ГлавнаяНовости и обзоры → Гибридные экскаваторы. Каким технологиям отдают предпочтение производители?
23 ноября 2017

Гибридные экскаваторы. Каким технологиям отдают предпочтение производители?

В данном материале речь пойдет о гибридных технологиях, которые сегодня используются при создании экскаваторов. Отметим, что в разработках ведущих мировых производителей есть существенные отличия. Какие именно, расскажем дальше

Что такое "гибрид"?

Применительно к современному рынку землеройной техники термин "гибрид" означает, что помимо дизельного двигателя экскаватор оснащается комплектом устройств, способных преобразовывать энергию, полученную при выполнении рабочих операций. В течение смены экскаватор в каждом цикле повторяет одни и те же действия (осуществляется поворот надстройки, подъем и опускание стрелы и т.д.), а это означает, что процессы разгона и торможения многократно повторяются. Это дает широкие возможности для рекуперации энергии, которая или аккумулируется, или немедленно используется.

Какие варианты существуют?

Гибридный экскаватор Komatsu третьего поколения HB3650LC-3Источник фото: istk.ruГибридный экскаватор Komatsu третьего поколения HB3650LC-3

Решения, которые активно применяются на рынке автотранспорта, не совсем подходят для сегмента землеройной техники. Так, при разработке гибридных автомобилей используют равноправное объединение ДВС и электродвигателя (в результате получают так называемые "полные гибриды"). В случае со строительной техникой ДВС остается главным силовым агрегатом, а электродвигатель играет вспомогательную роль.

"Неполные гибриды" также существуют в нескольких вариантах. Размещение ДВС и электродвигателя может быть параллельным (в этом случае они работают одновременно, дополняя друг друга) или последовательным (механическая энергия ДВС преобразуется в электрическую энергию генератора, после чего снова переходит в механическую). При производстве экскаваторов предпочтение отдается первому способу, "последовательные гибриды" встречаются в сегменте бульдозеров и погрузчиков.

Если сравнивать экскаваторы и, например, фронтальные погрузчики, то здесь можно найти и другое значительное отличие: в первом случае в основном используется энергия, вырабатываемая при повороте платформы машины, во втором - аккумулируемая при торможении машины.

Как это работает?

Несмотря на схожесть основных принципов, каждый из производителей гибридных экскаваторов ведет собственные разработки, результаты которых могут значительно отличаться. Так, если в технике Komatsu энергия механического движения (если быть более точным, то инерции движения) используется для приведения в действие электродвигателя поворота, то компания Caterpillar не стала отказываться от классического гидромотора. Но в любом случае за оптимальным распределением и направлением потоков энергии следит электронная система управления.

Komatsu: будущее за электромоторами

Гибридный экскаватор Komatsu второго поколения HB215LC-2Источник фото: komatsu.euГибридный экскаватор Komatsu второго поколения HB215LC-2

Компания Komatsu, которая представила свою первую разработку в сфере гибридных технологий в 2008 году, успела выпустить уже несколько поколений инновационных экскаваторов. Объединяет их то, что гидромотор поворота, который используется для вращения надстройки в стандартных моделях, в гибридных заменен на электромотор. В число "гибридных компонентов" также входят мотор-генератор (способен работать в режимах генератора или электродвигателя, расположен между дизелем и гидронасосом привода рабочего оборудования), инвертор (его задача - преобразовывать переменный ток в постоянный) и конденсатор.

Кратко опишем механизм работы "гибрида". После отключения мотора поворота, его вращение продолжается под действием инерции поворачивающейся надстройки. Получаемая генератором энергия через инвертор поступает в аккумулирующий конденсатор, после чего используется для двух целей. Во-первых, она может направляться обратно в электромотор поворота для придания ускорения надстройке. Во-вторых, с ее помощью увеличивают мощность двигателя (мотор-генератор, соединенный с ДВС, начинает работать как электромотор), также становится возможным быстрее набирать требуемые обороты и снижать нагрузку на дизель за счет вспомогательного питания гидронасосов.

