مع زيادة صرامة لوائح حماية البيئة، تواجه صناعة آلات البناء ضغوطًا كبيرة لتقليل الانبعاثات. لقد أحدثت الملوثات المنبعثة من المعدات التي تعمل بالوقود التقليدي-تأثيرًا شديدًا على البيئة، بينما تقدم التكنولوجيا الموسعة-حلاً فعالاً لهذه المشكلة. أثناء التشغيل، يتم تشغيل آلات البناء الممتدة-بالكهرباء بشكل أساسي، ويتم تنشيط محرك الاحتراق الداخلي فقط لتوليد الكهرباء عندما يكون شحن البطارية غير كافٍ. وبالتالي، فإنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود وانبعاثات العادم. تشير البيانات ذات الصلة إلى أنه، بالمقارنة مع آلات البناء التقليدية التي تعمل بالوقود-، فإن آلات البناء الممتدة- يمكنها تقليل استهلاك الطاقة بأكثر من 30%، وانبعاثات أكسيد النيتروجين بنسبة 13% - 45%، وانبعاثات الجسيمات بنسبة 50% - 94%، وبالتالي تلبية معايير حماية البيئة المتزايدة الصرامة بشكل أفضل.
لقد دخل البحث والتطوير لموسعات النطاق - المخصصة مرحلة التحدي التكنولوجي.
بيئة تشغيل آلات البناء معقدة وقابلة للتغيير، وظروف العمل قاسية للغاية، الأمر الذي يفرض متطلبات عالية للغاية للبحث والتطوير لموسعات النطاق المخصص -. أثناء عملية البحث والتطوير، هناك صعوبات في التكامل في جوانب متعددة مثل المحرك والمحرك الكهربائي ونظام التحكم الإلكتروني. من بينها، يعد ضغط التخطيط المكاني أحد التحديات الأساسية. نظرًا للمساحة الداخلية المحدودة لآلات البناء، فمن الضروري ترتيب العديد من المكونات بشكل معقول مثل المحرك، المحرك الكهربائي، ونظام التحكم الإلكتروني في مساحة ضيقة. وهذا لا يتطلب فقط أن يكون حجم كل مكون صغيرًا قدر الإمكان، ولكنه يتطلب أيضًا تصميمًا ماهرًا لمواضع التثبيت وطرق الاتصال فيما بينها لتحقيق استخدام مدمج وفعال للمساحة.
تعد سلاسة إنتاج الطاقة أيضًا مشكلة حاسمة. في التشغيل الفعلي لآلات البناء، تحتاج المعدات إلى التشغيل والتوقف والتسريع والتباطؤ بشكل متكرر، مع تقلبات كبيرة في الحمل. يتطلب ذلك أن يستجيب خرج الطاقة لموسع النطاق- بشكل سريع للتغيرات في ظروف العمل، مع الحفاظ على الاستقرار والسلاسة، وتجنب الظواهر مثل انقطاع الطاقة، أو الارتعاش، أو التأثير لضمان دقة تشغيل وكفاءة آلات البناء مع تقليل الأضرار التي تلحق بهيكل المعدات.
إن تطوير خوارزميات التحكم الدقيقة له نفس القدر من الأهمية. يحتاج نظام التحكم الإلكتروني إلى التحكم بدقة في حالات تشغيل المحرك والمحرك استنادًا إلى ظروف العمل في الوقت الحقيقي - لآلات البناء، مثل حجم الحمولة وسرعة القيادة وشحن البطارية، لتحقيق تعاون فعال بين الاثنين. على سبيل المثال، عندما يكون شحن البطارية كافيًا ويكون الحمل صغيرًا، يجب إعطاء الأولوية لمحرك المحرك لتقليل استهلاك الطاقة؛ عندما تكون شحنة البطارية غير كافية أو يكون الحمل كبيرًا، يجب تشغيل المحرك على الفور لتوليد الكهرباء، ويجب تخصيص طاقة الخرج للمحرك والمحرك بشكل معقول لضمان التشغيل العادي للمعدات. وهذا يتطلب تطوير خوارزميات تحكم ذكية ودقيقة للغاية يمكنها معالجة كمية كبيرة من بيانات حالة العمل بسرعة ودقة واتخاذ قرارات التحكم المثلى.
