龐琳娜
摘要:液壓挖掘機是一種多功能機械,被廣泛應用到建筑、水利、交通以及礦山挖掘工作中,是一種以液壓技術為基礎的挖掘機,主要包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等,能夠在惡劣條件下完成挖掘工作,加快建設進程,具有良好的應用效果。因此,本文主要分析挖掘機的能耗問題,分析傳統(tǒng)液壓挖掘機采用的技能技術,并闡述新型節(jié)能技術。
關鍵詞:液壓挖掘機;傳統(tǒng)技術;節(jié)能技術
0? 引言
液壓挖掘機消耗的能量較大,將其應用到工程建設中,盡管能夠有效提升建設效率,但是會消耗大量的能量,造成能源浪費,針對這一情況,需要對液壓挖掘機進行節(jié)能技術分析,盡可能減少能耗,實現(xiàn)高效率工作。
1? 挖掘機的能耗問題
一般挖掘機開展的工作范圍較廣,工作條件較為惡劣,在一個土方工程中,有將近一半以上的土方量由挖掘機進行挖掘工作,促使挖掘機在各種工程建設中發(fā)揮了巨大作用。但是,挖掘機前端工作裝置的質量較大,很容易在開展工作的過程中出現(xiàn)動臂下降的情況,消耗大量的能量,而且消耗的能量還會轉變?yōu)橐簤合到y(tǒng)中液壓油的內容,促使液壓油的溫度升高,導致挖掘機的使用效率低下,并減短使用壽命。挖掘機表現(xiàn)出來的耗油量高、尾氣污染等引起了機械制造行業(yè)的廣泛關注。根據(jù)相關統(tǒng)計和研究,發(fā)現(xiàn)大型挖掘機對能量的使用效率僅有五分之一,整體結構消耗能量較少,大多數(shù)能量被消耗在液壓系統(tǒng)中,而且液壓系統(tǒng)對能量的利用率也較低,僅有三分之一,這些都是導致挖掘機效率低下的主要原因。因此,挖掘機的液壓系統(tǒng)存在較大的改進空間,能創(chuàng)新節(jié)能技術,促進挖掘機向著節(jié)能方向發(fā)展。通常挖掘機液壓系統(tǒng)產生的能耗問題主包括四方面:第一,溢流。挖掘機出現(xiàn)溢流情況主要是在工作過載情況下發(fā)生,這時液壓泵的輸出壓力大于安全閥的壓力,導致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)溢流情況。第二,沿程。導致該情況產生主要是由于出現(xiàn)黏性摩擦,增加摩擦力的同時造成了瓦力損失,針對這種情況,可以通過選擇合適的材料或者優(yōu)化管路進行完善,減少沿程壓力造成的損失。第三,匹配。挖掘機在工作的過程中,由于負載變化較快,特別是在小負載高速運轉的過程中不容易進行匹配,只能安裝快速反應回路解決這一問題,比如可以在挖掘機系統(tǒng)中添加負載敏感系統(tǒng)。第四,動能和勢能。液壓挖掘機的動臂和斗桿在工作時,由于質量較大,所產生的動能和勢能也較大,造成動能和勢能損失。
2? 液壓挖掘機傳統(tǒng)節(jié)能技術
傳統(tǒng)挖掘機采用的柴油機產生動力,在柴油機上采用的節(jié)能技術主要包括燃燒室優(yōu)化技術、渦輪增壓技術、燃油泵匹配技術以及拓寬柴油機油耗區(qū)以及電控燃油噴射技術等等,目前,這些技術已經被廣泛應用到挖掘機的發(fā)動機上。在動力系統(tǒng)中,很多挖掘機采用機械控制燃油噴射的柴油機,機械控制的轉速會對噴油泵的循環(huán)供油量以及噴射角造成一定的影響,導致在不同轉速下無法提供足量的燃油,因此,在強負載情況下,柴油機的工作效率較低。國外其他國家在挖掘機中使用電噴柴油機,噴油狀態(tài)和規(guī)律能夠結合挖掘機實際工作情況進行改變,假如負荷顯著改變,噴油機就會做出相應的調整,進而提升燃燒效率。
另外,一般中型挖掘機使用2個恒功率變量泵作為主要動力,采用交叉功率方式進行控制,由于恒功率控制需要依靠兩只彈簧的近似值才可以確定,得到的數(shù)值并不是絕對的恒功率,因此需要對泵和發(fā)動力進行匹配控制,這樣才能起到節(jié)能的效果,比如增加負載自適應控制、轉速控制或者模糊PID控制等等。
3? 液壓挖掘機的新型節(jié)能技術
3.1 震動掘削技術
