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新技术引领工程机械走向新发展

新技术引领工程机械走向新发展   近年来随着美国Tier4排放标准、欧洲ⅢB排放标准和中国国4排放标准的相继出台,工程机械作为排放大户,应该从哪些方面去达到节能减排的目地呢?小编认为柴油机新技术应用和新动力能源的推广,未来必将会随着环境保护的大趋势,给工程机械行业带来新的变革与契机。
  
  新技术助力柴油机节能减排
  
  柴油发动机因其具有低转速大扭矩和近乎完美的发动机性能曲线特点,被广泛应用在各类工程机械设备上,然而随着近年全球能源紧张和环保意识的提高,传统柴油发动机的低利用率、高排放和大噪音开始受到行业及社会的关注,而为了应对新的发展趋势,各种针对柴油机节能减排的新技术、新产品也相继孕育而生,例如现在工程机械柴油发动机上最常见的柴油共轨、电喷和EGR(废气再循环)等。
  
  柴油共轨是环保发动机中最常见的“标志”
  
  柴油共轨在新型高压泵、发动机控制单元和各类传感器的作用下,实现向喷油器提供超高压力的柴油(压力可达100MP以上),同时高压共轨对喷油器起到液力蓄力的作用。所以带有高压共轨的柴油机,比传统柴油发动机雾化更好,提供稳定压力的柴油,,以便能更充分的燃烧提升柴油的使用效率。
  
  柴油共轨因其具有保压储压的作用,所以对系统密封要求极其严格,一旦系统出现压力泄露将导致发动机无法工作。
  
  电喷喷油器向燃烧室更精准喷射
  
  电喷喷油器可在电气单元的控制下,按照设定标注及时和精准的向气缸内供油、断油,实现最佳喷射时间和喷油量的控制。而传统的喷油器是机械式的,当高压泵供油时即向气缸喷油、断开即停止喷油,所以使用电喷会比传统的喷油器节省更多的柴油。
  
  电喷喷油器虽然可以精准的进行柴油喷射,但是与过去的直喷喷油器相比,结构复杂、成本相对较高且对柴油品质要求苛刻,而国内柴油标注相对发达国家还是比较低,特别是一些小型炼油厂生产出的柴油很难满足电喷喷油器的要求,因此电喷喷油器在国内使用时往往会因柴油而造成早期损坏,另外电子控制方式也增加了故障几率和维修难度。
  
  EGR系统助力柴油机节能减排升级 EGR系统(废气再循环)是工程机械中常见的一种附加装置,它可将燃烧后的一部分废气再次捕捉,并在冷却器、等原件作用下,将第一次燃烧未被完全利用的混合气体,同新鲜空气一同送入气缸内再次燃烧,而且由于废气中含有大量的CO2,而CO2不能燃烧却吸收大量的热,使气缸中混合气的燃烧温度降低,从而减少了氮氧化合物的生成量。提高了燃油利用率的同时极大的降低了有害气体排放。
  
  因此,柴油发动机在新技术的“帮助”下,不但实现了节省燃油和减少排放的目标,而且能符合关于排放的新标准,被各大主机厂家所认可。
  
  “新动力”未来工程机械市场大有可为
  
  在2013首届CTO论坛上,三一重机研究院院长曹东辉就挖掘机节能减排技术的报告中提出“随着经济的快速发展,能源短缺问题日益突出,对能源消耗大户的挖掘机来说节能技术的研究刻不容缓,根据《中华人民共和国2011年国民经济和社会发展统计公报》统计,工程机械单机排量是轿车的4-8倍,工程机械年燃油消耗总量约为民用轿车(保有量为4962万台)的90%。目前,国内外主流挖掘机厂商投入了大量的精力到节能技术研究上,动力部分包括混合动力、新能源(电动、天然气动力)”。
  
  目前工程机械常用的混合动力可大致分为:
  
  油电混合(电动回转马达代替液压回转马达)、油液混合(回收储存液压能及其它形式能,以供辅助机械动作)及油电液混合三种形式。
  
  因为混合动力可以减少机械对柴油发动机的“依赖”程度,同时优化机械的整体性能,所以混合动力在未来具有极大的发展潜力,但是一方面混合动力具有开发难度大、涉及面广的特点,而另一方面又因其相关配套技术还不够完善以及市场对其缺乏信任等原因,所以混合动力虽经历了多年的发展,但其市场销售还是处于比较初级阶段。
  
