工程机械节能减排现状及发展新趋势

2024年1月11日发(作者：日产骊威车型报价)

工程机械节能减排现状及发展新趋势

摘要：在全球能源消耗和环境污染的严峻形势下，各国都在争先恐后地进行工程机械的节能减排。在“十三五”、“863”科技计划和“中国制造2025”发展战略下，我国工程机械减排降耗工作面临着巨大的压力和挑战。另一方面，随着燃料价格的不断上涨，降低燃料消耗，从而降低用户成本，是企业提高产品核心竞争力，实现可持续发展的关键。中国在节能减排产品的研发方面做了很多努力。分析了工程机械节能减排的主要技术，并以装载机铲斗为例指出了传统产品结构设计方法的缺陷，提出了轻量化设计的新理念，旨在为节能减排提供新思路。

关键词:工程机械；节能减排状况；发展；新趋势

1工程机械节能减排的研究现状

工程机械是名副其实的能源消耗和排放大户。资料显示，一台小松20t挖掘机的尾气排放量是同时期小型汽车的30倍，可见工程机械在节能减排方面责任重大。在国家政策法规方面，以欧盟为例，国外主要以指令的方式确定排放标准的要求，进行市场准入的CE认证。目前正在实施欧3标准；中国节能减排是“十三五”规划和863科技计划的重点任务。国外在节能减排方面自主意识比较强，节能减排技术领先于国内。设计开发的产品，如卡特推土机、三菱重工、小松挖掘机、凯斯混合动力挖掘机、沃尔沃轮式装载机等。，减排节能效果显著。但是，中国一开始对节能减排并没有那么敏感。令人欣慰的是，在全社会倡导节能减排的大趋势下，在国内龙头企业的带动下，各大工程机械厂商也在不断探索节能减排技术。许多企业在动力源改进、匹配和控制改进、再制造技术和新能源利用方面取得了一些进展。许多企业纷纷推出“再制造”、“节能高效”、“新能源”等概念的产品。中国工程机械技术不断升级，节能减排工作取得阶段性胜利。但相关问题较多，如油机匹配对现有油品要求较高、电驱动方式下电池报废后的污染处理、交流电源的辐射危害和作业区域限制、天然气作为动力燃料气源不足、容易发生火灾和火灾等。与上面提到的其他节能减排技术相比，轻量化技

术是目前最主流、最有效的节能减排技术，不需要额外的部件和控制装置。下面介绍工程机械领域节能减排的主要技术。

2工程机械节能减排技术

2.1电源的改进

工程机械的动力源是内燃机。通过研究发现，变速器控制的研发重点已经转向混合动力技术和燃料电池技术，燃料电池技术还处于起步阶段。混合动力技术包括两种以上的能源。根据能源的不同，混合动力可分为油电混合和油液混合。其中，油电混合动力具有高燃油效率和高能量密度的优点，广泛应用于中小型汽车。但由于电池密度低、体积大、污染环境、价格高，不适合装载机、挖掘机等大功率、频繁启停的工程机械。相比较而言，油电混合动力具有功率大、环保、价格低的优势，所以大部分工程机械都采用油电混合动力技术。

国外混合动力的R&D路径领先于中国，研究比较深入的有日本日立建机、小松、川崎重工、瑞典沃尔沃、美国约翰迪尔等。早在2003年，日立建机和小松就率先采用油电并联混合模式，成功研发出混合动力装载机和混合动力液压挖掘机，并在使用电池作为储能部件方面取得突破。2008年，沃尔沃推出l 220 FH混合油电混合动力系统的轮式装载机。电机直接安装在发动机的输出轴上。在这套混合动力系统中，电机扮演着起动机、助力和发电机的角色。与普通轮式装载机相比，其油耗降低10%，是工程机械节能减排的第一步。可惜这款车型还没有量产。三年后，川崎重工推出了65Z-2并联混合动力装载机。与沃尔沃不同的是，它采用行星结构代替单轴并联结构，取消液力变矩器，采用超级电容作为储能元件。与同类普通轮式装载机相比，可节油35%以上，效果显著。

