王成勤

摘要：在“碳達峰、碳中和”的大背景下，履帶起重機廠家順應趨勢，加速新能源動力技術的研發(fā)和應用。著重分析3種電動化技術方式的優(yōu)缺點，探討對履帶起重機的適用性，提出新能源履帶起重機的推廣建議。

關鍵詞：履帶起重機；電動化；新能源

基金項目：徐州工業(yè)職業(yè)技術學院2021年度校級科研項目（XGY2021A014）

0? ?引言

履帶起重機是指具有履帶行走裝置的全回轉臂架式起重機，它具有起重性能好、起升高度與幅度大、動作平穩(wěn)、接地比壓小、可帶載行走、安裝拆卸方便、工況組合多等多個優(yōu)點，廣泛應用于電力、核能、石油化工、橋梁、市政、發(fā)電等國民經濟建筑領域[1]。

目前履帶起重機基本采用內燃機液壓驅動，即通過液壓傳動裝置將內燃機發(fā)出的功力傳遞到各工作機構上去。柴油機燃燒效率一般為35%～40%，尾氣排放比較嚴重[2]，使用柴油機作為動力既耗費能源又污染環(huán)境。履帶起重機起重量大，需配裝大功率柴油機功率，造成的能源浪費和環(huán)境污染較一般工程機械更嚴重。

在節(jié)能減排的大背景下，以氫燃料電池、LNG燃氣發(fā)動機、電動化等為代表工程機械不斷涌現。本文從電動化履帶起重機技術方式進行比較，分析幾種技術方式對履帶起重機產品的適用性，并提出新能源履帶起重機推廣建議。

1? ?履帶起重機電動化技術方式

電動化主要是用電機代替柴油機，根據驅動力來源和傳動方式主要有電驅液傳動、電驅電傳動、混合動力等3種。

1.1? ?電驅液傳動技術

電驅液傳動技術是將發(fā)動機換成電機，傳動系統如圖1所示。2020年利勃海爾推出的LR1250.1、LR1200.1型履帶起重機，即采用此方案。此方式有利于提高能源利用率，降低噪聲，同時能提高控制精度。但履帶起重機不能上公路行駛，受供電及電池的影響，采用此種方式使用場景、工作時間受限比較大。

1.2? ?電驅電傳動技術

電驅電傳動技術是電機替換原有的內燃機和液壓系統，用電池給電動機供電，電動機驅動執(zhí)行結構動作，屬于純電動工程機械，傳動系統示意圖如圖2所示。

純電動工程機械幾乎為零排放，是新能源產業(yè)的理想選擇，也是新能源發(fā)展的主要方向。如中聯重科全球首款分布式電驅履帶起重機ZCC850V-1EV，采用了7組電機直驅機構。但履帶起重機整車系統復雜，每一個執(zhí)行機構都需電機驅動，綜合成本高。電動工程機械目前尚處于起步階段，針對履帶起重機的電機等產業(yè)鏈配套也不完善，使用場景同樣受限電源限制。

1.3? ?混合動力技術

混合動力技術是指配置兩個或更多動力系統，運行中至少有一種能量存儲器或轉化器直接驅動車輛。目前工程機械主要是采用柴油機和電機混合。油電混合盡管不能實現零排放，由于有電機助力，可以選用較小排量的柴油機，且柴油機可以更長時間工作在低油耗和低排放區(qū)域，使用場景同原來一樣不受限。

混合動力技術兼顧傳統內燃機優(yōu)良的動力性和純電動車輛的低排放特性，能在一定程度上緩解燃油車發(fā)展與環(huán)境污染、能源危機的矛盾，是內燃機驅動向純電動驅動發(fā)展的過渡階段，尤其對于長距離移動速度較快的道路機械，油電混優(yōu)勢明顯。一般混合動力工程機械比同功率的內燃機工程機械燃油消耗降低30%～50%[2]，履帶起重機由于不能在公路上行駛，采用混合動力技術方式節(jié)能效率較低。

2? ?應用比較

從用戶角度來講，履帶起重機作為生產工具，除了要求其安全、實用、可靠外[3]， 還要求其購置成本、使用成本低。要贏得市場的青睞，生產廠家需要從節(jié)能環(huán)保、實施難度、發(fā)展趨勢等方面綜合考慮。