К сказанному можно добавить, что на гибридных экскаваторах Komatsu устанавливаются дизельные двигатели меньшего типоразмера, чем на стандартных машинах: требуемым уровнем мощности машину совместно обеспечивают дизель и электродвигатель. Также стоит отметить, что такие компоненты, как шасси, гидросистема, рабочее оборудование, аналогичны тем, что используются в обычных моделях.

Caterpillar: гидромотор - надежная классика

Первый гибридный экскаватор Caterpillar - модель 336E HИсточник фото: cat.comПервый гибридный экскаватор Caterpillar - модель 336E H

Поиски оптимального решения американские конструкторы начали в 2009 г., и в итоге было решено остановиться на технологии, отличной от той, что применяет Komatsu. На данный момент компания Caterpillar использует гидравлический способ аккумулирования кинетической энергии. Специалисты руководствовались несколькими соображениями: доработка гидравлического оборудования не так значительно увеличивает стоимость техники, к тому же можно избежать излишнего, по мнению производителя, усложнения конструкции. Также отмечается, что в число дополнительных затрат добавляется лишь обслуживание гидроаккумулятора (периодичность ТО такая же, как у гидроцилиндров стрелы).

Премьера первого гибридного экскаватора Caterpillar состоялась в 2013 г. Гидромотор поворота, который был сохранен в конструкции машин, получает питание от гидронасоса. Когда оператор отпускает рычаг, ответственный за включение функции поворота, и питание перестает поступать в гидромотор, вращение надстройки замедляется, но еще некоторое время она движется по инерции. Одновременно продолжается вращение гидромотора, который в это время начинает работать в режиме насоса. До этого момента перечисленные процессы аналогичны тем, что происходят в стандартных экскаваторах. Но далее есть существенное отличие: обычно поток масла останавливается в выключенном гидронасосе системы, и в результате создаваемого сопротивления гидромотор останавливается, а получаемая кинетическая энергия превращается в тепло и рассеивается. В случае же с гибридными экскаваторами поток масла направляется через специальный клапан SERV на зарядку азотного аккумулятора, а затем - на привод гидромотора поворота.

Разработка 2015 года - гибридный экскаватор 336F L/LN XEИсточник фото: cat.comРазработка 2015 года - гибридный экскаватор 336F L/LN XE

В состав "начинки" экскаваторов Caterpillar входит также гибридный электронный программируемый насос ESP и система адаптивного управления ACS. К их функциям относится обеспечение плавного перехода энергии между двигателем и аккумулятором, а также управление мощностью дизеля. Благодаря установке главного гидронасоса большего типоразмера и, соответственно, увеличению гидропотока, стала возможной более эффективная работа двигателя на низких оборотах.

Другие производители

Свои разработки в данной сфере ведут такие компании, как Hitachi, Volvo и Kobelco. Особенности моделей каждого из производителей описывать не будем, в качестве примера других технологий приведем лишь экскаваторы Hitachi. В данном случае используются сразу два мотора поворота: гидравлический и электрический. Первый отвечает за вращение надстройки, второй выступает в качестве генератора и впоследствии играет роль "помощника" для гидромотора.

Последняя разработка Hitachi - гибридный экскаватор ZH210-6Источник фото: hitachicm.euПоследняя разработка Hitachi - гибридный экскаватор ZH210-6

В завершение отметим, что помимо экономии топлива, гибридные технологии уменьшают вредное воздействие на атмосферу и уменьшают уровень шума. И чем больше и энергичней вращается надстройка экскаватора, тем больше электроэнергии вырабатывается.

Заметили ошибку? Выделите участок текста и нажмите Ctrl+Enter, чтобы оповестить редакцию сайта.
Подписаться на новости
рынка спецтехники
Подписаться