工程机械节能降耗研究
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当前，我国工程机械的机能降耗技术水平尚且处在初步阶段，但是也有部分国内机械制造企业研发出了一些节能效果不错的产品。比如宜兴协联生物化学有限公司响应国家节能减排的号召，利用现有江苏谢联集团热电厂240吨/小时的高温高压锅炉的富余蒸汽流量，建设了一套背压式汽轮机拖动空气压缩机，代替了现有的14台螺杆式压缩机。电驱动空气压缩机改造为汽轮机拖动消除了蒸汽-电力能量转化过程中的损失，提高了机械系统效率。再比如无锡天山水泥有限公司实施空压机余热回收项目，利用自动控制技术，采用换热器把空压机的余热回收加热洗浴水，减少燃煤消耗，减少空压机冷却水和电能消耗。尽管这些项目起到了节能降耗的目的，但是相比国外的技术，我国的机能工程机械产品还存在着一些问题，节能效果也远远达不到国外的水平，因此还需要进一步研究。
2工程机械节能降耗的新途径
2.1工程机械制造材料的利用
2.1.1可回收材料的应用易分解
可回收，能再生，能降解的材料应尽可能在工程机械系统与部件设计中选用。采用合理的工艺尽量不要让材料在加工和使用过程中对环境造成污染，特别是结构件的设计尽可能采用比较容易分配和分解的材料，同时要多使用可回收、易降解的材料降低工程机械产品的回收和再利用难度。
2.1.2采用低环境负荷材料
类似树脂、氟利昂、含氯橡胶等有害材料应尽量不在工程机械零部件设计中使用。例如在装载机驾驶室和内饰件上经常会使用难以分解的工程塑料，这种塑料对环境及其有害，加重了环境污染和资源浪费，因此在主机设计中应尽量采用环保，低负荷的材料。
2.2能源再循环利用工程机械
在运转的时候会将动能转化为热能，对产生的这些热能应该进行回收利用，从而达到节能的目的。比如无锡继平锻造有限公司在面对锻造加热炉产生的热能浪费现象时，通过优化锻造炉燃料系统并进行高温烟气余热的回收，在原有的结构基础上，提升保温和隔热的功能，对运转中产生的热量进行了充分利用达到了节能降耗的目的。因此可以考虑建立能量回收系统，为了降低能量的浪费损失以实现对能源的充分利用。比较好的做法是将工程机械中的势能转化为电能，将电能通过蓄电池方式储存起来以后可以用在企业的照明等回收利用上，节约了用电同时减少了能耗。此外还可以将热能通过飞轮和蓄能器等方式加以回收储存。在起重机，装载机，挖掘机等在进行吊具，铲斗，动臂等大质量工作装置的回落，下降过程都可以将重力势能储存起来，这样可以减少能耗从而达到节能的目的。对工厂机械产品的报废件处理应讲究整个过程的再利用，在初期就要考虑报废件处理，尽量降低处理的费用和污染度，作为燃料要注意对能量的回收利用。
2.3做到环保节能的产品设计与使用理念
轻重量，寿命长，低损耗的设计理念在工程机械设计被广泛认可。轻重量指的是在保证产品的各项性能都能实现的情况下尽量降低产品的重量和体积，这样可以减少材料和资源的消耗；寿命长就是产品的使用周期要尽可能长，减少对不必要资源的浪费；低损耗指的是降低工程机械的能量消耗量，减少对资源的消耗从而减少对环境的损害。工程设计人员须在保持逐级各项性能参数正常的前提下尽可能遵循以上理念，实现系统的轻量化和高效率。除此之外，还应强调低公害，减震降噪，防渗漏的工程机械产品设计。因此设计环保型工程机械必须选择低公害，长寿命，高性能的发动机制造商来供货。发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低公害发动机可以大大降低工程机械对环境的影响。因此需要采用低油耗，低排放，低噪声，高效率的环保型水冷增压柴油机。
2.4工程机械节能技术
2.4.1发动机的机能降耗技术