2.1? ?生產成本

以200t履帶起重機產品為例，若采用電驅液傳動方式，需要配備360kW永磁同步電機、300kW·h的電池組、制冷功率7kW電池冷卻系統、80kW的交流充電機，成本相比于內燃機液壓驅動方式，增加約40萬元，約占整車成本11%。

若采用電驅電傳動方式，需配置3臺150kW/360N·m的專用卷揚電機、2臺174kW/723N·m的行走電機、5臺定制減速機、1個30kW的回轉系統電機總成，外加動力電池及充電單元，整車成本約增加18%。若采用混動方式則整車成本增加10%左右。

2.2? ?使用成本

使用成本主要是能量消耗成本和車輛維護保養(yǎng)成本。仍以200t履帶起重機產品為例，傳統內燃機驅動方式，柴油消耗約為12L/h，當前柴油價格按7.5元/L計算。電驅動車輛每小時耗電約35kW，平均電價按1.5元/kW·h計算。每年按2000h運行計算，柴油車單車年均費用約18萬元，電驅動車輛單車年均費用10.5萬元，相比之下電驅動車輛每年能量消耗成本能節(jié)約42%。油電混合方式每年節(jié)約成本約10%。

維護保養(yǎng)方面，柴油車需要定期更換機油、機油濾芯、空氣濾芯、柴油濾芯。柴油車和電驅車都需要冷卻液，更換周期類似，柴油車因工作溫度范圍比較大，冷卻液消耗會多一些。液壓系統需要定期更換液壓油、液壓件并定期清洗油箱、管路等。電機和電控本身幾乎都是免維護的。

內燃機液壓驅動一年的維護保養(yǎng)費用在2萬元左右，電驅液傳動相比內燃機液壓驅動車每年可節(jié)約費用20%左右。電驅電傳動相比電驅液傳動減少了液壓系統的維護保養(yǎng)，每年可節(jié)約費用40%左右?；旌蛣恿ο到y復雜，保養(yǎng)項目增多，維護保養(yǎng)成本略有增加。整體來看，電驅動保養(yǎng)項目少，且保養(yǎng)周期更長。

2.3? ?實施難度

電驅液傳動方式可以繼續(xù)沿用之前的液壓傳動裝置，整體結構改動小，易于實現?；旌蟿恿Ψ绞郊纫惭b發(fā)動機又要安裝電機，整個傳動系統結構復雜，布置困難，對控制單元要求較高，實現相對較難。電驅電傳動方式相較于內燃機液壓驅動，結構平臺和控制都是全新的，開發(fā)難度較大。

2.4? ?節(jié)能環(huán)保

電驅液傳動和電驅電傳動無需發(fā)動機，可以實現零排放。采用混合動力技術方案節(jié)能效率較低。3種技術方案對比如表1所示?；旌蟿恿夹g方案混合使用場合不受限制，但是節(jié)能效率低，實施難度也較大。電驅液傳動和電驅電傳動工作時間受限，制造成本高，但是使用成本低，同時電驅液傳動較電驅電傳動技術易于實現、成本增加相對較少。綜合來看，電驅液傳動是目前比較適合生產廠家的技術路線，實現難度小，成本增加少。

3? ?結束語

在節(jié)能減排的大背景下，以氫燃料電池、LNG燃氣發(fā)動機、電動化等為代表環(huán)保產品不斷涌現。履帶起重機作為高消耗、高污染的大型工程機械產品，采用電驅動技術是大勢所趨。本文著重分析3種電動化技術方式的優(yōu)缺點，探討對履帶起重機的適用性，提出新能源履帶起重機的推廣建議。

參考文獻

[1] 黃麗麗，張景芬.履帶起重機電液傳動與控制技術探究[J].工程機械與維修，2016（9）：46-48.

[2] 郭銳，韓彪，張淼.淺析工程機械新能源應用現狀與發(fā)展趨勢[J].工程機械與維修，2019（4）：41-43

[3] 沈杜烽，陳以林，杜海明，等.碳達峰、碳中和”背景下工程機械動力系統比較研究[J].小型內燃機與車輛技術，2021，50（6）：77-79+93.