节能环保是创新热点

节能环保是创新热点

发布时间：2008-1-25 点击数：235

一、节能环保工程机械正成为共识

上个世纪出现了震惊全球的两次危机，一次是英国伦敦酸雾与泰晤士河污染，一次是石油危机，这两次危机使人们开始反思工业化发展的科学性、合理性和今后的走向，人们逐渐认识到了环境（自然）污染和能源危机的危害性和重要性。对西方长期奉行的“人类中心主义”的一元论提出怀疑，提出生态哲学的研究。并把目光转向中国儒家“天人合一”的二元论，即人与自然的和谐发展哲学的研究。中华文明在2500年前提出的人与自然和谐体系是对人类发展的突出贡献，在人类提高其文明程度和向自然索取时必须把生存的可持续性作为科学理念纳入到行业的科技进步中。

工程机械行业在其发展的历程中，一直承担对自然界索取活动中的工具角色，在其活动中对能源消耗、资源消耗，对环境的负面影响也一直是较为显现的，因此自上世纪八十年代之后，工程机械行业在节能环保方面逐渐成为创新的重要内容。

目前各国政府纷纷出台政策法规，强制机动车辆的排放指标，禁止超标排放的机动车的销售和使用。特别是美国和欧盟明确规定了非公路机动设备的排放标准，并且该标准逐渐接近于公路机动设备的排放标准。另一方面，一些国家（如日本）对低排放和零排放的机动车的生产和使用都给予非常优惠的政策。近年来我国也出台了一系列相关法规，并逐渐与国际接轨。因此，从长远的发展来看，工程机械的节能环保性能是其进入市场和被用户接受的基本要素，同时也将是该产品生存和发展的先决条件。此外，节能对于工程机械本身来说，也是非常重要的。节能研究有助于降低系统的发热，简化系统设计，提高系统设备的可靠性和工作寿命，降低系统的装机功率，从而在一定程度上有助于节约设备的制造和维护成本。对于工程机械的制造商和最终用户来说，节能将为其带来可观的经济效益。

如今工程机械节能技术已经成为衡量其先进与否的一项重要指标，研究工程机械的燃油经济性具有非常重要的实际意义。

二、国内外工程机械产品节能环保的分析

我国工程机械生产厂家在节能领域的研究起步较晚。在液压元件方面，目前，国内企业基本上没有能力生产各种具有节能效果的多路阀和液压泵，因而国产的中高端工程机械产品都是选用国外的液压元件。国产柴油机的综合性能指标无法满足中型以上挖掘机的节能环保要求，与国外工程机械用柴油机相比，国产柴油机普遍存在转矩储备低，过载能力差、

可靠性差等缺点。目前中型以上的国产挖掘机全部采用进口机械式调速柴油机，如美国康明斯、日本五十铃等知名品牌。大部分还是手动油门调节，只有少部分采用了电子油门控制。

在液压挖掘机的整机方面，国内多数厂家的小型挖掘机选择日本东芝公司的产品，而中型挖掘机则多选择日本川崎公司KMX15R型多路阀和K3V112DT-151R液压泵组成的液压系统，该系统为双泵双回路负流量全功率控制系统，多路阀为三位六通阀，多路阀旁路回油路上设置有节流孔以实现负流量控制。多路阀上还设有能量回收油路，以吸收动臂、斗杆下降时的势能。该系统的节能性靠变量系统的恒功率调节和负流量控制调节，相当国外20世纪90年代的水平。挖掘机采用了林德公司的负荷传感同步（LSC）控制系统。该系统为闭中心负荷传感系统，因液压泵只向各执行机构提供其需要的流量，因而没有溢流损失。复合动作时，各个执行机构动作互不干扰，可操作性好。该系统还集成了电子控制功能，根据作业工况，可实现对柴油机油门、液压泵的排量的电子控制。可以说该系统是目前国产挖掘机节能技术最先进的配置，但是整个系统都是从国外进口的，不能算是国产挖掘机的核心技术。履带式液压挖掘机XG820，采用ESS电子控制系统使液压系统可以充分利用发动机的功率，提高作业效率，节省燃油，机器可以在H（重载模式）、S（标准模式）及L（轻载模式）下工作，以满足各种不同的工况。

