ПЕРСПЕКТИВИ ПОЄДНАННЯ ГІДРАВЛІЧНОГО ТА ЕЛЕКТРИЧНОГО ПРИВОДУ В МОБІЛЬНИХ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИНАХ
Анотація
Сучасні системи гідроприводу мають доволі низьку енергетичну ефективність, яка складає лише близько 21-22%, цьому сприяють застосування великої кількості керуючих дроселюючих клапанів та втрати енергії безпосередньо в гідролініях та гідропристроях. Одним із способів зменшення втрат енергії в гідросистемах мобільних машинах є поєднання гідравлічного та електричного приводів. Додатковою перевагою такого поєднання є також можливість рекуперації саме електричної енергії, що підвищує енергоефективність таких машин. Підвищення ефективності машин шляхом відмови від централізованої системи гідроприводу з клапанним керуванням потоком рідини та переходу до зонального гідроприводу з електронасосним керуванням потоком міститься в багатьох наукових працях, де зазначається висока енергетична ефективність децентралізованих систем гідроприводу (до 75% порівняно з традиційними системами). Ступінь насичення сільськогосподарських машин гідравлічним приводом різниться, залежно від функціонального призначення цих машин їх інноваційних вдосконалень та вартості. Поєднання електричного та гідравлічного приводів в цих машинах можна розглядати в декількох напрямках: електричне керування гідравлічною апаратурою та керування потоком з допомогою електричних двигунів, які можуть змінювати швидкість обертання валу привода гідравлічного насоса. В свою чергу застосування електричного приводу для приводу гідравлічних елементів може застосовуватись у наступних варіантах: гібридна концепція, коли в загальну схему гідроприводу вводяться привідні елементи електроприводу; концепція загального гідроприводу, коли один електричний двигун та гідравлічний насос використовують для роботи всієї гідравлічної системи машини; концепція зонального гідроприводу, коли на кожний виконавчий механізм встановлюється окремий електродвигун в парі з гідравлічним насосом. Аналіз існуючих способів вдосконалення систем гідроприводу шляхом поєднання його з електроприводом показує, що більш перспективним вважається розвиток зональних та гібридних електрогідравлічних систем, а більшість останніх наукових розробок пов’язаних з електрогідравлічним приводом відносяться до тракторів загального призначення та самохідних машин, де в основному досліджуються централізовані та децентралізовані електрогідравлічні системи.
Посилання
2. Burke, A., & Miller, M. (2011). The power capability of ultracapacitors and lithium batteries for electric and hybrid vehicle applications. Journal of Power Sources, 196(1), 514-522. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.092
3. Campillo, J., Ghaviha, N., Zimmerman, N., & Dahlquist, E. (2015, March). Flow batteries use potential in heavy vehicles. In 2015 International conference on electrical systems for aircraft, railway, ship propulsion and road vehicles (ESARS) (pp. 1-6). IEEE. https://doi.org/10.1109/ESARS.2015.7101496
4. Exner, H. (1991). Basic principles and components of fluid technology. Mannesmann Rexroth.
5. Fassbender, D., Zakharov, V., & Minav, T. (2021). Utilization of electric prime movers in hydraulic heavy-duty-mobilemachine implement systems. Automation in Construction, 132, 103964. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103964
6. Gonzalez-de-Soto, M., Emmi, L., Benavides, C., Garcia, I., & Gonzalez-de-Santos, P. (2016). Reducing air pollution with hybrid-powered robotic tractors for precision agriculture. Biosystems Engineering, 143, 79-94. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2016.01.008
7. Huang, L., Krigsvoll, G., Johansen, F., Liu, Y., & Zhang, X. (2018). Carbon emission of global construction sector. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1906-1916. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.06.001
8. Inderelst, I. M., Prust, I. D., & Siegmund, M. (2020). Electro-hydraulic SWOT-analysis on electro-hydraulic drives in construction machinery. 12th International Fluid Power Conference (12. IFK). Dresden, October 12–14, 2020 https://doi.org/10.25368/2020.8
9. Ivantysynova, M. (2002, March). Displacement controlled actuator technology-future for fluid power in aircraft and other applications. In Proc. of the 3rd International Fluid Power Conference (3. IFK) (Vol. 2, pp. 425-440).
