混合动力挖掘机
混合动力液压挖掘机的特点及应用分析
混合动力液压挖掘机 主要采 用油电混合的动力驱 动系统 ，小负载工况下 由柴油机驱动发 电机 向储 能元 件蓄能 ，在大负载工况下将储存 的能量 释放 出来驱动 电机 。作为辅助动力单元与柴油机一起满足峰值 负载 功率 的要求 ，或者用 电机直接驱动液压 系统 ，达到柴 油机输出功率和扭矩 的均衡控制 。通过用功率较小 的 柴油机来驱动大吨位挖掘机 ，柴油机始终处于高效运 行状态 ，实 现 了混合 动 力液 压挖 掘 机 高动 力 、高 效 率 、高 回报 、高功能 ，低噪声 、低震动 、低油耗 、低 排 放的特点 。
１ 混合 动力 液压挖 掘 机 的技术 特点 混合动力液压 挖掘机 同时装备 内燃 机驱 动系统 、 辅助 动力单元 和储 能装 置 ，将动力 系统 与储存 元件以 不 同方式结合 ，实现性能 的 良好 匹配和控制策 略、控 制算法优化 ，在 内燃机驱动 的同时进行 能量 的 回收和
混合 动 力 液压 挖 掘 机 的特 点 及 应 用 分析
张远深 ，刘斌斌 ，王书武 ，沈欢 ，张春
（ 兰州理 工 大学 能源 与动 力工程 学院 ，甘 肃 兰 州 ７ ０ ５ ） ３ ０ ０
摘要 ：分析了混合动力液压挖掘机不 同的结构 形式 、工 作原理 、技术特点 及应用领 域 ；提 出了混合动力 液压挖掘 机存 在 的研 究难 点 ；并展望其应用前景 。 关键词 ：混合动力 ；液压挖掘机 ；发动机 ；发 电机／ 电动机 ；储能装置
随着 能源短缺和环境污染问题 日趋严重 ，人们的 环保 意识 日益增强 ，国内外对工程机械 的能源消耗及 尾气 排放等限制愈加严格 ，开发研制环保节能型产品 现 已成 为工 程机械发展的趋势。鉴于混合动力 技术在 汽车上的成 功应用 ，近年来 国内外著名工程机械生产 厂家将研究 开发转 向了混合动力系统 ，混合动力系统 已成 为工程 机械节能降耗 、降低 排放的的重要研究方 向之 一 。 卜
液压挖掘机节能措施及混合动力系统方案
亿 公 升 的燃 油 ，相 当于 减少 了 ３ ６万 吨二 氧 化碳 的 排 ７
放 。目前 我 国挖 掘 机行业 面 临着 能源转 换效 率较 低 、 环
境污 染 严重 等 问题 ，这 给工 程机 械 行业 的节 能 降耗 带
１１ 发 动机—— 液 压 泵 匹配 节能控 制 系统 ．
时期 ，如何 通 过 发展 低 碳经 济 实 现生 产方 式 的转 变 已
成为 社会 各界 的共 识 。近年来 ， 随着基 础设施 建 设力 度 在全 国各地 的 日益 加 大 。中 国挖 掘 机 市场 进 入蓬 勃 发 展 阶段 。据 统 计 ， 目前 全 国挖掘 机 拥有 量 近 １０万 台 ， ０
一
已经 达 到 ３ ２亿 多 吨标 准煤 ， 原油 进 口对 外 依存 度 达 到
５ ％左右 。石 油 消费 主要领 域是 石油 化工 。 通运 输 和 ５ 交 工程 机械 等 。工 程 机械 。 特别 是挖 掘机行 业 的原 油消 费 是 不 可忽 视 的一 个 重要 方 面 。如 何坚 持 节 能 、 环保 、 低 碳 工程 、 用 新 的纯 净 绿 色可 再 生能 源 系统 ． 应 已经 成 为 挖 掘机 行业 发展 必须 面对 的课 题 。
程度 上抵 消 了采 用这种 技术 所能取 得 的节 能效 果 。
这 种 系统 的另 一个 缺点 是 ， 由于能 量转换 环 节 多 ， 导 致 系统 趋于 复杂 ．技 术要 求 也相 应提 高 ，如 电池 寿
是 指 采 用 这 种 措 施 可 以使 液 压 泵 按 负 载所 需 提 供 能 量 ，尽 量减 少 液压 泵输 出的多 余 能量 。 目前 主要 有 负 流 量 控制 、 流 量控 制 和 负 载敏 感 控 制 等 方 法 。 负 流 正
工程机械中混合动力关键技术分析
工程机械中混合动力关键技术分析部分，最后总结论文。
