挖掘机前沿技术的特点和趋势

经过多年的发展，挖掘机产品的技术水平不断提高，各种前沿技术的研究和应用在工程施工中发挥的作用也越来越大。而从各企业近期推出的最新产品来看，整个行业正在向着“节能、高效”的方向发展，本文将对目前液压挖掘机领域的部分前沿技术进行总结和探讨。

文_济宁市公路工程总公司   温福国

节能技术

混合动力技术

目前，挖掘机产品所采用的混合动力技术主要可分为油电混合及油液混合两种形式。

以小松、神钢为主所研发的油电混合动力技术，是通过借助蓄电池、超级电容等储能元件，在小负载工况下由柴油机驱动发电机向储能元件蓄能，在大负载工况下再将储存的能量释放出来驱动电机，作为辅助动力与柴油机一起满足峰值负载功率的要求，或者用电机直接驱动液压系统，实现柴油机输出功率和扭矩的均衡控制。这样，就可以在设计中按照平均负载功率来选择柴油机，用功率较小的柴油机来驱动大吨位挖掘机，而且柴油机的运行工况平稳，始终处于高效运行状态，因此能大幅提高燃油效率。

但由于油电混合动力技术的能量转换环节多，因此导致了整个系统趋于复杂，技术要求也相应提高，如电池寿命、电源转换效率、电池质量、产品可靠性等。此外，油电混合动力技术使挖掘机动力系统从结构上发生了根本变化，对整个挖掘机制造体系影响巨大，从而造成了生产成本的上升。这些缺点无疑严重制约了油电混合动力技术在工程机械上的应用。

油液混合动力技术则是指根据挖掘机的工作情况，采用通过液压蓄能器储能且直接向液压系统输出油液的方案。在原挖掘机液压系统上增加蓄能器及相关元件用于回收储存动臂下降、回转减速的能量。并在适当的时候，将蓄能器中储存的油液直接输出到液压泵的出口，与液压泵一起向系统提供油液，从而达到节能的目的。

挖掘机前沿技术的特点和趋势

挖掘机节能技术优劣比较 

油液混合技术的缺点也比较明显，首先，油液混合技术的产品对元件的技术要求较高，并且装配比较困难，使用维护比较严格。另外，由于油的粘度随温度的改变而不断变化，故不宜在高温或低温的环境下工作。此外，油液中混入空气后，容易引起振动和噪声，使系统的性能受到影响，且发生故障后不易检查和排除。

电动挖掘机技术

电动挖掘机技术是指动力核心采用同步电动机，通过驱动液压泵，为各部件提供动力。将启动频繁、能量损耗大的回转液压马达也更换为电动马达驱动，进一步提升节能空间。同时系统采用变频器进行变频调速，达到全功率匹配的调整，能够充分发挥挖掘机效能并且实现了零排放的节能环保效果。

目前以山重建机为代表的国产挖掘机已经开发出相应的产品。但是电动挖掘机的动力性、适用性、经济性的测试评价方法研究及试验规范开发缺乏相应的国家标准，制约了它的发展。

挖掘机信息化集成与提升技术

液压挖掘机的控制系统一般以单片机CPU为核心，以转速传感器、温度传感器、压力变送器等传感器为检测元件，以变量泵和发动机为关键部件组成液压挖掘机电子控制系统，实现液压挖掘机液压系统主泵吸收功率、发动机输出功率自动匹配和挖掘机工作状态的全面监控。另外，通过引入液压系统压力做参数来控制主泵流量实现恒功率控制，可充分利用发动机的功率，减小系统溢流损失，节约燃油，提升功效。

另外，用于远程维护、信息管理的GPS技术也在液压挖掘机上得到了广泛应用，通过系统远传功能，使挖掘机的控制器和GPS紧密结合，利用强大的互联网和无线传输技术，实现了数据远传和可靠的防盗功能。其中“三维点阵式液压挖掘机智能控制系统”等走在技术的前沿。在该领域，国内的一些大学、工程机械制造商和研究院所已经充分认识到其重要性，但多数停留在实验室阶段。

因此，在其成熟性、可靠性和市场化的发展道路上，还有很长的一段路要走。

挖掘机噪声控制技术

随着工程机械的发展，对工程机械的要求已经不再是简单的作业效率和可靠性等指标。噪声作为一个重要的环境污染源，近年来受到了人们普遍关注，特别是随着工程机械产品出口量的增长，用户对工程机械产品的舒适性和振动噪声的要求也越来越严格。

目前，日本已经建立了低噪声型、超低噪声型工程机械的认证制度，欧盟国家更是禁止出售超过CE噪声标准的工程机械。对于挖掘机产品而言，必须先识别出噪声源，弄清产生噪声的机理和规律，然后对现有的设计方案和结构进行改进，通过降低产生噪声的激振力的响应，从而达到降低噪声的目的。

目前来看，发动机的排气噪声是液压挖掘机最大的噪声源，另外，在液压挖掘机减振降噪系统中，不仅要对发动机进行减振，还要对散热器和驾驶室设计相对应的减振器。此外，液压系统的主阀和管道由于流速过高、空穴、紊流、冲击等现象产生的振动，也会引起噪音，需要设计针对性的减振系统。同时，对于高速旋转的风扇来说，合适的风扇可使风扇强度、刚度增大，进而解决风扇高速旋转时风扇叶片振动所产生的噪声。

除上述技术之外，高压液压元件与系统的研发、液压挖掘机产品功能多样化设计等领域也是挖掘机制造商关注的焦点。从整体发展趋势来看，挖掘机的各项前沿技术也逐步得到了应用和认可。