工程機械節(jié)能降耗新途徑

【摘要】工程機械在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到不可替代的作業(yè)。本文主要分析工程機械節(jié)能降耗技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并從新材料、發(fā)動機新技術和熱管理系統(tǒng)三個角度來探討節(jié)能降耗的新途徑。

【關鍵詞】工程機械；節(jié)能降耗；新技術

引言

在當代文明的進步已經(jīng)越來越離不開工程機械的應用，但是工程機械在給社會創(chuàng)造財富的同時也大量的消耗著地球上的資源，同時也地球的氣候和環(huán)境帶來了嚴重的影響，已經(jīng)有越來越多的學者都呼吁節(jié)能減排和環(huán)境保護。因此，工程機械的研發(fā)需要更多的考慮到產(chǎn)品的能耗和能量使用率。

1、工程機械節(jié)能降耗的研究現(xiàn)狀

在國外已經(jīng)有許多公司已經(jīng)研發(fā)出新型的節(jié)能降耗的工程機械，并取得了顯著的成果?？ㄌ乇死展就瞥鯠7E推土機，采用柴油機-1個發(fā)電機-2個電動機的油電混合動力模式，能將瞬間釋放的能量加以應用，最多能比普通的推土機降低30%的油耗。小松集團推出的PC200-8液壓挖掘機采用柴油機-發(fā)電機-電動機-電容器并聯(lián)油電混合的動力模式，實現(xiàn)回轉制動能量回收，最多能比普通的液壓挖掘機降低25%油耗率。歐美、日本等發(fā)達國家的工程機械節(jié)能技術已經(jīng)很成熟。

目前，我國工程機械的節(jié)能降耗技術尚處在初步階段，但是也有像三一重工、山東臨工工程機械有限公司、廈工集團等國內(nèi)機械制造企業(yè)也研制出一些節(jié)能效果相對不錯的產(chǎn)品。他們的代表產(chǎn)品有SY215C型混合動力挖掘機、LG953L節(jié)能型輪胎式裝載機和XG955天然氣發(fā)動機輪式裝載機等。此外，政府的研究機構也開始重視節(jié)能減排技術的研究，由科技部資助由廣西柳工機械股份有限公司和江麓機電科技公司聯(lián)合研究的國家“863”重點支撐項目“新型混合動力工程機械關鍵技術及系統(tǒng)”已經(jīng)正式啟動，該項目節(jié)能降耗的思路是將大臂和回轉制動勢能回收利用從而達到節(jié)能降耗的目的。但是相比國外的技術，我國的節(jié)能工程機械產(chǎn)品還存在問題，節(jié)能效果也遠遠達不到國外的水平，主要是電子控制技術和混合動力技術上的差異。

2、工程機械制造材料的選用

2.1可回收材料的應用

在工程機械的設計和生產(chǎn)中要盡量使用可回收、能再生、能降解的材料，并且的要采用合理的工藝，盡量不讓在機械生產(chǎn)中釋放的物質對環(huán)境造成損害。同時可回收、易降解的材料制成的工程機械產(chǎn)品的回收再利用難度也大大的降低。

2.2合理的設計理念

在工程機械的設計要本著低耗損、輕重量、壽命長的設計理念。低損耗就是減少工程機械的能量消耗量，能減少對資源的消耗和環(huán)境的損害；輕重量就是在保證產(chǎn)品的各項性能不影響生產(chǎn)的需求的同時盡量降低產(chǎn)品的重量和體積；產(chǎn)品長就能保障產(chǎn)品的使用周期長，從而減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)量，也就減少了生產(chǎn)工程機械產(chǎn)品時的能量損耗。

2.3采用環(huán)保材料

工程機械的生產(chǎn)中盡量的使用環(huán)保的材料，因為工程機械的使用中其部件的某些材料很可能會產(chǎn)生分解從而產(chǎn)生對不利于環(huán)境的物質。如工程機械的涂膠、蓄電池、散熱器等部位要使用環(huán)保材料。

3、發(fā)動機的節(jié)能降耗技術

3.1合理確定工作載荷傳統(tǒng)