  混合动力技术的“世界格局”还是以国外大品牌为主,例如主机企业中的(欧系)利勃海尔在2013德国宝马展展出的油电液混合动力概念机样品;(美系)卡特彼勒于2012年,在位于莫斯维尔的工业设计中心发布了第一款混合动力挖掘机Cat336E H;(日系)小松以面向中国市场销售的HB205、HB215油电混合动力等,而国内的一些从主机厂家像山河智能(SWE230S Hybrid)、中联重科(ZE205E-H1)、三一重工(SY215C Hybrid)等,也都早在2010年前后展出了自行研制的混合动力挖掘机新产品(以油电为主),但国内企业由于受到自身研发能力和市场环境的影响,还很难实现批量生产及销售。
  
  工程机械的新能源方面主要以电动和LNG(液化天然气)为主。
  
  电驱动方面是以大型电动马达取代发动机驱动,在大型机械产品使用的比较多,像日立的EX3600(自重360t满斗斗容21-23立方)、EX5500(自重550t满斗斗容27立方)、EX8000(自重800t满斗斗容40立方)液压挖掘机采用的都是电驱动方式。其优点是性价比高、无排放,另外可使用与发动机驱动的挖掘机通用的液压系统,以及相同的液压行走和前端工作装置,并完全继承了发动机式液压挖掘机的效率高、机动灵活等优点,但在中小型工程机械中使用较少。
  
  天然气发动机以天然气(主要成份为甲烷)为动力能源,目前有液化天然气(LNG)和压缩天然气(CNG)两种供气方式。LNG在动力性、安全性、续航能力和维护成本上都优于CNG。所以LNG比CNG更适合在挖掘机上使用。
  
  并且天然气发动机在使用有几大优点:1.改动小2.使用成本低(与柴油相比可节省35%-40%)3.用产品吨位范围广的特点4.比柴油机故障率低(统计数据),维护成本更低5.尾气比柴油机更清洁。
  
  然而天然气发动机也存在着一些问题有待解决例如:1.LNG发动机与同级别柴油机相比,动力性能上还有差距2.燃料显示不够精准3.不适宜密闭空间的局限性(密闭环境下挥发问题)4.天然气的加注设备需要特殊设计,目前LNG还很难实现在工地上的现场加注,这在一定程度上限制了LNG的大范围推广使用,但是天然气作为未来可代替石油的清洁能源之一有着广阔的应用前景,(我国境内蕴藏着大量天然气资源)相信随着相关配套技术的升级和天然气能源的普及,未来LNG产品将具有广阔的市场空间和使用空间。
  
  LNG装载机或将引领中国工程机械节能环保新时代
  
  以天然气为动力的重卡或汽车对于很多人来说已经并不陌生,而LNG装载机与重卡、汽车相比有很大的不同,类似重卡这种设备主要以路面行驶为主,其工作过程载荷相对较为平稳,而装载机工作过程中不但有大量的行走,同时前端的液压工作装置还要频繁的进行各种载重作业,所以装载机的负荷是时刻变化的,特别是使用了大量液压系统(液压有波动变化急剧的特点),因此装载机要求LNG发动机要能在最短时间内,由高转速向低转速大扭矩的转变,同时还需要根据LNG的特点进行特殊设计和考虑,例如气路的设计、位置的设计和安全性的设计等,所以对于生产LNG装载机的企业来讲有更多的技术难题需要攻关。
  
  尽管LNG装载机现在仍处于相对初级的阶段,但目前LNG装载机能够实现量产和销售,证明了LNG动力在土方工程机械推广应用的可行性,并且给中国工程机械企业的自主创新传递了一股正能量,例如徐工LNG装载机在世界上的率先应用和率先实现批量销售,(徐工2011年BICES展会上推出了全球第一台LNG装载机,并在2012年实现LW600K-LNG、LW800K-LNG两款新机型下线和批量销售),雷沃重工以可靠、完全、舒适、经济为标准推出的LNG装载机产品(50系列:FL956F-ETX)。
  
  另外LNG在混凝土机械中也得到了很好的应用,中联重科、三一重工和中集凌宇还推出了多款技术成熟的混凝土搅拌车,例如:中联重科ZLJ5256GJB3三桥12F东风LNG底盘搅拌车、三一重工SY310 C-6W 3桥10方搅拌车、凌宇搅拌车采用6x4驱动底盘型号为DFL5250GJBA6可选配10方和12方罐体。
  
  中国品牌主机企业在LNG产品开发中的不断努力和取得的成果,不但鼓舞了中国工程机械企业在自主创新道路上不断前行,而且还表明中国工程机械企业是具有实实在在的创新能力的,由此我们相信中国工程机械企业通过时间和实践的考验,未来也将能在柴油机尖端技术、新能源技术领域斩获更多的成就,引领中国工程机械走向更广阔的“蓝天”。
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