小松HB335—1型混合動(dòng)力挖掘機(jī)

目前挖掘機(jī)的混合動(dòng)力技術(shù)路線主要分油電混合和液壓混合，但基本原理是相同的。小松是油電混合路線的代表，不過無論哪種路線，目前仍處于市場(chǎng)培育的階段，產(chǎn)品普及和型號(hào)發(fā)展相對(duì)較慢，產(chǎn)品仍在持續(xù)改進(jìn)之中。

2008年，小松開創(chuàng)性地引入了20t級(jí)的混合動(dòng)力挖掘機(jī)PC200-8E0，后在2010年升級(jí)為HB205/HB215-1，使得挖掘機(jī)進(jìn)入了混合動(dòng)力時(shí)代，當(dāng)然，盡管技術(shù)上很先進(jìn)，效果也很好，畢竟是新技術(shù)，推廣和大規(guī)模應(yīng)用需要一個(gè)過程，小松只能穩(wěn)步將該技術(shù)延伸到其他噸位。

30t級(jí)和20t級(jí)一樣是個(gè)兵家必爭(zhēng)之地，小松在此噸位上，開發(fā)了主要面向除北美和歐盟以外國(guó)家的混合動(dòng)力挖掘機(jī)HB335-1，其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是相比PC300-8燃油消耗降低20%，而其外觀和結(jié)構(gòu)則基于最新的PC300-10。

HB335-1采用的混合動(dòng)力技術(shù)與HB205/HB215-1上采用的完全相同，該系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)、轉(zhuǎn)換器和電容器組成。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不使用液壓馬達(dá)而用回轉(zhuǎn)電機(jī)代替，當(dāng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)電機(jī)作發(fā)電機(jī)用，回收動(dòng)能將其轉(zhuǎn)化為電能提供給電容器儲(chǔ)存起來，儲(chǔ)存的電能存需要同轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)釋放給回轉(zhuǎn)電機(jī)。而安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)也在需要?jiǎng)恿r(shí)使用電容器中的電能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)加速，在動(dòng)力空閑時(shí)則發(fā)電補(bǔ)充給電容器。轉(zhuǎn)換器是雙向的，可以有效地控制頻繁進(jìn)出電容器的電力。其技術(shù)的關(guān)鍵在于使用的電容器要允許電能在瞬間被高效地存儲(chǔ)和釋放。

發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)

發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)被布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵之間，與發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵同軸旋轉(zhuǎn)。這樣的設(shè)計(jì)保證了傳動(dòng)效率，同時(shí)也不妨礙液壓系統(tǒng)的布置和維護(hù)。作為發(fā)電機(jī)時(shí)它為電容器充電，回轉(zhuǎn)時(shí)也為回轉(zhuǎn)電機(jī)供電。兼作發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)它輔助發(fā)動(dòng)機(jī)加速，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下可以以極低的怠速運(yùn)行，也可以在操作手柄時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速瞬時(shí)提高到所需的速度。

該電機(jī)屬于開關(guān)磁阻（SR）電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不使用稀土永磁體的特點(diǎn)。SR電機(jī)具有較高的耐熱性，這個(gè)特性對(duì)于布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵之間的高溫環(huán)境非常有利。由于不使用永磁體，當(dāng)不輔助發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所損失的能量降到了最低，這有助于降低燃料消耗。當(dāng)然，由于SR電機(jī)具有振動(dòng)和噪聲問題，在大功率設(shè)備上的使用已不多見。

SR電機(jī)的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)期間時(shí)被定子上的磁性線圈吸引，隨著電磁線圈在旋轉(zhuǎn)期間反復(fù)接通和斷開，吸引力也反復(fù)接通和斷開，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。HB335-1使用的SR電機(jī)比HB205/HB215-1上所使用的具有更高的功率，由于磁力與功率輸出成正比，定子對(duì)轉(zhuǎn)子的吸引力更大，為此增加了強(qiáng)度以應(yīng)對(duì)振動(dòng)和噪聲。同時(shí)，通過有限元分析和各種試驗(yàn)，優(yōu)化了殼體和定子的形狀，在位置和尺寸嚴(yán)重受限的情況下解決了振動(dòng)和噪聲的問題。