يعد قمع التداخل الكهرومغناطيسي أيضًا تحديًا تقنيًا لا يمكن تجاهله. أثناء تشغيل المحركات والمحركات، يتم توليد تداخل كهرومغناطيسي قوي، مما قد يؤثر على التشغيل العادي لنظام التحكم الإلكتروني، مما يؤدي إلى مشاكل مثل إشارات التحكم المشوهة وتعطل المعدات. ولذلك، يجب اعتماد تدابير تقنية متقدمة مثل التدريع الكهرومغناطيسي والتصفية لقمع التداخل الكهرومغناطيسي بشكل فعال وضمان استقرار وموثوقية نظام التحكم الإلكتروني.
ظلت شركة XCMG تستكشف بنشاط البحث والتطوير لموسعات النطاق المخصصة-. لقد أخذوا زمام المبادرة في التعاون مع المؤسسات البحثية لإجراء أبحاث تكنولوجية، بهدف إنشاء نظام تمديد نطاق عالي الكثافة -مناسب لآلات البناء. لقد أحرزوا تقدمًا كبيرًا في تعزيز تصميم الاقتران العميق للمحركات والمولدات المخصصة. ومن خلال تحسين التصميم الهيكلي للمحركات والمولدات، فقد قاموا بإجراء الاتصال المادي وتنسيق العمل بين الاثنين بشكل أوثق، مما أدى إلى تقليل فقدان الطاقة أثناء عملية النقل وتحسين الكفاءة العامة للنظام. على سبيل المثال، من خلال اعتماد جهاز اقتران جديد، تم تحقيق اتصال مرن بين المحرك والمولد، مما يقلل بشكل فعال من الاهتزاز والضوضاء، ويحسن استقرار وموثوقية نقل الطاقة.
تعمل إستراتيجية التحكم الذكي على تحقيق الأداء-الذاتي التكيفي في جميع ظروف التشغيل
بالاستناد إلى الخبرة المتقدمة في قطاع سيارات الركاب، يعمل النظام الموسع لمجموعة الآلات الهندسية -بنشاط على تطوير إستراتيجيات تحكم ذكية متعددة-الوضع لتحقيق التشغيل التكيفي في جميع ظروف العمل. يكمن جوهر هذه الإستراتيجية في استخدام ما يزيد عن 130 خوارزمية تكيف للحالة- لتحسين بداية{5}}إيقاف النطاق الممتد-ديناميكيًا، وتوزيع الطاقة، وشحن البطارية وتفريغها، مما يتيح للآلات الهندسية الحفاظ على التشغيل الفعال في مختلف ظروف العمل المعقدة.
يعد نظام إدارة الطاقة المعتمد على الشبكات العصبية ابتكارًا مهمًا في هذا المجال. يمكن لهذا النظام أن يحدد بدقة وحقيقية-الحمل التشغيلي لآلات البناء في الوقت المناسب، سواء كان ذلك بسبب تكسر التربة القوي-أثناء الحفر أو الرفع الثقيل أثناء الرفع، ويمكنه الاستجابة على الفور. مع ضمان أن مخرجات الطاقة تلبي متطلبات التشغيل، فإنها تقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة بنسبة 15% - 20%، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة الإجمالية للنظام بشكل كبير. على سبيل المثال، في موقع بناء كبير، يمكن للحفارة الممتدة-المجهزة بنظام إدارة طاقة الشبكة العصبية، أثناء عمليات الحفر عالية الكثافة-، ضبط خرج الطاقة للمولد واستراتيجية تفريغ البطارية في الوقت الفعلي-وفقًا للتغيرات في مقاومة الحفر.
