Гібридні екскаватори. Яким технологіям віддають перевагу виробники?
Що таке "гібрид"?
Стосовно до сучасного ринку землерийної техніки термін "гібрид" означає, що крім дизельного двигуна екскаватор оснащується комплектом пристроїв, здатних перетворювати енергію, отриману при виконанні робочих операцій. Протягом зміни екскаватор в кожному циклі повторює одні й ті ж дії (здійснюється поворот надбудови, підйом і опускання стріли і т.д.), а це означає, що процеси розгону і гальмування багаторазово повторюються. Це дає широкі можливості для рекуперації енергії, яка або акумулюється, або негайно використовується.
Рішення, які активно застосовуються на ринку автотранспорту, не зовсім підходять для сегмента землерийної техніки. Так, при розробці гібридних автомобілів використовують рівноправне об'єднання ДВС і електродвигуна (в результаті отримують так звані "повні гібриди"). У разі з будівельною технікою ДВС залишається головним силовим агрегатом, а електродвигун відіграє допоміжну роль.
"Неповні гібриди" також існують в декількох варіантах. Розміщення ДВС і електродвигуна може бути паралельним (в цьому випадку вони працюють одночасно, доповнюючи один одного) або послідовним (механічна енергія ДВС перетвориться в електричну енергію генератора, після чого знову переходить в механічну). При виробництві екскаваторів перевага віддається першому способу, "послідовні гібриди" зустрічаються в сегменті бульдозерів і навантажувачів.
Якщо порівнювати екскаватори і, наприклад, фронтальні навантажувачі, то тут можна знайти й інше значна відмінність: в першому випадку в основному використовується енергія, що виробляється при повороті платформи машини, в другому - акумульована при гальмуванні машини.
Як це працює?
Незважаючи на схожість основних принципів, кожен з виробників гібридних екскаваторів веде власні розробки, результати яких можуть значно відрізнятися. Так, якщо в техніці Komatsu енергія механічного руху (якщо бути більш точним, то інерції руху) використовується для приведення в дію електродвигуна повороту, то компанія Caterpillar не стала відмовлятися від класичного гідромотора. Але в будь-якому випадку за оптимальним розподілом і напрямком потоків енергії стежить електронна система управління.
Компанія Komatsu, яка представила свою першу розробку в сфері гібридних технологій в 2008 році, встигла випустити вже кілька поколінь інноваційних екскаваторів. Об'єднує їх те, що гидромотор повороту, який використовується для обертання надбудови в стандартних моделях, в гібридних замінений на електромотор. У число "гібридних компонентів" також входять мотор-генератор (здатний працювати в режимах генератора або електродвигуна, розташований між дизелем і гідронасосом приводу робочого устаткування), інвертор (його завдання - перетворювати змінний струм в постійний) і конденсатор.
Коротко опишемо механізм роботи "гібрида". Після відключення мотора повороту, його обертання триває під дією інерції повертається надбудови. Отримана генератором енергія через інвертор надходить в акумулює конденсатор, після чого використовується для двох цілей. По-перше, вона може спрямовуватися назад в електромотор повороту для додання прискорення надбудові. По-друге, з її допомогою збільшують потужність двигуна (мотор-генератор, з'єднаний з ДВС, починає працювати як електромотор), також стає можливим швидше набирати необхідні обороти і знижувати навантаження на дизель за рахунок допоміжного харчування гідронасосів.
До сказаного можна додати, що на гібридних екскаваторах Komatsu встановлюються дизельні двигуни меншого типорозміру, ніж на стандартних машинах: необхідним рівнем потужності машину спільно забезпечують дизель і електродвигун. Також варто відзначити, що такі компоненти, як шасі, гідросистема, робоче обладнання, аналогічні тим, що використовуються в звичайних моделях.