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【摘 要 】工程机械在工农业生产中起到不可替代的作业.本文主要分析工程机械节能降耗技术的国内外研究现状,并从新材料、发动机新技术和热管理系统三个角度来探讨节能降耗的新途径.
【关 键 词 】工程机械；节能降耗；新技术
引言
在当代文明的进步已经越来越离不开工程机械的应用,但是工程机械在给社会创造财富的同时也大量的消耗着地球上的资源,同时也地球的气候和环境带来了严重的影响,已经有越来越多的学者都呼吁节能减排和环境保护.因此,工程机械的研发需要更多的考虑到产品的能耗和能量使用率.
1.工程机械节能降耗的研究现状
在国外已经有许多公司已经研发出新型的节能降耗的工程机械,并取得了显著的成果.卡特彼勒公司推出D7E推土机,采用柴油机-1个发电机-2个电动机的油电混合动力模式,能将瞬间释放的能量加以应用,最多能比普通的推土机降低30%的油耗.小松集团推出的PC200-8液压挖掘机采用柴油机-发电机-电动机-电容器并联油电混合的动力模式,实现回转制动能量回收,最多能比普通的液压挖掘机降低25%油耗率.欧美、日本等发达国家的工程机械节能技术已经很成熟.
目前,我国工程机械的节能降耗技术尚处在初步阶段,但是也有像三一重工、山东临工工程机械有限公司、厦工集团等国内机械制造企业也研制出一些节能效果相对不错的产品.他们的代表产品有SY215C型混合动力挖掘机、LG953L节能型轮胎式装载机和XG955天然气发动机轮式装载机等.此外,政府的研究机构也开始重视节能减排技术的研究,由科技部资助由广西柳工机械股份有限公司和江麓机电科技公司联合研究的国家“863”重点支撑项目“新型混合动力工程机械关键技术及系统”已经正式启动,该项目节能降耗的思路是将大臂和回转制动势能回收利用从而达到节能降耗的目的.但是相比国外的技术,我国的节能工程机械产品还存在问题,节能效果也远远达不到国外的水平,主要是电子控制技术和混合动力技术上的差异.
2.工程机械制造材料的选用
2.1可回收材料的应用
在工程机械的设计和生产中要尽量使用可回收、能再生、能降解的材料,并且的要采用合理的工艺,尽量不让在机械生产中释放的物质对环境造成损害.同时可回收、易降解的材料制成的工程机械产品的回收再利用难度也大大的降低.
2.2合理的设计理念
在工程机械的设计要本着低耗损、轻重量、寿命长的设计理念.低损耗就是减少工程机械的能量消耗量,能减少对资源的消耗和环境的损害；轻重量就是在保证产品的各项性能不影响生产的需求的同时尽量降低产品的重量和体积；产品长就能保障产品的使用周期长,从而减少了产品的生产量,也就减少了生产工程机械产品时的能量损耗.
2.3采用环保材料
工程机械的生产中尽量的使用环保的材料,因为工程机械的使用中其部件的某些材料很可能会产生分解从而产生对不利于环境的物质.如工程机械的涂胶、蓄电池、散热器等部位要使用环保材料.
3.发动机的节能降耗技术
3.1合理确定工作载荷传统
传统的发动机设计是层层加码的模式,这就导致了发动机参数的被过于放大,使得发动机的机型和尺寸都大于实际需求,常常会大致“大马力带小轮”的情况,从而使能量严重的浪费.因此为了实现节能降耗的设计目的,就有必要根据实际的功率的需求,合理的设计发动机的参数,在设计过程中要仔细、系统的分析,采用合理的模型进行优化,尽量使发动机的参数接近实际需求.
3.2液压系统的合理设计
液压系统是工程机械节能设计的重要组成部分,不当的设计方式会影响系统的能耗和性能,如在液压系统的进油端设计节流阀以调节液压油的流速会,这种设计思路会严重的影响系统的效率,同时也会使液压油的温度升高,提高系统的故障率.如果设计目的没有特定的功能,一般都采用定量泵-变量马达或变量泵-定量马达的设计,这种容积式调速回路会提高系统的效率,降低系统的温度.
3.3建立能量回收系统
工程机械在运行的时候,由于各种生产的特点会频繁的出现制动、减速等运行状况,这样就会使得动能转化为热能,如果这种热能没有回收利用,就达不到节能的目的,同时也使减速装置和制动装置频繁的受热而出现故障.因此,为了减少能量的损失,提高部件的使用寿命,可以考虑建立能量回收系统来实现.一般可以通过将工程机械的势能转化为电能,并利用蓄电池储存起来,并加以利用,根据目前这种系统的应用来看,最多可以减少25%的能耗.
4.工程机械热管理系统的改进
工程机械的热管理系统包括液压油冷却器、风扇、发动机散热器.热管理系统的运行效果之间影响到工程机械的能量使用情况.
4.1采用重量较轻的元件
在不影响工程机械性能的情况下,尽量的采用重量较轻的风扇、散热器、泵等热管理系统部件,这样可以大大的减少燃油的使用量.美国已经开发出新的石墨泡沫材料,其导热率是传统的铝泡沫的10倍,这样就可以用最小的体积和重量来实现相同的散热效果.
4.2采用高效的冷却液
冷却液的性能直接影响热管理系统的散热效果,传统的冷却液包括水、机油、乙二醇及其混合物等,但是其传热效果却没有达到要求.因此可以向传统的冷却液中加入纳米颗粒来提高冷却液的传热效果.根据有关实验表明,在传统冷却液体中加入1%的CuO纳米颗粒,可以提高40%的热导率.高效的冷却液的可以保障发动机在温度环境中运行,从而提高发动机的效率.
4.3采用智能化部件
传统的热管理系统的散热部件风扇的风速的保持不变的,而许多工程机械的工作油温度保持在30℃-60℃之间会起到最好的效果,因此可将风扇进行智能化改进,可以根据工作油温度的变化来调节风扇的风速大小,这不但能减少能量的损耗,还可以提高机械的运行效率.
5.结束语
节能环保型是工程机械未来的发展趋势,这是环境污染、资源紧张以及人们意识提高所导致的.我国虽然在工程机械节能技术研究的起步晚,节能效果也不如国外产品效果明显,但是唯有不断的创新,从不同的思路来考虑工程机械的节能设计,同样可以达到很好的节能效果.