回轉(zhuǎn)電機(jī)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使用電機(jī)，可以將過去使用液壓馬達(dá)時(shí)以熱能形式釋放掉的回轉(zhuǎn)動(dòng)能回收起來，并儲(chǔ)存在電容器中。能量再利用便可達(dá)到降低燃油消耗的目的。此外，電機(jī)在加速時(shí)比液壓馬達(dá)更有效率，回轉(zhuǎn)動(dòng)作更平滑。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速比液壓馬達(dá)要高，為保證高效率和小尺寸，增加了減速齒輪。HB335-1的回轉(zhuǎn)電機(jī)并未采用SR電機(jī)，而是采用常規(guī)的永磁電機(jī)。轉(zhuǎn)換器和電容器

相比HB205/HB215-1，功率的增加使得HB335-1需要增加轉(zhuǎn)換器和電容器的尺寸，為了保持緊湊性，將尺寸增加帶來的影響最小化，轉(zhuǎn)換器和電容器被移到工具箱的位置，可以不需要任何工具就能接近。

轉(zhuǎn)換器是用于在發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)和電容器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制電流和電壓的關(guān)鍵部件，正是有了它頻繁高效地進(jìn)行瞬時(shí)的切換，才使得能量得以重用。

電容器是一個(gè)儲(chǔ)存和輸出過剩能量的組件。不像普通的化學(xué)電池，它的充電和放電可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成，卻沒有化學(xué)反應(yīng)，只有電子或離子的轉(zhuǎn)移。此外，該電容器比化學(xué)電池有更長(zhǎng)的衰減時(shí)間和更長(zhǎng)的壽命，并且不需要維護(hù)，這些特性對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的施工設(shè)備來說非常理想。

除了應(yīng)用混合動(dòng)力技術(shù)，HB335-1也集成了后來為PC30Q-10開發(fā)的最新技術(shù)以降低油耗，已經(jīng)達(dá)到了比標(biāo)準(zhǔn)PC300-8燃料消耗減少20%的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

HB335-1所配備的發(fā)動(dòng)機(jī)是小松SAA6D114E-5，該發(fā)動(dòng)機(jī)基于PC300-10配備的小松SAA6D114E-5-A，后者配備了DPF作為后處理手段，滿足美國(guó)EPA Tier4過渡階段排放標(biāo)準(zhǔn)，而前者只滿足EPA Tier3排放標(biāo)準(zhǔn)。SAA6D114E-5是一種6缸水冷柴油機(jī)，配備了電控高壓共軌燃料噴射系統(tǒng)和可變幾何渦輪增壓器，以提高燃燒效率，實(shí)現(xiàn)低排放和低油耗，但其主要的排放控制手段是使用了帶冷卻器的EGR（廢氣再循環(huán)）技術(shù)，通過降低燃燒的溫度來控制氮氧化物的產(chǎn)生。

HB335-1使用了一個(gè)新研發(fā)的主液壓泵，其上有一個(gè)潤(rùn)滑油泵，用于潤(rùn)滑發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)和回轉(zhuǎn)電機(jī)，使用該專用潤(rùn)滑系統(tǒng)可以確保上述兩臺(tái)電機(jī)的可靠性。主泵還配有斜盤角度傳感器，可以精確測(cè)量流量，這使得在保證流量的前提下通過匹配控制盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成為可能。

和普通挖掘機(jī)一樣，HB335-1也有多種工作模式可供選擇。同時(shí)，為了讓駕駛員隨時(shí)掌握混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作狀態(tài)，LED顯示屏上增加了一個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)溫度表，還增加了一個(gè)能源狀態(tài)監(jiān)視畫面，該畫面中以能量流的形式非常直觀地顯示電容器的充電/放電狀態(tài)和發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。

目前挖掘機(jī)的混合動(dòng)力技術(shù)路線主要分油電混合和液壓混合，但基本原理是相同的。小松是油電混合路線的代表，不過無論哪種路線，日前仍處于市場(chǎng)培育的階段，產(chǎn)品普及和型號(hào)發(fā)展相對(duì)較慢，產(chǎn)品仍在持續(xù)改進(jìn)之中。雖然其價(jià)值逐漸被認(rèn)可，但被市場(chǎng)普遍接受仍然需要一個(gè)過程。