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1工程機械節(jié)能降耗的研究現(xiàn)狀

當前，我國工程機械的機能降耗技術(shù)水平尚且處在初步階段，但是也有部分國內(nèi)機械制造企業(yè)研發(fā)出了一些節(jié)能效果不錯的產(chǎn)品。比如宜興協(xié)聯(lián)生物化學(xué)有限公司響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，利用現(xiàn)有江蘇謝聯(lián)集團熱電廠240噸/小時的高溫高壓鍋爐的富余蒸汽流量，建設(shè)了一套背壓式汽輪機拖動空氣壓縮機，代替了現(xiàn)有的14臺螺桿式壓縮機。電驅(qū)動空氣壓縮機改造為汽輪機拖動消除了蒸汽-電力能量轉(zhuǎn)化過程中的損失，提高了機械系統(tǒng)效率。再比如無錫天山水泥有限公司實施空壓機余熱回收項目，利用自動控制技術(shù)，采用換熱器把空壓機的余熱回收加熱洗浴水，減少燃煤消耗，減少空壓機冷卻水和電能消耗。盡管這些項目起到了節(jié)能降耗的目的，但是相比國外的技術(shù)，我國的機能工程機械產(chǎn)品還存在著一些問題，節(jié)能效果也遠遠達不到國外的水平，因此還需要進一步研究。

2工程機械節(jié)能降耗的新途徑

2.1工程機械制造材料的利用

2.1.1可回收材料的應(yīng)用易分解

可回收，能再生，能降解的材料應(yīng)盡可能在工程機械系統(tǒng)與部件設(shè)計中選用。采用合理的工藝盡量不要讓材料在加工和使用過程中對環(huán)境造成污染，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計盡可能采用比較容易分配和分解的材料，同時要多使用可回收、易降解的材料降低工程機械產(chǎn)品的回收和再利用難度。

2.1.2采用低環(huán)境負荷材料

類似樹脂、氟利昂、含氯橡膠等有害材料應(yīng)盡量不在工程機械零部件設(shè)計中使用。例如在裝載機駕駛室和內(nèi)飾件上經(jīng)常會使用難以分解的工程塑料，這種塑料對環(huán)境及其有害，加重了環(huán)境污染和資源浪費，因此在主機設(shè)計中應(yīng)盡量采用環(huán)保，低負荷的材料。

2.2能源再循環(huán)利用工程機械

在運轉(zhuǎn)的時候會將動能轉(zhuǎn)化為熱能，對產(chǎn)生的這些熱能應(yīng)該進行回收利用，從而達到節(jié)能的目的。比如無錫繼平鍛造有限公司在面對鍛造加熱爐產(chǎn)生的熱能浪費現(xiàn)象時，通過優(yōu)化鍛造爐燃料系統(tǒng)并進行高溫煙氣余熱的回收，在原有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提升保溫和隔熱的功能，對運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量進行了充分利用達到了節(jié)能降耗的目的。因此可以考慮建立能量回收系統(tǒng)，為了降低能量的浪費損失以實現(xiàn)對能源的充分利用。比較好的做法是將工程機械中的勢能轉(zhuǎn)化為電能，將電能通過蓄電池方式儲存起來以后可以用在企業(yè)的照明等回收利用上，節(jié)約了用電同時減少了能耗。此外還可以將熱能通過飛輪和蓄能器等方式加以回收儲存。在起重機，裝載機，挖掘機等在進行吊具，鏟斗，動臂等大質(zhì)量工作裝置的回落，下降過程都可以將重力勢能儲存起來，這樣可以減少能耗從而達到節(jié)能的目的。對工廠機械產(chǎn)品的報廢件處理應(yīng)講究整個過程的再利用，在初期就要考慮報廢件處理，盡量降低處理的費用和污染度，作為燃料要注意對能量的回收利用。

2.3做到環(huán)保節(jié)能的產(chǎn)品設(shè)計與使用理念

輕重量，壽命長，低損耗的設(shè)計理念在工程機械設(shè)計被廣泛認可。輕重量指的是在保證產(chǎn)品的各項性能都能實現(xiàn)的情況下盡量降低產(chǎn)品的重量和體積，這樣可以減少材料和資源的消耗；壽命長就是產(chǎn)品的使用周期要盡可能長，減少對不必要資源的浪費；低損耗指的是降低工程機械的能量消耗量，減少對資源的消耗從而減少對環(huán)境的損害。工程設(shè)計人員須在保持逐級各項性能參數(shù)正常的前提下盡可能遵循以上理念，實現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化和高效率。除此之外，還應(yīng)強調(diào)低公害，減震降噪，防滲漏的工程機械產(chǎn)品設(shè)計。因此設(shè)計環(huán)保型工程機械必須選擇低公害，長壽命，高性能的發(fā)動機制造商來供貨。發(fā)動機是工程機械所有系統(tǒng)中對環(huán)境影響最大的部件，采用低公害發(fā)動機可以大大降低工程機械對環(huán)境的影響。因此需要采用低油耗，低排放，低噪聲，高效率的環(huán)保型水冷增壓柴油機。

2.4工程機械節(jié)能技術(shù)

