金盼墅

摘要：在我国工业发展过程中，越来越重视环保和节能，履带式推土机也开始广泛应用混合动力技术。本文通过介绍串联式和并联式履带式推土机混合动力设计方案，探究履带式推土机混合动力技术，以期通过技术分析促进履带推土机更科学、有效的应用混合动力技术，实现节能减排目标。

关键词：履带式推土机;混合动力技术;串联;并联

一、履带推土机串联式混合动力方案

第一种串联式履带推土机混合动力技术方案可见图1，整体结构比较简单，交流发电机在发动机的带动之下完成发电，在整流器功能作用发挥下促进交流转化为直流，而后在逆变器利用下向交流电方向逆变，然后实现不同交流电机的输入，从而驱动履带实现行走功能，整体为双侧电机独立驱动形式。在推土机转向操作过程中，为实现差速转向，可对两种驱动电机转速进行合理调节，此方式也能实现自动转向[1]。该结构中储能装置可对多出的发电机能量进行吸收，还可对制动能进行回收。推土机运行期间提出较大的功能需求时，可适时释放电能为供能系统提供辅助帮助，结构比较简单，不过对直行以及转向提出比较高的协调控制要求，并且外侧电机展开转向操作期间可能会出现较高转速。

第二种方案是以第一种方案为基础增设了转向电机，对于直驱电机有所减少。其中一个电机主要作用是驱动直行，还有一个电机主要作用是驱动转向，由此简化整体转向控制操作。不过转向系统的结构布局更加复杂，结构布置不具有较高灵活性，在直驱电机功能作用发挥下，为整机行走提供驱动力，装机涉及到较大功率，并且结构尺寸也更大。

第三种方案是在双侧电机独立驱动形式基础上进行适当变形，并增设了转向系统，新增的系统布局和第二种方案基本类似，直行牵引电机以独立运行方式驱动，这使得装机功率有所下降，不过结构元件设置数量会明显增加，从而使结构布局具有更高复杂性。

上述三种方案均可对能量实现回收再利用，并且有着一致的动力源组。

二、履带推土机并联式混合动力方案

第一种并联式混合动力设计方案当中，设计思路是先合理分配发动机动力，其中部分动力作用在直接驱动转向系统当中，以促进转向功能发挥，其余部分主要通过电流变换装置、发电机以及直驱电机产生驱动力支持整机行走，而储能装置的功能主要是对多出的发动机能量加以吸收，并对制动能进行回收，在设备提出较大的功能需求情况下适时释放电能，为供能系统提供辅助帮助，储能装置结构相对较为简单。在此并联式方案当中，借助发动机直接性质的动力转向，促使机械能和电能在相互转换期间避免过度损失能量，在直行以及转向控制方面操作难度不大，不过对动力分配要求较高，设计难度相对较大，并且整体结构不具备良好的灵活性[2]。

第二种方案可看作并联式方案直驱情况下双侧独立驱动类型的结构形式，直线行驶由两种电机同步驱动，由此降低装机功率，不过会明显增加电机数量，还会使控制元件数量也上升，所以系统具有较高复杂性。

三、履带推土机混合动力技术分析

相比于以往的液力机械传动，混合动力系统涉及到的主要技术有驱动行驶、电传动系统、动力源、控制策略能源管理等。本文研究中以第一种串联式方案双侧电机独立驱动混合动力系统为例，对相关技术展开深入分析。

1.能量管理和控制技术

在第一种串联式方案当中，双侧电机独立驱动形式混合动力履带推土机的控制结构以及能量流动关系可见图2。

由此可见，当推土机提出差异化负载功率需求情况下，可合理选择控制策略，促使超级电容、发动机-发电机组相关差异化能量分配比例恰当，保持彼此协同作业，并共同为双侧驱动电机以及其余的辅助装置供给能量，从而达到推土机所提出的功率需求。对于驱动系统控制，可选择转速调节，也可选择转距调节，驾驶人员操作输入信号以及反馈信号会传输至整机控制单元当中，该单元在接收到相应信号后将向双侧驱动电机控制器、发动机-发电机控制器还有其他类型的辅助控制器传输控制信号指令。相应的，双侧驱动电机控制器、发动机-发电机控制器还有其他类型的辅助控制器会面相各自实际控制对象实现动态、实时控制，由此充分发挥整机控制以及能量流动功能。