عند مواجهة طبقات التربة الأكثر ليونة، يقوم النظام تلقائيًا بتقليل قوة المعزز ويعطي الأولوية لاستخدام طاقة البطارية، وبالتالي تقليل استهلاك الوقود. ومع ذلك، عند حفر الصخور الصلبة، يتم زيادة قوة المعزز على الفور لضمان طاقة كافية، مع التحكم بشكل معقول في عمق تفريغ البطارية لتجنب التفريغ الزائد الذي قد يؤدي إلى تلف عمر البطارية. ومن خلال هذا التحكم الذكي، يوفر هذا الحفار، خلال فترة بناء مدتها شهر واحد-حوالي 20% من استهلاك الوقود مقارنة بالحفارات التقليدية التي تعمل بالوقود-. وفي الوقت نفسه، فإنه يقلل من انبعاثات العادم ويقلل التلوث على البيئة المحيطة.
علاوة على ذلك، يمكن أيضًا تعديل إستراتيجية التحكم الذكي هذه بمرونة وفقًا لسيناريوهات العمل المختلفة. عند إجراء العمليات الداخلية، نظرًا للمتطلبات الصارمة للضوضاء والانبعاثات، سيعتمد النظام بشكل تفضيلي الوضع الكهربائي النقي لتلبية احتياجات حماية البيئة والهدوء؛ أثناء العمليات الخارجية طويلة المدى- حيث يكون الشحن غير مناسب، فإنه سيتم تحسين العمل التعاوني لموسع النطاق والبطارية لضمان إمكانية التشغيل المستمر للمعدات.
يمكن معالجة الضعف في أداء درجات الحرارة المنخفضة-من خلال العديد من الإنجازات التكنولوجية.
في مجال آلات البناء، كانت مسألة قدرة البطارية على التحمل في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة- دائمًا أحد العوامل الرئيسية التي تحد من تطورها. خاصة في المناطق الباردة، مثل شمال شرق الصين ومنغوليا الداخلية، غالبًا ما تنخفض درجات الحرارة في فصل الشتاء إلى عدة درجات تحت الصفر أو حتى أقل. ويشكل هذا تحديًا كبيرًا لأداء البطارية وقوة تحمل آلات البناء. وفقًا للبيانات ذات الصلة، في ظروف درجات الحرارة المنخفضة-، قد ينخفض نطاق التحمل للبطاريات التقليدية بأكثر من 50%، مما يؤثر بشكل خطير على كفاءة التشغيل ونطاق تطبيق آلات البناء.
ولحل هذه المشكلة، تستكشف الصناعة بنشاط وسائل تقنية مختلفة لتحقيق التحسين المنسق للإدارة الحرارية وتكنولوجيا البطاريات. تعد تقنية استعادة الحرارة المهدرة واحدة من التقنيات الرئيسية فيما بينها. من خلال التصميم المبتكر للمبادلات الحرارية وغيرها من المعدات، من الممكن جمع كمية كبيرة من الحرارة المهدرة الناتجة أثناء تشغيل المحرك بشكل فعال. وإلا فإن هذه الحرارة المهدرة سيتم تفريغها مباشرة في الغلاف الجوي، مما يسبب هدر الطاقة. والآن يمكن استخدامه لتسخين البطارية. على سبيل المثال، اعتمدت علامة تجارية معينة من آلات البناء نظامًا متقدمًا لاستعادة الحرارة المهدورة، حيث يتم إدخال الحرارة المهدورة للمحرك إلى جهاز تسخين البطارية، مما يمكّن البطارية من الحفاظ على درجة حرارة عمل أكثر ملاءمة في بيئات درجة الحرارة المنخفضة-، مما يقلل بشكل فعال من تدهور سعة البطارية وبالتالي توسيع النطاق. من خلال الاختبار الفعلي، في بيئة تبلغ -20 درجة، زاد نطاق آلات البناء هذه بحوالي 20% مقارنة عندما لم يتم استخدام تكنولوجيا استعادة الحرارة المهدرة.