2.4.1發(fā)動機的機能降耗技術(shù)

傳統(tǒng)發(fā)動機設(shè)計模式主要是層層加碼，這種模式導(dǎo)致了發(fā)動機的機型和尺寸遠大于實際需求，出現(xiàn)"泰山壓卵"的情況，從而使能量得到浪費。為此，應(yīng)該根據(jù)發(fā)動機的實際功率需求進行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，盡量使發(fā)動機的參數(shù)接近實際需求。評價產(chǎn)品使用性能的重要經(jīng)濟指標是合理匹配發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，而發(fā)動機和傳動系是否匹配決定了燃油的經(jīng)濟性。當發(fā)動機工作狀態(tài)達到最佳油耗時，燃油的經(jīng)濟性最好。因此，需要對發(fā)動機和傳動系進行合理匹配。針對靜液壓傳動中工程機械重載、低速的工作特點和作業(yè)過程中對動力及速度的需求，在液壓馬達，發(fā)動機，液壓泵，三者之間運用微機和負荷傳播技術(shù)，按照設(shè)定的工作模式實現(xiàn)壓力、流量和功率的機能綜合控制。由于液力機械傳動的最大缺點是傳動效率低，因此可以采用多檔變速器和液力變矩器并結(jié)合自動變速控制技術(shù)在牽引的作用上將液力機械傳動"拉回"到高效運作上。

2.4.2液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計

工程機械節(jié)能設(shè)計的重要部分是液壓系統(tǒng)，而液壓系統(tǒng)的性能與能耗受到設(shè)計方式的影響，因此需要通過完善的技術(shù)盡量減少液壓系統(tǒng)流量和壓力損失。比如在調(diào)速回路設(shè)計中，應(yīng)選用變量泵-定量馬達-、定量泵-變量馬達或變量泵等容積式，利用它們溫升小，效率高的特點調(diào)速回路避免系統(tǒng)油溫升高導(dǎo)致效率下降甚至出現(xiàn)故障。液壓元件的能量損耗主要是元件本身或相互連接處的泄露，內(nèi)摩擦導(dǎo)致能量損失。因此需要提高液壓泵，馬達，液壓缸，液壓閥等液壓元件的加工和裝配的精度來減少能耗。性能優(yōu)良的密封材料應(yīng)該首選被選擇，合理選用潤滑，冷卻和散熱方式次之，再次不斷改進液壓元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)摩擦。最后在回路中應(yīng)處理好閥類元件的六組設(shè)置、分配和計算，使閥能在合理的開口狀態(tài)下工作，減少溢流量。此外布置合理的管路也可以減少液流阻力，從而提高液壓系統(tǒng)的工作效率，減少能耗。

2.5工程機械熱管理系統(tǒng)的改進

工程機械的熱管理系統(tǒng)包括發(fā)動機散熱器、液壓油冷卻器、風(fēng)扇等。熱管理系統(tǒng)的運行效果直接反映了工程機械的能量使用情況，當前熱管理系統(tǒng)存在能耗較多等相關(guān)運行效率問題。需要對系統(tǒng)進行進一步的改進。

2.5.1采用重量較輕的元件

為了減少燃油的使用量，在不影響工程機械性能的前提下，重量較輕的風(fēng)扇、散熱器等熱管理系統(tǒng)部件應(yīng)盡可能的被采用。當前，美國已經(jīng)開發(fā)出了新的石墨泡沫材料，其導(dǎo)熱率相比傳統(tǒng)的鋁泡沫提高了9倍，不僅減少了質(zhì)量和體積，還提高了散熱效果。因此國內(nèi)需要提高這方面的開發(fā)能力，研發(fā)出新的材料提高效能。

2.5.2采用高效的冷卻

液傳統(tǒng)的冷卻液包括水、機油、乙二醇及其混合物等，但是其傳熱效果卻不佳。針對冷卻液直接影響熱管理系統(tǒng)的性能特征可以向傳統(tǒng)的冷卻液中加入納米顆粒來提高傳熱效果。相關(guān)研究表明，在傳統(tǒng)冷卻液體中加入1%的CuO納米顆粒，可以提高近40%的熱導(dǎo)率。因此采用高效的冷卻液可以提高發(fā)動機的效率。

2.5.3采用智能化部件

一般情況下，工程機械的工作油溫保持在30℃-60℃之間可以發(fā)揮最好的效果，而傳統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的風(fēng)扇的風(fēng)速保持不變的，因此通過感應(yīng)油溫的變化智能調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，從而使風(fēng)扇進行智能化改進，不僅可以減少能耗，還可以提高工程機械的運轉(zhuǎn)效率。

3總結(jié)

總之，節(jié)能環(huán)保型工程機械是未來工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，這是由當前環(huán)境污染，資源浪費嚴重等現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)而提出的要求，同時也是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物因此需要從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，與當前我國國情充分結(jié)合。當前我國節(jié)能機械的發(fā)展水平還有待提高，因此需要投入人力，物力加大研究，通過各種方式實現(xiàn)工程機械運轉(zhuǎn)過程中的節(jié)能降耗，通過資源再回首利用避免資源的浪費，以達到良好的節(jié)能效果。

作者：李哲 單位：湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院