních stavebních strojních motorů jsou pracovní podmínky složité a variabilní a často fungují ve stavu vysoké spotřeby paliva a vysokými emisemi. Hybridní technologie však může na základě skutečných pracovních podmínek pomáhat motoru pomocí používání elektrického motoru, což umožňuje motoru pracovat co nejvíce v efektivním a nízkém emise. Například, když je zařízení vyloženo nebo lehce naloženo, může motor snížit výkon nebo dokonce vypnout a být poháněn pouze elektrickým motorem; V podmínkách těžkého zatížení motor a elektrický motor spolupracují, aby udržovali motor v optimálním provozním bodě, zabránili provozu motoru v neefektivním rozsahu, čímž se snížila spotřeba paliva a emise výfukových plynů. Podle výzkumu může být optimalizací provozního rozsahu motoru spotřeba paliva hybridních konstrukčních strojů snížena o 20% - 40% ve srovnání s tradičním stavebním strojem a emise znečišťujících látek, jako jsou oxidy dusíku (NOX) a částice (PM), lze také snížit.
Miniaturizace motoru: Protože elektrický motor může v případě potřeby poskytnout další energii, může hybridní konstrukční stroje používat menší motory. Menší motory mohou za určitých podmínek pracovat efektivněji, a pokud není vyžadován vysoký výkon, je rychlost zatížení motoru relativně vyšší, čímž se zlepšuje spotřebu paliva. Například určitý hybridní nakladač používá motor o jednu velikost menší než u tradičních nakladačů. V kombinaci s pomocí elektrického motoru může splňovat různé provozní požadavky a zároveň snížit spotřebu paliva přibližně o 15%. Miniaturizace motoru pomáhá nejen ušetřit energii, ale také snižuje hmotnost a objem samotného motoru, což snižuje výrobní náklady a provozní náklady na zařízení.