前言

隨著社會經濟的高速發展，能源和環境保護成為全球面臨的共同問題。工程機械是能源消耗大戶，也是環境污染的重要黑手，因此，針對工程機械的節能減排，國內外學者進行了大量的研究。隨著電動汽車的大規模使用，工程機械的電動化也逐漸引起各主機廠和研究機構的注意。但目前的電動化僅僅是以電動機代替內燃發動機，沒有充分發揮電動機的優勢，也沒有按照電動機的工作特性匹配液壓系統。本書作者及所在團隊自2011年開始進行電動工程機械相關研究，與國內外多家知名廠家進行了深入合作，研發出了電動輪式挖掘機、電動履帶挖掘機、電動裝載機、電動重型叉車等多種樣機，有些樣機已經在工地進行現場施工，獲得了使用方的肯定。作者總結了電動工程機械方面的研究心得，并結合目前的研究現狀、關鍵技術等，為從事電動工程機械的科研人員和技術人員提供研發參考，并提供新的研究思路。

本書按照電動液壓挖掘機的關鍵技術展開，系統地分析了電動挖掘機的動力系統及其驅動方案、主驅電動機及液壓系統的控制策略等，并結合目前的典型樣機，說明目前的技術應用情況。本書第1章簡單介紹了工程機械電動化的背景和意義，包括電動挖掘機，電動汽車關鍵技術、工業用電動機驅動技術及油電混合動力系統的相關技術在電動挖掘機技術中的移植性；第2章對液壓挖掘機的發展歷程、基本工作循環及挖掘機常用液壓系統及其控制策略進行了詳細介紹，分析了挖掘機的典型工況及主要的關鍵技術；第3章首先分析了挖掘機的動力系統和動力總成的復合模式，并對挖掘機的直線運動和旋轉運動執行器進行了討論，最后討論了幾種典型的電動挖掘機的驅動方案；第4章主要討論了電動挖掘機主驅電動機及矢量脈寬調制原理，從常用電動機介紹、電動機數學模型建立、與電動機連接的液壓泵的數學模型建立、空間矢量脈寬調制的基本原理、永磁同步電動機矢量控制策略、矢量控制系統調節器設計及電動機控制策略仿真等方面展開詳細討論；第5章主要討論了電動挖掘機新型電液控制系統、系統速度控制數學模型的建立及關鍵元件參數優化設計等；第6章主要討論了電動挖掘機新型自動怠速控制技術，從怠速系統的分段劃分規則、分段控制策略及液壓蓄能器與最大負載的壓力適應補償壓差優化策略及試驗等方面展開，并討論了永磁同步電動機驅動型電動挖掘機自動怠速控制；第7章主要針對液壓挖掘機的液壓系統，討論了基于變轉速控制的定量泵負載敏感控制策略、基于變轉速控制的變量泵負載敏感控制策略和基于變轉速控制的正流量液壓系統等，分別討論了它們的方案、控制策略、仿真和試驗；第8章主要討論了基于電動機控制的新型恒功率控制，詳細介紹了分段恒功率控制方案設計、仿真和試驗；第9章主要介紹了目前典型的電動化工程機械的總體研究進展，并對改裝型電動挖掘機、移動電源車供電型電動挖掘機、蓄電池供電型電動挖掘機、電網蓄電池復合供電型電動履帶式挖掘機和全電動挖掘機等典型案例進行了詳細介紹；第10章總結了目前電動工程機械技術的特點，分析了電動挖掘機技術發展的技術瓶頸與難點，并對未來發展趨勢進行了展望和預測。

本書內容是作者及所在團隊在電驅動領域近十年的研究經驗和積累，很多研究方案和研究成果均為本團隊的研發成果，經過了試驗驗證和樣機的測試。通過閱讀本書，讀者能夠了解目前較為成熟的電驅動方案，包括電動機選型及控制、蓄電池選擇、液壓系統及控制策略、動力系統匹配等。本書中的大部分方案和結構均為本團隊成員及所指導研究生的原創性成果，希望與廣大讀者共同探討。

本書由林添良撰寫第1~3章和第5~7章，陳其懷撰寫第8~10章，付勝杰撰寫第4章，全書由林添良統稿。本書在撰寫過程中，獲得了國內外相關專家學者的支持和肯定，感謝所有從事工程機械節能研究和電驅動研究工作的專家學者，尤其是本書所有引用參考文獻的作者，為本書的寫作提供的基本素材。感謝作者所在團隊的老師和研究生為本書提供的數據、圖片等素材，并對初稿提出的一些建設性意見，及在繪制插圖和對文字校訂工作中付出的辛勤勞動。由于本書的字數較多，參考文獻眾多，對一些相近的研究只給出了部分的參考文獻，而沒有一一進行羅列，懇請相關作者諒解。

感謝浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室楊華勇院士、王慶豐教授、徐兵教授和謝海波教授等長期對華僑大學智能電液控制與節能技術研究團隊成員的栽培和支持；感謝太原理工大學權龍教授課題組、哈爾濱工業大學姜繼海教授課題組、燕山大學孔祥東教授課題組、北京航空航天大學焦宗夏教授課題組、日本日立建機株式會社（Hitachi Construction Machinery Co.,Ltd.）、福建華南重工機械制造有限公司、廈門廈工機械股份有限公司等對華僑大學智能電液控制與節能技術研究團隊的支持和關心！

本書在成稿過程中難免存在疏漏和不足之處，懇請讀者批評指正。

作者