در زمینه ماشین آلات ساخت و ساز ، فناوری هیبریدی به سرعت در حال ایجاد انقلابی است و به محوریت رقابت شدید بین بنگاه های مختلف و بحث های داغ در بین کارشناسان صنعت تبدیل می شود. می توان آن را به عنوان عزیز جدید صنعت در نظر گرفت. از فعالیت های شلوغ در سایت های ساختمانی گرفته تا ساخت و سازهای بزرگ در معادن ، وجود ماشین آلات ساختمانی ترکیبی به طور فزاینده ای رایج می شود. در برابر پس زمینه هدف کربن دوگانه ، ماشین آلات ساخت و ساز با سوخت سنتی با فشار زیست محیطی قابل توجهی روبرو هستند. ظهور فناوری ترکیبی بدون شک مسیر جدیدی را برای توسعه سبز در صنعت باز می کند.
نه تنها این ، با پیشرفت های مداوم در فناوری ، ماشین آلات ساختمانی ترکیبی به تدریج به عنوان نیرویی که از نظر عملکرد با آن حساب می شود ، ظاهر می شود ، و مزایای بسیاری را نشان می دهد که از تجهیزات سنتی سوخت استفاده می شود. این مسئله برخی از مشکلات دیرینه را که صنعت را به ستوه آورده اند ، حل کرده و خواسته های پیشرفته بازار را در ابعاد مختلفی از قبیل حفاظت از انرژی ، کارآیی و سازگاری با شرایط کار پیچیده برآورده کرده است. این یک نیروی محرک اصلی برای صنعت ماشین آلات ساخت و ساز برای حرکت به سمت توسعه با کیفیت بالا تبدیل شده است.
توضیح نهایی فناوری ترکیبی
اجزای سیستم ترکیبی
سیستم ترکیبی ماشین آلات ساختمانی عمدتاً از اجزای کلیدی مانند موتور ، موتور الکتریکی ، باتری و کنترل کننده تشکیل شده است. موتور ، به عنوان منبع انرژی سنتی ، هنوز هم نقش مهمی در سیستم ترکیبی دارد و باعث تولید برق مداوم و پایدار برای تجهیزات می شود. با این حال ، بر خلاف ماشین آلات ساختمانی سنتی ، قدرت موتور در سیستم ترکیبی به طور کلی نسبتاً کوچکتر است زیرا می تواند با هماهنگی با موتور الکتریکی کار کند. به عنوان مثال ، در برخی از بیل های کوچک هیبریدی ، قدرت موتور در مقایسه با موتور از همان نوع بیل های سنتی ، 20 ٪ {1}} کاهش می یابد ، اما از طریق همکاری با موتور الکتریکی ، هنوز هم می تواند در شرایط مختلف کار نیازهای برق تجهیزات را برآورده کند.
موتور الکتریکی یکی دیگر از مؤلفه های اصلی سیستم هیبریدی است ، که وظیفه تأمین انرژی در هنگام راه اندازی ، عملکرد کم سرعت و شتاب و دستیابی به بازیابی انرژی در هنگام ترمز را دارد. هنگام انتخاب موتور الکتریکی ، عواملی مانند قدرت ، خروجی گشتاور ، کارآیی ، وزن و اندازه ، اتلاف گرما و عملکرد خنک کننده و همچنین سازگاری سیستم کنترل معمولاً مورد توجه قرار می گیرند. به عنوان مثال ، موتورهای همزمان همزمان آهنربای دائمی به دلیل راندمان و چگالی قدرت بالا در ماشین آلات ساختمانی ترکیبی مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ، لودر هیبریدی یک برند خاص از یک موتور همزمان مگنت دائمی استفاده می کند ، که باعث می شود تجهیزات در حین راه اندازی و عملکرد کم سرعت پایدارتر شوند و پاسخ قدرت سریع تری را ارائه می دهند.
باتری ها به عنوان دستگاه های ذخیره انرژی استفاده می شوند که برای ذخیره انرژی بازیابی شده توسط موتور الکتریکی و تأمین انرژی الکتریکی به موتور استفاده می شود. باتری های موجود در سیستم های ترکیبی برای برآورده کردن نیازهای شارژ مکرر و تخلیه و عملکرد طولانی مدت تجهیزات ، نیاز به چگالی انرژی بالا ، عمر طولانی و عملکرد ایمنی مناسب دارند. در حال حاضر ، باتری های لیتیوم یون به دلیل مزایای آنها مانند چگالی انرژی بالا ، طول عمر طولانی و دوستی محیطی ، به انتخاب اصلی ماشین آلات ساختمانی ترکیبی تبدیل شده اند. به عنوان مثال ، برخی از ماشین آلات ساخت و ساز ترکیبی پلاگین مجهز به باتری های لیتیوم یون نه تنها می توانند نیازهای عملکرد کوتاه مدت تجهیزات را در حالت الکتریکی خالص برآورده کنند ، بلکه می توانند در رابطه با موتور و موتور الکتریکی در حالت هیبریدی کار کنند و به طور موثری راندمان مصرف انرژی از تجهیزات را بهبود بخشند.