当蓄电池或电池和电容组合作为混合动力系统的储能元件时，电能和液压能相互转换时会损失大量的能量。为了减少能量损失，国内外学者研究并提出了几种新型的油液混合液压系统。比如美国普渡大学提出的容积泵控制的液压混合动力系统，可以节省40%的发动机燃油。德国亚琛工业大学提出了一种混合液压系统，适用于挖掘机负载传感系统和容积泵控制系统的组合。该系统可以减小发动机和泵的体积，提高能量回收效率，并具有良好的负载适应性。芬兰坦佩雷理工

大学的Tikkanen提出了一种双泵油液混合系统，通过降低系统对泵功率和扭矩的要求，可以减小电机体积，提高功率密度。但这种机制的缺点是，在一定的工作条件下，蓄电池和电池之间的相互转换会增加能量损失。

我国混合动力的研究技术起步较晚。最早的混合动力产品是柳工2010年推出的CLG862并联混合动力装载机，采用超级电容作为储能元件。其创新之处在于柴油机和电动机共同构成装载机的动力源，节能效果只能达到10.5%。徐工集团推出ZL50G并联蓄能器液压混合动力装载机，通过发动机和液压蓄能器的配合，实现制动能量和动臂下降能量的回收和再利用。到目前为止，我国首次以能量回收利用的理念研制成功工程机械，节能15%左右。但由于混合动力系统中增加了电机、电容等部件，制造成本增加。因此，在混合动力系统的开发和应用中，应紧跟混合动力汽车技术的新进展，综合考虑其实用价值。

2.2匹配和控制改进

(1)匹配。在节能减排的大环境下，倡导发动机与传动系统、工作系统、行走系统的合理匹配具有重要意义，因为合理匹配具有良好的节能效果。

1980年前后，我国工程机械的设计者要遵循发动机、传动系统、行驶系统的合理匹配。比如推土机的匹配结果表明，在最大负载工况下工作时，发动机不能熄火，行走系统的滑移率在12% ~ 20%范围内，发动机工作在高效区；80%负荷时，油耗处于较低水平，满足条件时，匹配的发动机功率需要最小。从1990年开始，由于行业的快速发展，产品设计中对合理匹配的要求有所降低，重点放在了发动机的保护上，所以产品设计中出现了很多“大马拉大车”的情况。企业目前的目标是研究不同的工程机械需要什么样的发动机，使其功率曲线节能，不能盲目使用同一种发动机。

(2)控制。主要是变速器的精确控制，比如挖掘机工况控制，发动机供油控制。目前，我国在某些方面已经做得比较好，比如在挖掘机的静液压传动中，根据其工作特点和过程中对功率和速度的要求，在发动机、液压泵和液压马达之间采用微机和负载传感技术，按照设定的工作模式实现压力、流量和功率的综合控

制，使液压系统与发动机的匹配尽可能达到最高的工作效率和最合理的燃油经济性。此外，部分国产装载机采用双泵分流技术。

2.3再制造技术

工程机械再制造技术是节能减排的重要组成部分。其主要作用是减少钢材等原材料的使用和加工，从而达到国家层面的节能减排目标。再制造技术就是修复高价值的零件。

需要指出的是，国内外对工程机械的再制造价值有不同的理解。在国内，由于工程机械价格适中，钢材和人工价格相对便宜，就再制造成本而言，不划算，企业没有动力，高价值产品才有再制造价值。这也是国外工程机械再制造发达，挖掘机再制造受到重视的原因。

结束语

综上所述，现阶段我国能源消耗和环境污染日益严重，面临能源枯竭的发展困境。在此背景下，将节能减排的理念充分融入工程机械的设计中显得尤为重要，这也是推动我国工程机械行业乃至整个社会可持续发展的关键路径之一。今后要注意将节能减排的理念和技术运用到工程机械的设计中，使之与机械设计的重点有效结合，积极探索当前机械节能减排核心技术的不足。同时，应进一步贯彻轻量化设计理念，以降低工程机械的运行阻力，这也有利于有效控制工程材料和能源成本，是促进工程机械行业健康发展的关键。

参考文献

[1]混合动力工程机械的现状及展望[J]. 刘良臣. 工程机械与维修.

2010(01)

[2]我国工程机械节能减排研究现状与发展趋势[J]. 尹超,徐林勋,孙兴玉. 装备制造技术. 2017(12)