提纲一：混合动力的概念和特点工程机械是现代建筑中不可缺少的一部分，混合动力作为一种新型动力技术，近年来受到越来越多的关注。
混合动力具有高效、低排放、低噪音等特点，在工程机械中应用也越来越广泛。
本文将从以下几个方面对混合动力进行概述：1. 混合动力的概念和分类混合动力是指以两种或两种以上的动力源（如内燃机、电机、氢燃料电池等）为驱动力的动力装置。
混合动力根据能量转换方式和驱动形式的不同，可以分为串联混合动力和并联混合动力两种。
2. 混合动力的特点与传统动力源相比，混合动力在能量利用、污染排放、噪音等方面具有以下特点：（1）能量利用高效：混合动力通过内燃机和电机的配合使用，充分利用了两种动力源的特点，实现了能量的高效利用。
（2）污染排放低：混合动力采用了电机辅助驱动的方式，使得内燃机的负荷得以减轻，从而实现了污染排放的降低。
（3）噪音低：由于采用了电机辅助驱动的方式，混合动力在运行过程中噪音较小，不会影响周围环境和人们的生活。
提纲二：混合动力在工程机械中的应用随着混合动力技术的日益成熟，越来越多的工程机械企业开始将混合动力技术应用于其产品中。
本文将从以下几个方面对混合动力在工程机械中的应用进行分析：1. 混合动力挖掘机混合动力挖掘机是应用较为广泛的一种混合动力工程机械。
混合动力挖掘机采用电机辅助驱动的方式，能够实现高效的工作状态，同时具有低噪音、低排放等优点。
2. 混合动力装载机混合动力装载机是应用范围较小的一种混合动力工程机械。
混合动力装载机的应用主要集中在短途运输等领域，具有高效、低噪音、低排放等特点。
3. 混合动力压路机混合动力压路机是近年来应用较为广泛的混合动力工程机械之一。
混合动力压路机采用电机辅助驱动的方式，能够大幅度降低车辆噪声和尾气排放，同时对环境污染更少。
提纲三：混合动力工程机械的关键技术要素混合动力工程机械具有高效、低排放、低噪音等特点，但其在实际应用中面临着多种技术问题。
基于CPR网络的全液压混合动力挖掘机
器 回收挖 掘机 直线运 动势 能 ， 决 了现有挖 掘机 的传动 效率和 能量利 用 率低 的 问题 。 解 关键 词 ： 液压挖 掘机 ； 能技 术 ； 节 混合动 力 ； 能量 回收
ｏ ｏ ｎ ｃ ｍｍｏ ｒ ｓ ｕ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ａ ｌ ｅ ｗｏ ｋ
ＪＡＮＧ Ｊ． ａ ，ＹＵ Ａｎ ｃ ｉ一，Ｓ Ｉ ｉｈ ｉ — ａ ＨＥＮ Ｗ ｅ ｉ，
．
（． １ 哈尔滨工业大学 机 电工程学院 ， 黑龙江 哈尔滨
１０ ８ ； ． ５０ ０ ２ 浙江大学 ， 浙江 杭州
３０ ２ ） １０ ７
摘
要 ： 对挖 掘机 运行过 程 中所产 生的能量损 失 ， 针 分析 了现 有全 液压 挖 掘机 系统 的优缺 点 ， 综述 了挖
掘机 节能技 术的发展 状 况。依据 液压 泵／ 马达 （ 次元件 ） 象 限工作 特 性和 液 压 变压 器的特 点 ， 立 了基 二 四 建
近年来 ， 随着世 界范 围 内工业 技术 的发展 ， 能源短 缺和环 境污染 问题 日趋严重 。挖掘 机耗油 高 、 排放 差 ， 其节能 和减排 问题不 容忽视 。挖掘机 的节 能研究有 助 于降低 系统 的发 热 ， 化系统 设计 ， 高系统 设备 的可 简 提 靠性 和工作 寿命 ， 降低 系统 的装 机功率 ， 从而 在一定程
４４
液压 与气动
２１ ０ ０年压 混 合 动 力 挖 掘 机 Ｐ
姜继 海 ，于安 才 ， 沈 伟
Ｔ ｅ ｒ ｖｅ ｆｆ ｌ ｈ ｄ ａ ｌ ｙ ｒｄ ｅ ｃ ｖ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｈ ｅ ｉ ｗ ｏ ｕｌ ｙ ｒ ｕ ｉ ｈ ｂ ｘ ａ ａｏ ａ ｅ ｃ ｉ
液驱及电动混合动力在挖掘机的运用(上)