این کنترلر شبیه به مغز سیستم هیبریدی است ، مسئول مدیریت و توزیع جریان انرژی بین موتور ، موتور الکتریکی و باتری است. این حالت های کار موتور و موتور الکتریکی را در زمان واقعی بر اساس وضعیت عملیاتی تجهیزات ، دستورالعمل های عملکرد راننده و اطلاعاتی مانند سطح شارژ باتری ، دستیابی به توزیع بهینه انرژی تنظیم می کند. به عنوان مثال ، هنگامی که تجهیزات تحت بار سبک کار می کنند ، کنترلر استفاده از موتور الکتریکی را برای کاهش مصرف سوخت در اولویت قرار می دهد. در حالی که در حین کار بار سنگین یا هنگامی که باتری کم شارژ است ، کنترلر موتور را فعال می کند و با موتور الکتریکی برای تأمین برق کار می کند.
تجزیه و تحلیل عمیق حالت های کار
حالت سری: در حالت هیبریدی سری ، موتور مستقیماً ماشین آلات ساخت و ساز را هدایت نمی کند بلکه به عنوان ژنراتور عمل می کند و انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. برق تولید شده تا حدی برای رانندگی موتور الکتریکی استفاده می شود و تجهیزات را قادر می سازد تا عملیات را حرکت یا انجام دهند. قسمت دیگر برای استفاده در آینده در باتری ذخیره می شود. این حالت شبیه به سیستم برق یک قطار برقی است ، جایی که موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی به صورت الکتریکی وصل شده اند ، بدون جعبه دنده مکانیکی ، مزیت تنظیم سرعت انعطاف پذیر را ارائه می دهد و به موتور احتراق داخلی اجازه می دهد تا در شرایط عملیاتی بهینه باقی بماند و در نتیجه باعث بهبود مصرف سوخت شود. با استفاده از لیفتراک هیبریدی سری خاص به عنوان نمونه ، هنگام کار در محیط هایی با نیازهای انتشار زیاد مانند انبارهای داخلی ، موتور برای تأمین موتور الکتریکی برق تولید می کند و موتور الکتریکی لیفتراک را به سمت حرکت می دهد و به انتشار گازهای اگزوز صفر می رسد. در عین حال ، موتور می تواند به طور پایدار در محدوده سرعت کارآمد کار کند و مصرف سوخت در مقایسه با لیفتراک های سنتی 15 ٪ {1}} کاهش می یابد. با این حال ، حالت سری نیز محدودیت های خاصی دارد. با توجه به این واقعیت که تنها موتور الکتریکی در حال رانندگی است ، در شرایط رانندگی با سرعت بالا یا شرایط سنگین ، قدرت ممکن است نسبتاً کافی نباشد و در طی فرآیند تولید برق موتور و سپس رانندگی موتور از دست دادن انرژی وجود دارد که باعث افزایش مصرف سوخت با سرعت بالا می شود.
حالت موازی: در حالت ترکیبی موازی ، موتور و موتور الکتریکی به صورت مکانیکی متصل می شوند ، مانند چرخ دنده ها یا چرخ دنده های سیاره ای ، و می توانند چرخ ها را به طور مستقل یا با هم هدایت کنند. در این حالت ، هنگامی که تجهیزات با سرعت کم یا انجام عملیات بار سبک حرکت می کنند ، قدرت اصلی توسط موتور الکتریکی تأمین می شود. در این زمان ، موتور نمی تواند کار کند یا در حالت عملیاتی کم بار باشد و از این طریق مصرف سوخت و انتشار گازهای اگزوز را کاهش می دهد. هنگامی که تجهیزات نیاز به مسافرت با سرعت بالا یا انجام عملیات بار سنگین دارند ، موتور و موتور الکتریکی با هم کار می کنند تا قدرت کافی را تأمین کنند. این ساختار چندین حالت رانندگی را ارائه می دهد و سازگاری قوی دارد. سیستمهایی مانند E-Assist En General Motors و IMA هوندا همه فناوری قدرت ترکیبی موازی را اتخاذ می کنند. به عنوان مثال ، در لودر هیبریدی موازی یک برند خاص ، هنگامی که سطل بدون بار برداشته می شود ، موتور الکتریکی به تنهایی برای پاسخگویی به تقاضای برق کار می کند. در حالی که وقتی سطل پر از مواد است و با بار سنگین برداشته می شود ، موتور و موتور الکتریکی به طور همزمان شروع می شوند و با هم کار می کنند تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات می توانند کارهای عملکردی را به راحتی انجام دهند.
