2.液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)性能研究
　　并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)主要由柴油機(jī)、液力變矩器、變速器、主減速器、輪邊減速器、動(dòng)臂缸、鏟斗缸、液壓蓄能器、扭矩耦合器和液壓泵/馬達(dá)等組成，如圖4所示。
　　柴油機(jī)的動(dòng)力，一部分通過液力變矩器和變速器驅(qū)動(dòng)行駛機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)行駛；另一部分通過液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓缸，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和裝載工作。液壓泵/馬達(dá)、液壓蓄能器和溢流閥等構(gòu)成液壓再生系統(tǒng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)一起形成雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在裝載機(jī)制動(dòng)時(shí)，變速器后離合器斷開，液壓泵/馬達(dá)工作于泵工況，回收車輛的制動(dòng)能，并將其存儲(chǔ)于高壓蓄能器中；在裝載機(jī)啟動(dòng)時(shí)，液壓泵/馬達(dá)工作于馬達(dá)工況，利用回收的能量為裝載機(jī)提供輔助功率，實(shí)現(xiàn)余能的再次利用；在裝載機(jī)鏟掘時(shí)，液壓泵/馬達(dá)工作于馬達(dá)工況，為裝載機(jī)提供輔助牽引功率，有效抑制發(fā)動(dòng)機(jī)失速現(xiàn)象，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作于最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)，減少液壓工作系統(tǒng)的溢流損失。 　　3.控制策略研究
　　混合動(dòng)力裝載機(jī)的控制策略包括再生制動(dòng)策略和能量利用策略。再生制動(dòng)通過控制混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將制動(dòng)時(shí)耗散的動(dòng)能進(jìn)行回收；能量利用策略負(fù)責(zé)整機(jī)能量分配和動(dòng)力系統(tǒng)的控制。
　　(1)再生制動(dòng)策略
　　液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩分為2部分：液壓泵/馬達(dá)提供的液壓再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和傳統(tǒng)的制動(dòng)器提供的摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，兩者之和為總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。液壓再生制動(dòng)功率密度大，可單獨(dú)提供絕大部分的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)系統(tǒng)可較少甚至不參與制動(dòng)。在制動(dòng)過程中，液壓泵/馬達(dá)工作在泵工況，把整機(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓能存儲(chǔ)于液壓蓄能器中，實(shí)現(xiàn)整機(jī)能量回收，同時(shí)通過傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車輪產(chǎn)生制動(dòng)力(再生制動(dòng)力)。設(shè)液壓泵/馬達(dá)提供的再生制動(dòng)力為FPIM，整機(jī)質(zhì)量為G，液壓泵/馬達(dá)單獨(dú)制動(dòng)時(shí)的整機(jī)制動(dòng)強(qiáng)度為：
結(jié)合裝載機(jī)的工作特性，以制動(dòng)強(qiáng)度作為判斷依據(jù)。
　　當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z≤0.2時(shí)（輕度制動(dòng)），整機(jī)制動(dòng)力完全由液壓泵/馬達(dá)提供，整機(jī)制動(dòng)模式為液壓再生制動(dòng)模式，這種情況一般出現(xiàn)在裝載機(jī)正常作業(yè)的工況下，它可在滿足安全制動(dòng)的條件下盡可能多的回收制動(dòng)能量。
　　當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度0.2＜z＜0.5時(shí)，采用液壓再生制動(dòng)與摩擦制動(dòng)相結(jié)合的復(fù)合制動(dòng)方式，并以液壓再生制動(dòng)為主，摩擦制動(dòng)為輔，制動(dòng)力不足的部分由摩擦制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)充。
　　當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z＞0.5時(shí)，考慮裝載機(jī)制動(dòng)的安全性，液壓再生制動(dòng)不參與工作，制動(dòng)力全部由摩擦制動(dòng)系統(tǒng)提供。
　　(2)能量利用策略
　　結(jié)合裝載機(jī)的工作特性，液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)的能量利用策略如下：
　　在裝載機(jī)啟動(dòng)時(shí)，采用液壓泵/馬達(dá)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的方式，液壓蓄能器為整機(jī)提供全部能量，同時(shí)保證液壓泵/馬達(dá)工作于大負(fù)荷工況，提高系統(tǒng)的工作效率。
　　當(dāng)裝載機(jī)空負(fù)荷前向行駛時(shí)，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，使其多輸出一定的功率，此部分功率用于液壓蓄能器的主動(dòng)充壓，為裝載機(jī)的鏟掘工況提供輔助功率做準(zhǔn)備。
　　當(dāng)裝載機(jī)鏟掘時(shí)，液壓蓄能器提供輔助牽引功率，抑制發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)現(xiàn)象，同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作于最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)。
　　采用簡(jiǎn)單的邏輯判斷方式，設(shè)置控制規(guī)則庫和相關(guān)的控制程序，控制規(guī)則需要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和液壓泵/馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)分配。
　　4.液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)性能研究
　　(1)能量回收與利用試驗(yàn)研究
　　利用液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)仿真試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行輕度和中度制動(dòng)試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)及計(jì)算得出，輕度制動(dòng)時(shí)制動(dòng)能量回收率為75.70%；中度制動(dòng)時(shí)，液壓再生系統(tǒng)和摩擦制動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合工作，液壓再生制動(dòng)為主，摩擦制動(dòng)系統(tǒng)提供不足的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)能量回收率為60.16%。
　　液壓蓄能器的功率密度大，全充全放能量強(qiáng)，因此液壓蓄能器可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)整機(jī)啟動(dòng)并到達(dá)一定的速度。為了評(píng)估回收能量的再利用情況，定義再生能量利用率為：液壓蓄能器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)時(shí)，裝載機(jī)的動(dòng)能與驅(qū)動(dòng)總能量之比。再生能量利用率反映了裝載機(jī)具備的能量與液壓蓄能器釋放總能量的比例，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算得出再生能利用率為54.01%。
　　(2)作業(yè)工況仿真研究
　　選擇裝載機(jī)典型的作業(yè)工況，在液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)仿真平臺(tái)環(huán)境中進(jìn)行整機(jī)的仿真試驗(yàn)研究，并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)再生制動(dòng)系統(tǒng)的各元件工作狀況如圖5和圖6所示。 　　由圖5和圖6可見：在整機(jī)作業(yè)工況中，液壓蓄能器的工作壓力大幅度變化，證明了對(duì)制動(dòng)能量的有效回收和再利用，使用液壓再生制動(dòng)系統(tǒng)，可明顯降低傳統(tǒng)制動(dòng)器的使用次數(shù)和強(qiáng)度。在鏟掘工況下，液壓再生系統(tǒng)提供輔助功率，保證發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳燃油經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。 　　表4為傳統(tǒng)裝載機(jī)與液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)的各項(xiàng)性能對(duì)比。可見，并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力裝載機(jī)在保證整機(jī)其他性能基本不變的情況下，有效地回收整機(jī)的制動(dòng)動(dòng)能，制動(dòng)能回收率可達(dá)60.03%，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出節(jié)能最大可達(dá)20%，并能明顯提高裝載機(jī)的牽引力。(作者地址：江蘇省徐州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)1區(qū) 徐州工程機(jī)械研究院  221004)