在液壓挖掘機工作過程中融入震動掘削相關原理和技術,研究鏟斗液壓缸震動掘削減少阻力的方式達到能耗降低的目的,進而能夠減少挖掘過程中產生的阻力,提升工作效率,進而實現(xiàn)液壓挖掘機的節(jié)能發(fā)展。在震動掘削的過程中,將鏟刃部分的震動作用于土壤上,這樣能夠有效進行土壤挖掘。相關專家對其進行一定研究,發(fā)現(xiàn)在一定情況下,正弦波產生的震動掘削相比靜態(tài)的掘削能夠有效降低無桿腔的壓力,降低量約為17.19%,還能實現(xiàn)能耗降低,降低約19.04%。但是還有相關專家對此在黏性土壤中進行實驗,發(fā)現(xiàn)震動掘削相比靜態(tài)掘削能夠降低壓力40%,因此,需要進一步研究震動掘削相關理論。
3.2 負載口單獨控制技術
挖掘機在工作的過程中,泵的壓力以及流量都會發(fā)生一定的變化,而且不同速度以及位置,各個元件對壓力和流量的需求也不同。所以,相關設計開發(fā)公司結合這種原理,設計了雙閥芯的系統(tǒng),能夠獨立控制每一個元件的進油和回油產生的壓力和流量,然后通過計算機的算法計算出該裝置能量分配情況,促使泵和發(fā)動機進行匹配。
3.3 二次調節(jié)靜液傳動技術
該技術主要應用于液壓挖掘機的恒壓耦聯(lián)系統(tǒng)中,系統(tǒng)中的二次元件馬達、泵能夠不產生損耗的從恒壓網(wǎng)絡中獲取能量。恒壓網(wǎng)絡中的液壓元件能夠進行排量調節(jié),在挖掘機中,液壓缸是主要的執(zhí)行元件,橫截面積不會發(fā)生改變,因此排量也不會發(fā)生改變。在對其進行研究的過程中,有一些研究者提出采用接入液壓變壓器的方式,實現(xiàn)對恒壓油量以及負載的匹配,盡管現(xiàn)階段液壓變壓器技術還未進一步完善,但是二次調節(jié)靜液擦傳動技術還是能夠應用到液壓挖掘機的回轉系統(tǒng)中,將液壓馬達替換回轉馬達。根據(jù)實踐發(fā)現(xiàn),將該技術應用到液壓挖掘機上,單位時間內的耗油量明顯下降,下降值約為5%,而且單位時間挖掘的土方量也明顯增加,增加值約為3%。
3.4 混合動力技術
為了減少能耗,提升挖掘機的能量利用率,各個國家挖掘機制造企業(yè)逐漸對混合動力技術進行深入研究。混合動力技術主要是將輔助動力和發(fā)動機聯(lián)合起來產生動力,這樣能夠對發(fā)動機的功率進行改善,實現(xiàn)功率平衡,消除極端功率,保證發(fā)動機處于高效燃油狀態(tài)下,進而降低能耗。另外,混動動力技術還能實現(xiàn)能量的回收,減少發(fā)動機作業(yè)時產生的熱量,進而對能量進行回收再利用,起到降低能耗的效果。針對混合動機技術節(jié)能方面的研究,浙江大學線管研究博士針對發(fā)動機開展的“削峰填谷”實驗,發(fā)現(xiàn)將混合動力技術應用到液壓挖掘機中能夠顯著節(jié)約能量,節(jié)約量約為30%。另外,還有相關企業(yè)進行研究,發(fā)現(xiàn)記住那個混合動力技術融入液壓挖掘機中,比普通的挖掘機能夠減少25%的油量消耗?,F(xiàn)階段,各大挖掘機制造企業(yè)推廣使用混合動力挖掘機,相比傳統(tǒng)挖掘機能夠減少能耗20%以上,通常都是在液壓挖掘機的基礎上進行改善,假如采用回轉單獨泵進行供油控制,而且采用性能較高的控制閥,實現(xiàn)的節(jié)能效果遠遠不如混合動力技術降低的能耗。另外,混合動力技術的選擇有很多種,相關制造商和研究院對此還未明確哪種技術更加合適,只明確宣傳具有良好的節(jié)能效果,但是具體應用還并不廣泛,需要深入研究。
4? 總結
總之,采用液壓挖掘機的目的主要是提升工程建設的效率,方便人們施工,但是其中產生的能耗問題不容忽視,需要研究節(jié)能技術,提升挖掘機的工作效率,減少能耗的產生。傳統(tǒng)節(jié)能技術應用在柴油機中,但是實際應用效果并不明顯。而現(xiàn)階段采用的新型節(jié)能技術,比如震動掘削技術、負載口單獨控制技術、二次調節(jié)靜液傳動技術以及混合動力技術能夠有效減少能量消耗,提升工作效率,但是還需要進一步研究,進而對液壓挖掘機進行整體完善。
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