حالت ترکیبی: حالت ترکیبی مزایای سری و تنظیمات موازی را ترکیب می کند. این دستگاه از طریق دستگاه هایی مانند کلاچ به حالت تعویض حالت می رسد و می تواند با توجه به شرایط مختلف کار ، قدرت موتور و موتور الکتریکی را با انعطاف پذیری بیشتر توزیع کند. در عملیات رانندگی با سرعت کم و یا بار سبک ، می تواند مانند حالت سری کار کند ، عمدتا با تکیه بر موتور الکتریکی برای درایو. در رانندگی با سرعت بالا یا عملیات بار سنگین ، می تواند مانند حالت موازی کار کند ، هم موتور و هم موتور الکتریکی با هم کار می کنند. BYD F3DM و Honda I-MMD این حالت را در ترکیبی آکورد نسل جدید اتخاذ می کنند. به عنوان مثال ، در یک بیل مکانیکی ترکیبی خاص که عملیات حفاری را انجام می دهد ، هنگامی که مقاومت کاوش در کم است ، تجهیزات حالت الکتریکی خالص یا حالت سری را اتخاذ می کنند ، با موتور الکتریکی دستگاه کار را هدایت می کند. در این زمان ، موتور نمی تواند کار کند یا در حالت تولید برق کم باشد. هنگامی که مقاومت حفاری زیاد است ، موتور برای رانندگی دستگاه کار با موتور الکتریکی کار می کند و کار می کند و حالت موازی را اتخاذ می کند تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات می توانند به طور مؤثر کار حفاری را انجام دهند. اگرچه حالت هیبریدی از عملکرد عالی برخوردار است ، اما استراتژی کنترل آن پیچیده است و هزینه آن نسبتاً زیاد است.
راز جادویی حفاظت از انرژی و کاهش انتشار
بازیابی انرژی: این یکی از روشهای مهم برای دستیابی به حفظ انرژی و کاهش انتشار در فناوری ترکیبی است. در طی فرآیند ترمز یا کاهش ماشین آلات ساختمانی ، موتور الکتریکی می تواند به حالت ژنراتور تغییر یابد و انرژی جنبشی تجهیزات را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را در باتری ذخیره کند تا بتواند انرژی و استفاده مجدد را انجام دهد. با استفاده از اتوبوس های هیبریدی به عنوان نمونه ، در طی فرآیند مکرر شروع به کار ، از طریق سیستم بازیابی انرژی ، تقریباً 30 ٪ {2}}}}} هر بار در طول ترمز قابل بازیابی است. این انرژی های بازیابی شده می توانند در رانندگی بعدی قدرت خودرو را تأمین کنند و از این طریق زمان کار موتور و مصرف سوخت را کاهش می دهد. در جرثقیل های ترکیبی در سایت های ساختمانی ، در هنگام نزول اشیاء سنگین ، می توان از فناوری بازیابی انرژی نیز استفاده کرد و انرژی پتانسیل گرانشی اشیاء سنگین را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد و آن را ذخیره کرد و به طور موثری راندمان استفاده از انرژی را بهبود بخشید.
بهینه سازی دامنه عملیاتی موتور: در کل چرخه کار موتورهای ساختمانی سنتی ، شرایط کار پیچیده و متغیر است و اغلب در حالت مصرف سوخت بالا و انتشار زیاد کار می کنند. با این حال ، فناوری هیبریدی می تواند بر اساس شرایط واقعی کار ، از طریق استفاده از موتور الکتریکی به موتور کمک کند و به موتور اجازه می دهد تا حد ممکن در یک محدوده کارآمد و کم انتشار کار کند. به عنوان مثال ، هنگامی که تجهیزات تخلیه شده یا به آرامی بارگیری می شوند ، موتور می تواند توان خود را کاهش دهد یا حتی خاموش شود و فقط توسط موتور الکتریکی هدایت شود. در شرایط بار سنگین ، موتور و موتور الکتریکی با هم کار می کنند تا موتور را در نقطه عملیاتی بهینه خود نگه دارند و از عملکرد موتور در یک محدوده ناکارآمد جلوگیری می کنند و از این طریق باعث کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای خروجی می شوند. طبق تحقیقات ، با بهینه سازی دامنه عملیاتی موتور ، مصرف سوخت ماشین آلات ساختمانی ترکیبی در مقایسه با ماشین آلات ساختمانی سنتی می تواند 20 ٪ {3}} کاهش یابد ، و انتشار آلاینده هایی مانند اکسیدهای نیتروژن (NOX) و ذرات (PM) نیز می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد.
مینیاتور سازی موتور: از آنجا که موتور الکتریکی می تواند در صورت لزوم قدرت اضافی را تأمین کند ، ماشین آلات ساختمانی ترکیبی می توانند از موتورهای کوچکتر استفاده کنند. موتورهای کوچکتر می توانند تحت شرایط خاصی کارآمدتر عمل کنند و در صورت عدم نیاز به توان بالا ، میزان بار موتور نسبتاً بالاتر است و از این طریق باعث بهبود مصرف سوخت می شود. به عنوان مثال ، یک لودر هیبریدی خاص از موتور یک اندازه کوچکتر از لودرهای سنتی استفاده می کند. همراه با کمک موتور الکتریکی ، می تواند ضمن کاهش مصرف سوخت تقریباً 15 ٪ ، نیازهای مختلف عملکردی را برآورده کند. کوچک سازی موتور نه تنها به صرفه جویی در مصرف انرژی کمک می کند بلکه باعث کاهش وزن و حجم موتور خود می شود و هزینه تولید و هزینه عملیاتی تجهیزات را کاهش می دهد.