傳統(tǒng)的發(fā)動機設計是層層加碼的模式，這就導致了發(fā)動機參數(shù)的被過于放大，使得發(fā)動機的機型和尺寸都大于實際需求，常常會大致“大馬力帶小輪”的情況，從而使能量嚴重的浪費。因此為了實現(xiàn)節(jié)能降耗的設計目的，就有必要根據(jù)實際的功率的需求，合理的設計發(fā)動機的參數(shù)，在設計過程中要仔細、系統(tǒng)的分析，采用合理的模型進行優(yōu)化，盡量使發(fā)動機的參數(shù)接近實際需求。

3.2液壓系統(tǒng)的合理設計

液壓系統(tǒng)是工程機械節(jié)能設計的重要組成部分，不當?shù)脑O計方式會影響系統(tǒng)的能耗和性能，如在液壓系統(tǒng)的進油端設計節(jié)流閥以調節(jié)液壓油的流速會，這種設計思路會嚴重的影響系統(tǒng)的效率，同時也會使液壓油的溫度升高，提高系統(tǒng)的故障率。如果設計目的沒有特定的功能，一般都采用定量泵-變量馬達或變量泵-定量馬達的設計，這種容積式調速回路會提高系統(tǒng)的效率，降低系統(tǒng)的溫度。

3.3建立能量回收系統(tǒng)

工程機械在運行的時候，由于各種生產(chǎn)的特點會頻繁的出現(xiàn)制動、減速等運行狀況，這樣就會使得動能轉化為熱能，如果這種熱能沒有回收利用，就達不到節(jié)能的目的，同時也使減速裝置和制動裝置頻繁的受熱而出現(xiàn)故障。因此，為了減少能量的損失，提高部件的使用壽命，可以考慮建立能量回收系統(tǒng)來實現(xiàn)。一般可以通過將工程機械的勢能轉化為電能，并利用蓄電池儲存起來，并加以利用，根據(jù)目前這種系統(tǒng)的應用來看，最多可以減少25%的能耗。

4、工程機械熱管理系統(tǒng)的改進

工程機械的熱管理系統(tǒng)包括液壓油冷卻器、風扇、發(fā)動機散熱器。熱管理系統(tǒng)的運行效果之間影響到工程機械的能量使用情況。

4.1采用重量較輕的元件

在不影響工程機械性能的情況下，盡量的采用重量較輕的風扇、散熱器、泵等熱管理系統(tǒng)部件，這樣可以大大的減少燃油的使用量。美國已經(jīng)開發(fā)出新的石墨泡沫材料，其導熱率是傳統(tǒng)的鋁泡沫的10倍，這樣就可以用最小的體積和重量來實現(xiàn)相同的散熱效果。

4.2采用高效的冷卻液

冷卻液的性能直接影響熱管理系統(tǒng)的散熱效果，傳統(tǒng)的冷卻液包括水、機油、乙二醇及其混合物等，但是其傳熱效果卻沒有達到要求。因此可以向傳統(tǒng)的冷卻液中加入納米顆粒來提高冷卻液的傳熱效果。根據(jù)有關實驗表明，在傳統(tǒng)冷卻液體中加入1%的CuO納米顆粒，可以提高40%的熱導率。高效的冷卻液的可以保障發(fā)動機在溫度環(huán)境中運行，從而提高發(fā)動機的效率。

4.3采用智能化部件

傳統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的散熱部件風扇的風速的保持不變的，而許多工程機械的工作油溫度保持在30℃-60℃之間會起到最好的效果，因此可將風扇進行智能化改進，可以根據(jù)工作油溫度的變化來調節(jié)風扇的風速大小，這不但能減少能量的損耗，還可以提高機械的運行效率。

5、結束語

節(jié)能環(huán)保型是工程機械未來的發(fā)展趨勢，這是環(huán)境污染、資源緊張以及人們意識提高所導致的。我國雖然在工程機械節(jié)能技術研究的起步晚，節(jié)能效果也不如國外產(chǎn)品效果明顯，但是唯有不斷的創(chuàng)新，從不同的思路來考慮工程機械的節(jié)能設計，同樣可以達到很好的節(jié)能效果。

參考文獻

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作者簡介

傅永江（1991年9月），性別：男，民族：漢族，籍貫：浙江諸暨，學歷：本科，職稱：無，研究方向：機械設計制造及其自動化。