混合 词来 源于希腊 语 ， 思是 ” 种物体 的混合或 一 意 两
神钢 和 日立 建机 为代表 的串联混合 动力驱 动方式和 以小 松、 新卡特 彼勒一 —三菱 为代 表的并联 混合 动力驱动方式 ， 而结 构设计更加 复杂的混联式混合动 力系统还没有成 熟应用。 ２ ０ 年 ５ ， 松研 制 出了世界上 第一 台混 合动 力液 压 ０４ 月 小
载时输 出不足 的缺 陷 同时节约了剩余 的动力＿ 通过 安装动力
转换装 置这种未来 型挖掘机在减 少燃料消耗 及排放气体 方面
图１串联 式电动混合动力系统
图２并联式 电动混合动 力系统
图３混联静 液传动混合动力系统
７ Ｃ Ｔ ０ ０１ ２ Ｍ Ｍ ２ １．０
实现了长 足发 展 ， 并且 加强了能源的有效 利用 （ 图６、 ） 见 图７ 。 凯斯 公司在法国工程机械 展 （ ｔ ａｔ 上展 出了与 日本的合 １ ｅｒ ｎ ｍ ） 作 伙伴 住友公司最新 研制 的ＣＸ １ Ｂ ２ 混合 动力挖掘机 回转采用 电机驱 ０ 动 ． 接可储 存 电能的超级 电容 器。 连 与传统 的蓄 电池相 比， 超级 电容 器 可 直接储 存 电力。 混合 动力电动 回转马达在回转减速 时还 可充 当发 电
偏大 燃油经济性 差。 如果按 平均 功率选 择柴油机 ． 容易造成
发动机 过 载 ． 柴油机 经 常过热 。 解决 这 些问题 ． 为 国外 各著 名工程机械 生产厂 家普遍将研 究开发 方向转向了混合动 力系
统
１电动混 合 动 力系 统
根 据原 动机 配置形 式 的不同 ， 电动混合 动力可分 为串联
图４小松 混合动力挖掘机 配置
彻底消 除阀 内的节流 损失 同时可 以对 回转 动能 、 工作装 置 的重 力势 能等进 行 回收。 松 、 小 神钢 等公 司采用的就 是 这种 方案 。 这种 方案 的 最大缺 点 是 由于能量转换 经历 了柴油 机 、 电机 蓄电池 、 发 电动机 、 液 压 泵 、 压 缸 、 压 马达 等 多个 环 节 ， 液 液 每一 个环 节 都 存 在 能量 损 失 因此导致 整个 转换过 程中的能量损 失较 大 从 而在一定程 度上 抵 消 了采 用这 种技术所 能取得 的节能效果 。 这种系 统的另一 个缺 点 是 由于 能量转换 环节 多． 导致 系统趋 于 复 杂 技术要 求也 相应 提高 ， 电池 寿命 、 如 电源转 换 效率 、 重量 、 靠 可 性 等， 有待 进一 步提 高 。 都 此外 电动 混合 动力技 术使挖 掘机 动力系 统从 结构 上发 生了根 本变化 ， 对整个挖 掘机 制造体 系影 响巨大 ， 而 从 造 成生 产成 本 的上 升。 些缺 点 无疑 严 重制 约 了ห้องสมุดไป่ตู้动混 合 动 力技 术 这
挖掘机混动技术
挖掘机的混合动力技术
1、油电混动，主要是指回转制动的动能回收到一个电容器，作为电能储备，达到需要的电压后供给电机完成下一次回转工作，电压不够的情况下还是用液压马达驱动，达到节能效果，节能效率在10%左右。
这个方案市场上已经有产品应用，如日立ZH200。
2、油液混动，动臂下降的势能经再生阀回收到蓄能器，供下一次动臂举升时的液压能，达到节能效果，节能在10%左右，这个技术也已经有产品应用，如SWE500SES。
3、油电混动-发动机+电池，这方面的技术暂时市面上没有在销售的可靠性产品，但多主机厂早以进行研发实验。
混合动力液压挖掘机模拟试验台设计
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１ 熊鳇鏊堡 堡皇 皇 ｃ Ｎ 线 窒 垫！ｌ Ａ 总
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编程效率 和可读性 、 移植性 要 远远 高 于其 它 汇编语 可 言 。ＭＡ Ｌ Ｂ语 言还 可 以容 易 再 现 Ｃ语 言 几 乎全 部 ＴＡ