轮式装载机的整机方面，采用全液压同轴流量放大转向系统，双泵合分流、转向优先、等值卸荷液压专利技术，采用微电脑控制的（半自动或全自动）电液换档系统，保证液力变矩器在高效区工作，同时采用双泵合流、优先流量放大或负荷传感转向系统、双管路全液压制动系统，代表了目前国产装载机的最高技术水平。

国内的一些高校、科研院所和企业也进行了一些工程机械智能控制节能理论和技术的研究，20t节能控制、参数显示、故障报警液压挖掘机是目前国内机电一体化技术在挖掘机上实施的一个商品化产品，开发了集远程无线遥控、故障监控、节能控制于一体的实用化挖掘机。在世界上首先柔性地实现了将负流量控制、正流量控制、交叉功率控制和压力切断控制组合起来的节能控制策略，并建立了控制模型。在此基础上，对挖掘机动力系统的节能控制进行了广泛的研究，利用挖掘机机器人对其节能性和操纵性进行了挖掘试验，取得了良好的控制效果。

有的高校提出了一种能感受负载的节能液压系统。该节能液压系统能时刻根据负载情况调整泵的压力和流量，使油泵流量恰好满足负载变化要求，而油压仅比负载压力略高一个较小值，达到降低液压系统能量损失的目的。

行业有关高校对发动机、变量泵、阀和负载作为一个整体进行了研究，采用模糊控制技术实现了发动机与变量泵的全功率匹配，克服了国内外挖掘机节能控制中普遍应用的单

纯转速控制或压力控制的不足，并且成功的实现了二级溢流控制，通过台架试验取得了良好的节能效果。

采用多挡变速器和液力变矩器并结合自动变速控制技术，可以在确保牵引力的情况下，将变矩器重新“拉回”到高效区工作，提高液力机械传动的传动效率。多家高校和科研院所在液力自动变速技术的换挡策略开发和换挡品质改善等方面进行了研究，将模糊控制，神经网络等智能控制理论应用于换档控制策略的研究中，在系统仿真，台架试验中取得了一些研究成果。

在我国，混合动力系统的研究也已经展开，并在工程机械产品上有了突破性进展，推动克混合动力节能液压挖掘机。

在国外对液压元件的能量损耗主要是元件本身或相互连接处的泄漏、内摩擦。常用的节能液压元件有限压式变量泵、恒功率变量泵、恒压式变量泵、蓄能器、电液伺服阀、集成阀、变截面液压缸等开展细分研究。液压元件的节能研究也是以国外著名的液压元件生产商如派克、力士乐等为主，但由于国际上专业元件生产厂家技术已经相对比较成熟，对工程机械整机的节能研究作用效果不很明显。

柴油机的节能控制可以采用电子油门控制，卡特彼勒和小松公司开发的柴油机采用了全电子控制技术，控制柴油的喷射量和喷射时间，其特性曲线可以由软件来控制，这样就可以根据不同的作业工况采用不同的特性，最大限度地提高柴油机的动力性能、燃料利用率和排放质量。据资料介绍，卡特彼勒和小松公司的关键配套件完全自己生产，日立除发动机用五十铃外，其余全部为自己产品。

工程机械整机的节能可以通过改进液压系统；将工作装置回路和回转系统中损失的位能和动能再生利用；自动怠速控制，降低空载时的能量消耗；进行柴油机和液压泵的综合控制等进行。实际应用中，几种节能途径之间各自采用的技术并不是孤立的，它们往往是紧密地结合在一起，互相渗透，形成综合的节能技术。

日本小松公司的CLSS（Closed center Load Sensing System）闭式负荷感应系统由变量泵、多路操纵阀、负载传感阀（LS阀）和液压泵控制阀（PC阀）等组成。LS阀依据液压泵的出口压力与操纵阀的出口压力之差ΔPLS来控制液压泵的输出流量。PC阀根据柴油机不同级别的功率设定，使液压泵的驱动功率不超过发送机功率，实现恒功率控制。电子控制系统的控制功能主要有：液压泵与柴油机的复合控制、液压泵与操纵阀的控制、触式功率增强功能、触式速度下降功能、自动减速功能、柴油机自动加热和过热防止功能、回转控制、行走控制、快速模式功能、快速增加功率和自诊断功能。