2.储能装置

在履带推土机的混合动力电气系统内部，所涉及的储能装置主要是电容以及蓄电池，这两种装置应用也最广泛。不同的储能装置有着不同的性能特点，其中蓄电池的功率密度较小，循环寿命较短，能量密度大，充放电效率较低，虽然成本也低，但是可靠性一般;普通电容功率密度较大，循环寿命较长，能量密度小，充放电效率比较高，虽然整体成本较高，但是可靠性也较高;超级电容的功率密度比较大，循环寿命最长，能量密度比较大，充放电效率高，成本高同时可靠性也高。相比之下，在推土机混合动力系统当中最适合应用超级电容。

3.电传动和驱动电机

目前电传动系统主要分为四种电传动类型，分别是直-直、交-交、交-直以及交-直-交。其中，直-直类型的电动传动系统主要经直流发电机实现直流电的输出，并向直流电动机方向输入，整体系统结构比较简单，且调速性能优良，不过直流电動机具有比较大的结构体积，整体质量较大，并且成本也较高;和直-直系统相比，交-直系统当中的交流发电机明显提升了转速，未涉及到转向器，整体结构比较简单，并且结构体积较小，综合质量较轻，便于操作和维修，整体运行具有较高可靠性，不过依旧属于直流驱动电机;对于交-直-交系统来说，能够有效控制电机频率，可更加方便的调整转速，并且交流电动机未涉及到转向器，整体结构比较简单，并且结构尺寸比较小，可使所设计出的电机具有较高转速和较大功率;对于交-交系统来说，直接将直流环节撤除，对变频技术提出较高要求，整体控制系统具有较高复杂度，当前应用不多。

对于推土机来说，驱动电机主要需求是体积小、功率大以及低速大转距，随着现代化电力电子器件不断发展，并和各种电传动系统的特点相结合，考虑在混合动力电传动系统设计当中最适宜使用的电传动系统是交-直-交类型，而交流驱动电机主要选择永磁同步电机。

4.发动机-发电机组

在履带推土机的混合动力系统当中，发动机-发电机组是主要的能量来源，也是重要的能量供给装置。为保证所设计的发动机-发电机整体结构更加紧凑，方便布局，同时可和推土机运行期间负载变化幅度大情况相适应，要求所应用发动机-发电机组的可靠性要高，性能也要高，并且功能密度高，整体结构紧促，还要求具有较高经济性，这就提出较高技术要求，就目前情况来说难以实现。相比之下，柴油发动机经过多年研发与实践有较高成熟度，而要求紧凑性高以及功率密度高的发电机主要可选择永磁同步电机。由于推土机是一种牵引型车辆，并未对作业质量提出非常高的要求，只需要确保负荷和速度两者有良好的适应力，并能够使发动机功率得到最大程度的利用，适度减少油耗比即可。因为储能装置可对路面生态功率所发生的变化情况进行动态实时、跟踪，而柴油发动机能够以单点恒功率形式运行，由此可保证发动机一直保持最佳工作状态。

四、结束语

履带推土机应用混合动力技术，有助于实现节能降耗目标，并可简化结构，减少运动部件数量，促使发动机始终保持高效工作状态。上文所提出的几种混合动力传统设计方案中，双侧电机独立驱动混合动力方案是结构最简单的，可着重应用此方案。基于该方案，考虑履带推土机在应用混合动力技术期间，着重探究动力源、能量控制和管理、电传动系统以及驱动行驶技术等。

参考文献

[1]杜博锋. D320E大功率电传动推土机动力特性匹配研究[D].河南科技大学，2019.

[2]殷帅. 混合动力推土机动力学控制策略仿真研究[D].长安大学，2017.

[3]秦兆博，罗禹贡，解来卿，陈文强，李克强.基于行星传动的双模混合动力履带车辆传动系统结构设计[J].清华大学学报（自然科学版），2018，58（01）：27-34.