研 究方 向之 一 。而 研 究 设 计 开 发 功 能 强 大 的混 合
理方 式 ， 能量 回收 效 率有 重 要 影 响 。通过 模 拟 试验 对 台实 现不 同的控 制策 略 和控 制 算 法 的试 验 ， 各 种策 对 略和算 法下 的能 量 回收 效 率进 行对 比 和分 析 ， 求最 寻 优 的控 制策 略和算 法 。 同时将 通过 仿真 软件开 发 出来
性 ， 模拟 试验 台主要 研究 内容 包括 ： 该
来参 与辅 助驱 动 ， 释放 的速 度决 定 了整 机 的工作性 能 。
通过 对储 能 装 置 功 率 密 度 和 能 量 密 度 等 特点 进 行 试 验， 研究 再 生 能 量 在 辅 助 整 机 工 作 过 程 中 如 何 保 证
ａ 由发 动机 作 为 主动 力 源 。 因为 电 动 机具 有 较 高 的 ， 可控 制性 ， 该设 计方 案用 以得到 电动机 作 为混 合 动力 理想动力 源 的外 特性 和 万有 特性 ， 过 和发 动 机作 为 通
动力源所得 外特性 和 万有 特性 进 行 比较 ， 于研 究 控 便
配 ， 直观 的研究 混合 度对混合 动 力系统 的影 响 。 更
（ ）混 合动 力系统 的控制 策 略和控 制算法 。控制 ２
策略 和控制 算法 直接决 定着 系统 动力和 能量 的分配管
基于混合动力液压挖掘机的特点及其实际应用研究
随着 石 油 资 源 的 日益 紧 缺 以及 电 力技 术 的 日益 进 步 ， 目前 ， 油 电混 动 力 液 压 挖 掘 机 ， 并联混合动力液压挖 掘机具有系统 简单、 耗 费 成 本 低 合 技 术 得 到 了越 来 越 Ｊ 泛 的认 可 。尤 其 在 大 型 工 程 机 械 设 备 中 ， 油 电混
【 文章编号 】 １ ０ ０ ４ — ７ ３ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ ３ ０ １ — ０ ２
基于混合动力液压挖掘机的特点及其实际应用研究
刘 和 余
［ 日立建 机 （ 中 国） 有 限公 司 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ０ ］
摘
要： 混合动力是 指油 电混合或者 油液混合作 为动 力。但 在大部分情况 下， 混合动力是 指油 电混合 。目前大多数混合动 力液压
挖掘机使 用的都是油 电混 合技术 。混合 动力液压挖掘机 的类型Байду номын сангаас要包括 并联混合动 力液压挖 掘机 、 串联混合动力液 压挖掘机 以及混 联混合动 力液压挖掘机 。混合动力液压挖 掘机与普通挖 掘机相 比， 具有 动力足 、 节 能性 好、 更环保 、 效率高、 性能强 、 噪音 小等特 点 。正 是这些特 点使得混合动 力液压挖掘机在 实际应用 中越 来越 广泛 ， 例如 神钢液压挖 掘机 以及 小松 混合动 力液压挖掘机 等。本文主 要分 析通过 并联、 串联 式 以 及 混 联 式 三 种 混 合 动 力 液 压 挖 掘 机 的 特 点及 实 际 应 用 来 研 究 基 于 混 合 动 力 液 压 挖 掘 机 的 特 点 及 其 实 际应 用 。
ｌ 混合 动力 液压 挖掘机
混合动力挖掘机
基于混合动力技术的液压挖掘机节能方案研究王冬云,潘双夏,林 潇,管 成(浙江大学 机械与能源工程学院，浙江 杭州 310027)摘要:为了进一步提高液压挖掘机的节能效果，提出了以混合动力源代替传统单一柴油机动力系统的新型节能方法。
通过分析液压挖掘机的工况特点和发动机工作点波动情况，证明了混合动力技术在液压挖掘机节能中的必要性和可行性。
建立了5t级串、并联混合动力挖掘机的仿真模型，并以采集的同等级动力配置的液压挖掘机工作负载作为仿真的载荷谱。