10. Kalociński, T. (2022). Modern trends in development of alternative powertrain systems for non-road machinery. Combustion Engines, 61(1). https://doi.org/10.19206/CE-141358
11. Ketelsen, S., Andersen, T. O., Ebbesen, M. K., & Schmidt, L. (2019, October). Mass estimation of self-contained linear electro-hydraulic actuators and evaluation of the influence on payload capacity of a knuckle boom crane. In Fluid Power Systems Technology (Vol. 59339, p. V001T01A045). American Society of Mechanical Engineers. https://doi.org/10.1115/FPMC2019-1689
12. Ketelsen, S., Padovani, D., Andersen, T. O., Ebbesen, M. K., & Schmidt, L. (2019). Classification and review of pumpcontrolled differential cylinder drives. Energies, 12(7), 1293. https://doi.org/10.3390/en12071293
13. Lajunen, A., Sainio, P., Laurila, L., Pippuri-Mäkeläinen, J., & Tammi, K. (2018). Overview of powertrain electrification and future scenarios for non-road mobile machinery. Energies, 11(5), 1184. https://doi.org/10.3390/en11051184
14. Lajunen, A., & Suomela, J. (2012). Evaluation of energy storage system requirements for hybrid mining loaders. IEEE transactions on vehicular technology, 61(8), 3387-3393. https://doi.org/10.1109/TVT.2012.2208485
15. Li, P. Y., Siefert, J., & Bigelow, D. (2019, October). A hybrid hydraulic-electric architecture (HHEA) for high power offroad mobile machines. In Fluid Power Systems Technology (Vol. 59339, p. V001T01A011). American Society of Mechanical Engineers. https://doi.org/10.1115/FPMC2019-1628
16. Li, T., Liu, H., Zhao, D., & Wang, L. (2016). Design and analysis of a fuel cell supercapacitor hybrid construction vehicle. International Journal of Hydrogen Energy, 41(28), 12307-12319. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.040
17. Lodewyks, I. J., & Zurbrügg, D. I. P. (2016). Decentralized energy-saving hydraulic concepts for mobile working machines. 10th International Fluid Power Conference (10. IFK) March 8 – 10, 2016, Vol. 2, pp. 79-90.
18. Love, L. J., Lanke, E., & Alles, P. (2012). Estimating the impact (energy, emissions and economics) of the US fluid power industry. Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN. https://doi.org/10.2172/1061537
19. Lu, L., Han, X., Li, J., Hua, J., & Ouyang, M. (2013). A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. Journal of power sources, 226, 272-288. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.10.060
20. Michel, S., & Weber, J. (2017, October). Investigation of self-contamination of electrohydraulic compact drives. In Proceedings of the 10th JFPS International Symposium on Fluid Power, Fukuoka, Japan (pp. 24-27).
21. Moreda, G. P., Muñoz-García, M. A., & Barreiro, P. J. E. C. (2016). High voltage electrification of tractor and agricultural machinery–A review. Energy Conversion and Management, 115, 117-131. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.02.018
22. Padovani, D., Rundo, M., & Altare, G. (2020). The working hydraulics of valve-controlled mobile machines: Classification and review. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 142(7), 070801. https://doi.org/10.1115/1.4046334
23. Peitsmeyer D. (2020) High-efficiency hydraulics for electrically powered machines. Fluid Power World. p. 44-48.
https://issuu.com/wtwhmedia/docs/fpw_october_2020
24. Pietrzyk, T., Roth, D. J., Schmitz, K., & Jacobs, G. (2018). Design study of a high-speed power unit for electro hydraulic actuators (EHA) in mobile applications (pp. 233-245). Universitätsbibliothek der RWTH Aachen. https://doi.org/10.18154/RWTH-2018-224632
25. Qu, S., Vacca, A., Fassbender, D., Busquets, E., & Rexroth, B. (2020, October). Formulation, Design and Experimental Verification of an Open Circuit Electro-Hydraulic Actuator. In Proceedings of the 2020 IEEE Global Fluid Power Society PhD Symposium (GFPS), Online (pp. 19-21). URL https://www.researchgate.net/publication/344773454_Formulation_Design_and_Experimental_Verification_of_an_Open_Circuit_Electro-Hydraulic_Actuator.
26. Qu, S., Zappaterra, F., Vacca, A., Liu, Z., & Busquets, E. (2022). Design and Verification of An Open-Circuit Electro-Hydraulic Actuator System with An Integrated Electro-Hydraulic Unit. In Proceedings of the 13th International Fluid Power Conference (13. IFK),Aachen, Germany, 13–15 June 2022.
27. Quan, Z., Ge, L., Wei, Z., Li, Y. W., & Quan, L. (2021). A survey of powertrain technologies for energy-efficient heavyduty machinery. Proceedings of the IEEE, 109(3), 279-308. https://doi.org/10.1109/JPROC.2021.3051555
28. Ristic, M., & Wahler, M. (2018). Electrification of hydraulics opens new ways for intelligent energy-optimized systems. Universitätsbibliothek der RWTH Aachen.
29. Sharpe, B. (2019). Zero-emission tractor-trailers in Canada. Retrieved from the International Council on Clean Transportation website: https://theicct. org/publications/zero-emissiontractor-trailers-canada.
30. Vacca, A. (2018). Energy efficiency and controllability of fluid power systems. Energies, 11(5), 1169. https://doi.org/10.3390/en11051169
31. Zhang, W., Wang, J., Du, S., Ma, H., Zhao, W., & Li, H. (2019). Energy management strategies for hybrid construction machinery: Evolution, classification, comparison and future trends. Energies, 12(10), 2024. https://doi.org/10.3390/en12102024
32. Zhang, S., Minav, T., & Pietola, M. (2017, December). Decentralized hydraulics for micro excavator. In Proceedings of 15: th Scandinavian International Conference on Fluid Power, June 7-9, 2017, Linköping, Sweden (No. 144, pp. 187-195). Linköping University Electronic Press. https://doi.org/10.3384/ecp17144187
ISSN 
ISSN 
