重型工程机械电动化与混合动力趋势

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近年来，建筑行业对可持续解决方案的需求日益迫切，推动着行业向设备电动化方向转型。电动化的优势 —— 更高效率、更优性能、更低噪音以及自动化潜力，正获得更广泛的认可。电动化的核心是将内燃机替换为电力驱动源，例如由电池供电的电动机。

电池技术的进步使得建筑行业采用节能设备成为可能，这类设备还具备维护需求更低的特点。尤其值得关注的是，电动化能大幅降低碳排放量，而建筑行业目前占全球总排放量的 42%。这项碳中和、低成本的技术兼具优势与挑战。根据设备的不同应用场景，可部署不同系统，每种系统都能带来一系列效益。

建筑领域电动化的应用路径

在工程机械设备中，电动化主要适用于驱动系统和执行系统：

驱动系统：电气部件可用于驱动系统，实现加速、转向等功能。电动系统更适合处理旋转运动，是驱动系统的理想选择。

执行系统：以挖掘机为例，动臂、铲斗、辅助功能或铲刀可通过电动机或直线执行器驱动。但受限于液压系统的传统优势，执行系统的电动化效果被认为相对有限，尚未广泛普及，尤其是在需要高能量和功率密度的重型设备中，直线驱动场景下这一现象更为明显。

功率在 55 千瓦（74 马力）及以下的小型设备（如小型装载机和迷你挖掘机）更适合全电动化，因其运行所需的功率密度较低。而功率超过 100 千瓦（134 马力）的重型设备，采用全电动系统面临更大挑战。尽管电气部件历经多年发展，但采矿等行业的重型设备对功率密度的高要求，仍可能制约全电动解决方案的应用。

混合动力工程机械的优势

尽管制造商尝试了多种方案，但尚未找到能有效解决高功率密度设备能效问题的行业普适性方案。在此期间，混合动力应用正助力行业向更节能的解决方案过渡。

非公路车辆的一种潜在方案是增加电动机驱动液压泵，以控制执行回路。在建筑行业，混合动力解决方案已成功应用于多种非公路机械，尤其是在起重设备、压路机、平地机、压实机和清扫车等场景中。

内燃机的效率仅为 30-40%，大部分能量以热量和噪音形式损耗；而电机的电池转换效率可超 90%，极大减少了能量浪费。不过，这些效率优势也伴随着挑战，尤其是设备停机时间 —— 非公路机械的电池组充电可能需要数小时，而内燃机仅需几分钟加油。因此，对电动设备的日常作业路线进行战略性规划至关重要，以实现能源优化利用和停机时间管理。

电动化创新的深化

以软件为核心的电控机械在建筑行业愈发普遍。聚焦软件的解决方案为非公路机械（如紧凑型履带装载机、高空作业平台或挖掘机）带来了更多创新可能。在这些数字化系统中，提升混合动力机械液压部分的效率至关重要，而优化电液系统可进一步增强混合动力机械的效率，具体途径包括：

能量回收：利用重力辅助运动时回收能量，例如动臂执行器向下移动时。

解决节流损耗：传统系统中单个泵控制多个执行器时，因各执行器压力需求不同，会导致节流损耗。可采用排量控制和多压力轨系统等方案：

—— 排量控制：直接调节泵的流量，同时完全打开阀芯，将节流损耗降至最低，甚至可在传统系统单执行器工作时应用。

—— 多压力轨系统：结合多泵配置与软件中心系统，可在不同压力级别的执行器组合中匹配最优压力，减少损耗，尤其适用于采用液压系统的电池驱动设备，有助于缩短停机时间并优化电池效率。

跨行业应用延伸

电动化与混合动力趋势正逐步渗透至医疗、食品加工和塑料行业，为灭菌设备、输送系统和注塑设备等机械提供更清洁、更安静、更节能的解决方案，同时降低排放并提升操作精度：

医疗行业：电动设备（如成像设备、手术机器人、诊断机械）具备低噪音、高精度、低维护需求的特点，是提升患者护理和运营效率的关键。

食品加工行业：电动化可实现更清洁、更卫生的操作，减少排放，非常适合驱动搅拌机、传送带和包装系统，满足严格的卫生标准。

塑料行业：混合动力和电动解决方案可提升注塑机、挤出系统和回收设备的能源效率，降低运营成本并减少环境影响。

设备互联与未来展望

远程信息处理技术通过先进的物联网（IoT）能力实现重型机械的数字连接，能为非公路车队（尤其是电动机械）提供关键数据。无论是整地、景观施工还是物料搬运，物联网和远程信息处理系统可在以软件为核心的机器控制系统中确定最优配置，以实现效率最大化。这些互联物联网收集的数据可通过算法分析，进一步优化效率。

混合动力正成为未来的可行解决方案，而电动化在广泛应用前仍有发展空间。电动化虽前景广阔，但液压部件短期内不会被取代，仍将在非公路机械中扮演重要角色，尤其是直线运动和高功率密度需求的设备。针对每个建筑应用场景，需因地制宜确定最优系统 —— 随着以软件为核心的数字化机械创新不断推进，其将为节能作业带来更多可能性。

From：Rafael Cardoso；编辑整理：马艳双