传统发动机设计模式主要是层层加码，这种模式导致了发动机的机型和尺寸远大于实际需求，出现"泰山压卵"的情况，从而使能量得到浪费。为此，应该根据发动机的实际功率需求进行参数的优化设计，尽量使发动机的参数接近实际需求。评价产品使用性能的重要经济指标是合理匹配发动机的燃油经济性，而发动机和传动系是否匹配决定了燃油的经济性。当发动机工作状态达到最佳油耗时，燃油的经济性最好。因此，需要对发动机和传动系进行合理匹配。针对静液压传动中工程机械重载、低速的工作特点和作业过程中对动力及速度的需求，在液压马达，发动机，液压泵，三者之间运用微机和负荷传播技术，按照设定的工作模式实现压力、流量和功率的机能综合控制。由于液力机械传动的最大缺点是传动效率低，因此可以采用多档变速器和液力变矩器并结合自动变速控制技术在牵引的作用上将液力机械传动"拉回"到高效运作上。
2.4.2液压系统的合理设计
工程机械节能设计的重要部分是液压系统，而液压系统的性能与能耗受到设计方式的影响，因此需要通过完善的技术尽量减少液压系统流量和压力损失。比如在调速回路设计中，应选用变量泵-定量马达-、定量泵-变量马达或变量泵等容积式，利用它们温升小，效率高的特点调速回路避免系统油温升高导致效率下降甚至出现故障。液压元件的能量损耗主要是元件本身或相互连接处的泄露，内摩擦导致能量损失。因此需要提高液压泵，马达，液压缸，液压阀等液压元件的加工和装配的精度来减少能耗。性能优良的密封材料应该首选被选择，合理选用润滑，冷却和散热方式次之，再次不断改进液压元件的内部结构，减少内摩擦。最后在回路中应处理好阀类元件的六组设置、分配和计算，使阀能在合理的开口状态下工作，减少溢流量。此外布置合理的管路也可以减少液流阻力，从而提高液压系统的工作效率，减少能耗。
2.5工程机械热管理系统的改进
工程机械的热管理系统包括发动机散热器、液压油冷却器、风扇等。热管理系统的运行效果直接反映了工程机械的能量使用情况，当前热管理系统存在能耗较多等相关运行效率问题。需要对系统进行进一步的改进。
2.5.1采用重量较轻的元件
为了减少燃油的使用量，在不影响工程机械性能的前提下，重量较轻的风扇、散热器等热管理系统部件应尽可能的被采用。当前，美国已经开发出了新的石墨泡沫材料，其导热率相比传统的铝泡沫提高了9倍，不仅减少了质量和体积，还提高了散热效果。因此国内需要提高这方面的开发能力，研发出新的材料提高效能。
2.5.2采用高效的冷却
液传统的冷却液包括水、机油、乙二醇及其混合物等，但是其传热效果却不佳。针对冷却液直接影响热管理系统的性能特征可以向传统的冷却液中加入纳米颗粒来提高传热效果。相关研究表明，在传统冷却液体中加入1%的CuO纳米颗粒，可以提高近40%的热导率。因此采用高效的冷却液可以提高发动机的效率。
2.5.3采用智能化部件
一般情况下，工程机械的工作油温保持在30℃-60℃之间可以发挥最好的效果，而传统的热管理系统的风扇的风速保持不变的，因此通过感应油温的变化智能调节风速大小，从而使风扇进行智能化改进，不仅可以减少能耗，还可以提高工程机械的运转效率。
3总结
总之，节能环保型工程机械是未来工业发展的必然趋势，这是由当前环境污染，资源浪费严重等现象频繁出现而提出的要求，同时也是社会发展的必然产物因此需要从可持续发展的角度考虑，与当前我国国情充分结合。当前我国节能机械的发展水平还有待提高，因此需要投入人力，物力加大研究，通过各种方式实现工程机械运转过程中的节能降耗，通过资源再回首利用避免资源的浪费，以达到良好的节能效果。
作者：李哲 单位：湖南有色金属职业技术学院
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