以模型仿真和试验测试为研究手段，对比分析了原型系统、串/并联混合动力系统的节能效果、系统成本和动力性能，提出了并联式混合动力系统是目前最适合液压挖掘机的节能方案的结论。
仿真和试验结果表明该方案能进一步提高液压挖掘机的节能效果。
关键词:混合动力;串联/并联;液压挖掘机;节能中图分类号:TH137 文献标识码：AResearch on the energy saving scheme of hydraulic excavator based on hybrid technologyWANG Dong-yun,PAN Shuang-xia,LIN Xiao,GUAN Cheng(Mechanical and Energy Engineering School, Zhejiang University, Hangzhou, 310027,China)Abstract: In order to further improve fuel efficiency of hydraulic excavators, a new energy saving scheme that the hybrid power source replaces the conventional single diesel engine is proposed. After the load condition of the hydraulic excavators and the distribution of the engine working point were studied, the necessity and feasibility of hybrid technology for hydraulic excavator are demonstrated. The matlab/Simulink Models of the two kinds of hybrid excavators are developed which use the load data collected from a real 5t excavator as the load input. Based on the simulation and experiment methods , the energy saving effect ,manufacture cost and power performance of the three kinds of power train systems are compared. The results show that the parallel configuration is the most suitable technology for hydraulic excavator energy saving. It can achieve the goal of higher fuel efficiency and better system performance.Key words: hybrid power train; series and parallel; hydraulic excavator; energy saving0引言伴随温室效应带来的全球升温现象，节能减排已经成为工程机械领域研究的迫切问题。
混合动力液压挖掘机节能的研究
发了Ｅ Ｏ ｘ７ Ｂ混合 动 力挖 掘机 ，其节 能 效 果在 ２ ％ ５
～
４ ％ 之 间 。２ ０ ０ ０ ６年 和 ２ １ ０ ０年 日本 神 钢 分 别 开
发了 Ｓ ０ Ｋ７ Ｈ试 验机 和 Ｓ ８ Ｈ 混合 动力挖 掘机 ，据 Ｋ０
验。
目前 国 内外 很 多 挖 掘 机 厂 家 和 科 研 单 位 都 对 混合 动力挖 掘机 进行 了研 究和开 发 ，并 且有 一部 分 厂家 已经 推 出了相关 机型 。