كما تتطور تقنية التسخين النبضي باستمرار، مما يوفر حلولاً جديدة لتحسين الأداء في درجات الحرارة المنخفضة. لقد حققت تقنية التسخين النبضي التي طورتها جامعة تسينغهوا أداءً جيدًا بشكل استثنائي. في بيئة قاسية تصل إلى -30 درجة، يستغرق الأمر 5 دقائق فقط لتسخين البطارية إلى درجة حرارة الغرفة، مع معدل تسخين يصل إلى 8 درجات / دقيقة. يتمثل مبدأ هذه التقنية في الاستفادة من خاصية المقاومة الداخلية المتزايدة للبطارية عند درجات الحرارة المنخفضة، وتوليد حرارة جول من خلال الشحن والتفريغ عالي التردد- لتحقيق تسخين ذاتي سريع للبطارية. على سبيل المثال، باستخدام اللودر الكهربائي الذي طبق تقنية التسخين النبضي هذه، أثناء عمليات درجات الحرارة المنخفضة-في فصل الشتاء، يمكنه رفع درجة حرارة البطارية بسرعة، مما يمكّنها من الوصول بسرعة إلى حالة العمل المثالية، وتحسين سرعة بدء التشغيل والكفاءة التشغيلية للمعدات بشكل كبير، وحل مشكلات صعوبة المعدات في بدء التشغيل وانخفاض الكفاءة في البيئات منخفضة الحرارة في الماضي بشكل فعال.
بدأت بطاريات أيونات الصوديوم-، بمزاياها الفريدة، في ترك بصمتها تدريجيًا في مجال آلات البناء. نجحت بطارية Xiongyao من شركة CATL، والتي تستخدم تقنية هجينة الصوديوم- من الليثيوم، في تحقيق التفريغ عند درجة -40 درجة والشحن عند درجة -30 درجة، مما يكسر قيود البطاريات التقليدية في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-. في بعض سيناريوهات التشغيل الخاصة ذات المتطلبات العالية للغاية لأداء درجات الحرارة المنخفضة{{10}، مثل البحث العلمي القطبي وإنشاء البنية التحتية في المناطق الباردة، أظهرت بطاريات أيونات الصوديوم- إمكانات تطبيقية كبيرة. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، تظهر بطاريات أيون الصوديوم- موصلية أيونية أفضل ونشاط تفاعل كهربائي أفضل في ظروف درجات الحرارة المنخفضة-، مما يحافظ على قدرة تفريغ عالية وكفاءة تفريغ الشحن، مما يوفر ضمانًا قويًا للتشغيل المستقر لآلات البناء في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
يعد تكامل أنظمة المضخات الحرارية أيضًا إجراءً حاسمًا لتحسين أداء درجات الحرارة المنخفضة-.كلفنتدمج تقنية المضخة الحرارية للمصدر-الثلاثية مصدر الهواء-والمحرك-المصدر والبطارية-المضخات الحرارية المصدر، مما يحقق نقلًا فعالًا للحرارة وجودة حرارية محسنة، الأمر الذي يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة في فصل الشتاء بنسبة 50%. أثناء اختبار الطريق في تانغشان، وفرت المضخة الحرارية-المصادر الثلاثة 40.5 كيلووات ساعة من الكهرباء طوال اليوم، مع معدل توفير للطاقة-يصل إلى 15.9%. من خلال الجمع بين نظام المضخة الحرارية ونظام الإدارة الحرارية للبطارية، يمكن الاستفادة الكاملة من الحرارة الموجودة في البيئة والحرارة المهدرة المتولدة أثناء تشغيل المعدات لتوفير مصدر حرارة دافئ للبطارية والكابينة. وهذا لا يلبي احتياجات التسخين للمعدات فحسب، بل يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة الإضافي، مما يعزز قدرة تحمل المعدات وأدائها التشغيلي في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-.