随着 同外 混 合 动 力 挖 掘 机 的推 出 ，国 内厂 家 和科研单 位也 纷纷加 入 了混 合动 力系统 的研究 ，有
型 混 合 动力 挖 掘 机 ，其 节 能效 果 ２ ％左 右 ； 工 ０ 柳
推 出 了 ９ ２ ｈ ｂｉ 混 合动 力挖 掘机 ，其 节 能效 ２ Ｄ ｙ ｒ ｄ型 果 为 ３ ％ 左 右 。另 外 德 尔 重工 （ 州 恒 天 ）还 推 ０ 徐 出 了 Ｄ Ｒ ２ — Ｈ 型油 液混 合动 力挖 掘机 ，利用 蓄 Ｅ ３３ ８
Ｓｔ ｙ ｏ ａ ｉ ｎｅ ｇ ｆｈｙ ｒ ｄ ｈｙ ａ ｌｃｅ ｃ ｖ ｔ ｒ ｕｄ ｎ ｓ ｖ ｎｇ ｅ ｒ ｙ ｏ ｂ ｉ ｄｒ ｕ ｉ ｘ ａ ａ ｏ
ｗ Ｕ Ｗｅ — ａ ，ＫＥＪａ ，Ｌ ｅ，ＱＩ Ｊａ ｎｈｉ ｉｎ Ｉ ｉ Ｐ Ｎ ｎ ｉ
我 国科 技 部 ２ ０ ０ ８年 组 织 了 “ 十一 五 ”８ ３计 ６
９ ０
建荒 缸娥
２ 主 要 原 理
混合 动力 挖 掘机 按 动力 混合 的种类 有油 电混合 和油液混合两类 ，油电混合动力 为发动 机和 电池 （ 或 超级 电容 ）提供动力 ； 液混合动力 以发 动机 和蓄能 油
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基于混合动力技术的液压挖掘机节能方案研究王冬云,潘双夏,林 潇,管 成(浙江大学 机械与能源工程学院，浙江 杭州 310027)摘要:为了进一步提高液压挖掘机的节能效果，提出了以混合动力源代替传统单一柴油机动力系统的新型节能方法。
通过分析液压挖掘机的工况特点和发动机工作点波动情况，证明了混合动力技术在液压挖掘机节能中的必要性和可行性。
建立了5t级串、并联混合动力挖掘机的仿真模型，并以采集的同等级动力配置的液压挖掘机工作负载作为仿真的载荷谱。
以模型仿真和试验测试为研究手段，对比分析了原型系统、串/并联混合动力系统的节能效果、系统成本和动力性能，提出了并联式混合动力系统是目前最适合液压挖掘机的节能方案的结论。
仿真和试验结果表明该方案能进一步提高液压挖掘机的节能效果。
关键词:混合动力;串联/并联;液压挖掘机;节能中图分类号:TH137 文献标识码：AResearch on the energy saving scheme of hydraulic excavator based on hybrid technologyWANG Dong-yun,PAN Shuang-xia,LIN Xiao,GUAN Cheng(Mechanical and Energy Engineering School, Zhejiang University, Hangzhou, 310027,China)Abstract: In order to further improve fuel efficiency of hydraulic excavators, a new energy saving scheme that the hybrid power source replaces the conventional single diesel engine is proposed. After the load condition of the hydraulic excavators and the distribution of the engine working point were studied, the necessity and feasibility of hybrid technology for hydraulic excavator are demonstrated. The matlab/Simulink Models of the two kinds of hybrid excavators are developed which use the load data collected from a real 5t excavator as the load input. Based on the simulation and experiment methods , the energy saving effect ,manufacture cost and power performance of the three kinds of power train systems are compared. The results show that the parallel configuration is the most suitable technology for hydraulic excavator energy saving. It can achieve the goal of higher fuel efficiency and better system performance.Key words: hybrid power train; series and parallel; hydraulic excavator; energy saving0引言伴随温室效应带来的全球升温现象，节能减排已经成为工程机械领域研究的迫切问题。
传统的节能方法主要集中于液压系统的改进和发动机与负载的功率匹配两个方面。
其中液压系统改进主要通过电液比例控制技术，提高液压系统性能实现节能目标。
前后出现过正流量控制系统，负流量控制系统，负荷传感控制系统等。
日本小松用于其著名的PC系列挖掘机上的OLSS[1](open center load sensing system)系统即是负流量控制系统的典型应用。
负荷传感控制系统的典型产品有Linde公司的VW系列同步阀[2]和Rexroth公司的LUDV阀[3]。
随着电液比例控制技术的进步，液压挖掘机的节能效果得到了显著的提高，目前液压系统效率已经高达80%。
但是其整机效率仍然处于瓶颈之中，并且已很难通过调整液压系统来进一步提升工作效率。
发动机与负载的率匹配研究[4]是很有前景的研究方向，主要是通过调节发动机油门和液压泵排量来实现功率匹配，从而实现节能。
然而由于传统挖掘机的固有动力结构很难实现全局功率匹配，要进一步大幅提高整机燃油效率，必须对挖掘机的动力结构做重新审视。
近年来，汽车节能控制领域兴起了采用混合动力的设计方法，并已经生产出了民用化的混合动力汽车。
其典型代表有本田的insight，丰田的prius。
尤其是本田insight，其手动五档变速车创造了3L 汽油行驶105km的纪录。
混合动力技术在汽车上的成功应用给各个领域的节能和环保研究注入了新的生机。
尤其在工程机械领域，传统的液压挖掘机节能技术遇到瓶颈，应用传统的节能方法已很难在节能效果上取得突破。
国外多家大型挖掘机研究机构和制造厂商已经开展了一系列有关混合动力液压挖掘机的研究，并在系统结构、控制策略、整机配置上取得了一定的进展[8-12]。
而国内由于受到相关技术的制约，基于混合动力设计方法研究液压挖掘机的节能控制尚处于起步阶段[11]。
本文重点研究混合动力技术在液压挖掘机上的适用性，提出了串/并联混合动力结构，并对其节能效果、系统成本以及动力性能进行了深入对比研究。
文章第2部分研究了混合动力技术在挖掘机上的适应性，第3部分研究了混合动力结构，第4部分以台架试验和仿真研究为基础对串、并联混合动力结构与普通挖掘机三者进行了对比研究，第5部分是结论。
1液压挖掘机工况分析及混合动力技术适用性研究1.1 液压挖掘机工况分析本节重点阐述混合动力技术在液压挖掘机上的适用性。
液压挖掘机由行走机构、回转平台、动臂、抖杆、铲抖、行走马达等工作装置组成，是一种集机、电、液和控制于一体的复杂系统。
原型系统连接结构如图1所示。
挖掘机工作呈现循环往复的周期性特点，如挖掘过程由挖掘、动臂提升、满抖回转、卸料、动臂下降，空抖回转等动作组成，每个动作又由多个关节复合完成。
表 1所示为挖掘机一个典型工作循环作业过程，其中黑色阴影表示关节处于工作状态，白色表示处于停止状态，它不仅给出了一个挖掘循环中的时间分配，而且反映表了各关节复合工作的全过程。
由于各关节工作所需的功率相差很大，且挖掘时土壤情况复杂，所以挖掘机工作时泵的出口压力波动剧烈，导致柴油发动机输出的功率波动范围很大，如图 2所示，为采集的5t液压挖掘机在挖掘和平整两种工况下泵出口压力的波动曲线。
由于发动机与液压泵直接机械联接，泵出口压力的波动将直接导致发动机供工作点的变化，如图 3 所示为两种工况对应的发动机输出功率波动曲线，图 4为普通 5 t 挖掘机发动机转速波动曲线，重载挖掘时设置发动机在重载工作模式，场地平整时设置发动机工作在中载模式。
图 5 为ZN485Q柴油发动机的万有特性曲线，其中的调速曲线AA’, BB’ CC’,DD’分别对应普通挖掘机的重载,中载,轻载和怠速四种工作模式，‘ge’为柴油机的最经济油耗曲线，a,b,c三点分别对应相应工作模式下的最经济油耗点。
以重载模式为例，重载挖掘时，由于发动机本身的调速特性，其工作点分布于AA’上，从图3(a)中发动机输出功率波动情况和图4(a)中发动机转速波动情况可知发动机的大部分工作点位于油耗率较低的A’附近(油耗率为300-350g/kwh 之间)。
如果发动机工作点被控制在a 点附近，油耗率为230g/kwh左右，燃油效率将明显提升。
图1 传统液压挖掘机结构图表1 挖掘机作业循环过程50 1001502002500 51015 20P /M P a t/s(b)场地平整 50 1001502002503003500 5101520t/sP /M P a (a) 重载挖掘图2 5t 液压挖掘机泵输出压力变化谱0 50 10015020001020 30t/s(a) 重载挖掘 N /k w 0 50 1001502002500 102030t/s N /k w (b) 场地平整图3 不同工况下液压挖掘机输出功率（a ） 重载挖掘0 501001502002503003501800190020002100t/s s p e e d /(r .m i n -1)(b) 场地平整图4 普通5t 挖掘机重载挖掘工况下发动机的转速波动曲线图5 ZN485Q柴油发动机万有特性曲线1.2 混合动力技术在挖掘机节能应用适应性研究采用何种节能控制方法提高发动机实时工作点与最经济油耗线的拟合度，是液压挖掘机节能研究的一个重要方向。
混合动力技术是否适用于液压挖掘机主要从以下几个方面衡量：(1)是节能效果，(2)是是否影响挖掘机的动力性能，(3)是成本增加幅度。
这里首先对混合动力挖掘机节能的可行性进行初探。
由上一节对挖掘机的工况分析可知，普通挖掘机的燃油效率低主要是因为负载的频繁剧烈波动导致发动机工作点不稳定且大部分分布于高油耗区域。
混合动力技术通过多动力源组合，特性不同的各个动力源相互弥补，实现高效的整体工作特性。
混合动力挖掘机采用柴油发动机、电动机和NIMH电池组三者作为动力源。
采用电动机与动力NIMH电池组的辅助动力源具有功率密度高、速度特性好的优点，能弥补柴油发动机速度剧烈波动时效率低、动力特性欠佳的缺点，在发动机与负载之间起削峰填谷作用，从而缓和发动机负载的波动，稳定其转速。
图6为试验台采集的5t串、并联混合动力挖掘机在重载挖掘工况下发动机的速度波动曲线。
可见采用混合动力技术使发动机的转速波动限制在很小的范围，在较大的程度上稳定了发动机的工作点，发动机工作点的稳定以及转速波动的减少将大幅度提高发动机的燃油效率。
另外需要说明的是由于混合动力系统增加了电动机和动力电池组的能量转换环节，这将影响整机燃油经济性，但是随着材料科学以及电力电子技术的进步电池组和电机的能量转换效率都达到很高的水平，根据合作单位提供测试数据动力NIMH电池的充电效率达到72%，而电机的效率更在90%以上。