摘要: 對于工程機(jī)械來說,傳統(tǒng)燃料為柴油,即對環(huán)境造成污染,同時(shí)也嚴(yán)重浪費(fèi)能源,為了改善這一狀況,現(xiàn)在許多工程機(jī)械廠家投身開發(fā)新能源車輛,這對于降低環(huán)境污染,節(jié)省能源具有十分重要的意義。
新能源工程機(jī)械現(xiàn)狀
由于能源緊缺和環(huán)境污染的雙重壓力,節(jié)能降耗引起社會(huì)高度關(guān)注。目前,很多國內(nèi)工程機(jī)械企業(yè)近年來開發(fā)出不少新能源工程機(jī)械,并且取得一定的成果。例如:燃?xì)猓↙NG)動(dòng)力液壓挖掘機(jī)和燃?xì)鈩?dòng)力裝載機(jī)應(yīng)用LNG液化天然氣作為動(dòng)力、電動(dòng)叉車和電動(dòng)挖掘機(jī)直接應(yīng)用電能、雙動(dòng)力挖掘機(jī)應(yīng)用柴油及電能兩種能源、混合動(dòng)力挖掘機(jī)節(jié)能降耗等工程機(jī)械已經(jīng)問世。綜上分析,開發(fā)新能源工程機(jī)械一定是時(shí)代趨勢。
新能源工程機(jī)械的多樣性
由于工程機(jī)械種類眾多,而且各種類的工況及運(yùn)行環(huán)境不一,所以新能源工程機(jī)械具有多樣性的特點(diǎn)。
LNG工程機(jī)械
天然氣作為燃料,有CNG與LNG的區(qū)別, CNG就是壓縮天然氣(Compressed Natural Gas),簡稱CNG。是天然氣加壓(超過3,600磅/平方英寸)并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。它與管道天然氣的成分相同。液化天然氣即為液態(tài)的天然氣 (Liquefied Natural Gas),簡稱LNG。是天然氣經(jīng)過低溫冷凝等一系列處理,使天然氣在超低溫(-162°C)常壓狀態(tài)下液化,成為液化天然氣。由于CNG與LNG密度比為1:3,所以LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的續(xù)航能力更長,在工程機(jī)械上更具有發(fā)展的潛力。其基本動(dòng)力構(gòu)成(見圖1,略,詳見《建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理》雜志第三期)是燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、一組或單個(gè)LNG氣瓶、一套汽化裝置及管路組成;應(yīng)用一個(gè)特殊汽化裝置把液化天然氣汽化為氣態(tài)天然氣,通過一系列燃?xì)鈮毫φ{(diào)整后天然氣進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)低壓濾清器),在發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中進(jìn)一步調(diào)整,調(diào)整后在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒,對外輸出的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等傳遞到耗功裝置,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。經(jīng)過測試,能源消耗費(fèi)用節(jié)省30%~40%。
目前,中國品牌主機(jī)企業(yè)在LNG產(chǎn)品開發(fā)中取得一定成果,如:在裝載機(jī)方面;徐工LNG裝載機(jī)(見圖2)在世界上率先應(yīng)用和率先實(shí)現(xiàn)批量銷售(徐工2011年BICES展會(huì)上推出全球第一臺(tái)LNG裝載機(jī)),同時(shí),雷沃重工、臨工、廈工等也相繼推出了LNG裝載機(jī)系列。在挖掘機(jī)方面;山重建機(jī)LNG挖掘機(jī)在世界上也率先應(yīng)用,并取得一定成績(山重建機(jī)2012年在上海bauma展上展出LNG挖掘機(jī))。另外,LNG在混凝土機(jī)械上也取得很好的應(yīng)用,中聯(lián)重科、三一重工和中集凌宇還推出了多款技術(shù)成熟的混凝土攪拌車等。
然而,LNG發(fā)動(dòng)機(jī)也存在一些問題需要解決:
?。?)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)與同級別柴油機(jī)相比,動(dòng)力性能還有差別。例如,在重負(fù)載工作時(shí),動(dòng)力調(diào)節(jié)滯后,不能很好的適應(yīng)負(fù)載變化;
(2)不能在密閉的空間里作業(yè)。LNG氣瓶在內(nèi)部壓力高時(shí),會(huì)通過放氣閥門釋放瓶內(nèi)壓力,以保證瓶內(nèi)壓力在安全壓力內(nèi);
?。?)LNG氣體加注時(shí),需要特殊設(shè)備,目前LNG工程機(jī)械車輛在工地上加注具有很大的局限性,這在一定的程度上限制LNG的推廣使用。
但是相對普通柴油機(jī),LNG發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物明顯減少,研究表明,CO2減少23%、SO2減少70% 、CO減少50%,為發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣或作為燃料使用時(shí)排放滿足更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造了條件,這對改善發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣對大氣的污染具有十分重要的意義。
電驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械
電驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械是以大功率電動(dòng)馬達(dá)取代發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),在大型工程機(jī)械產(chǎn)品使用較多,如國外品牌日立的EX3600、EX5500、EX8000-6液壓挖掘機(jī)采用的都是電驅(qū)動(dòng)方式。如山重建機(jī)也開發(fā)了一款JCM921D(電動(dòng))挖掘機(jī),并實(shí)現(xiàn)銷售。
以JCM921D(電動(dòng))挖掘機(jī)為例,它的動(dòng)力源為電網(wǎng)電能的電動(dòng)工程機(jī)械,取消原有的柴油機(jī),以電動(dòng)機(jī)代替柴油機(jī)對外輸出功率。電機(jī)動(dòng)力均來自380V電網(wǎng),控制器與變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,根據(jù)負(fù)載變化對電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速,并控制電磁比例閥調(diào)整斜盤變量泵的吸收功率,達(dá)到最優(yōu)功率匹配;回轉(zhuǎn)不再使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá),而是直接應(yīng)用回轉(zhuǎn)電機(jī),通過控制器與回轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,對回轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。解決了采用傳統(tǒng)柴油機(jī)帶來的能量消耗大的問題,達(dá)到更加節(jié)能、低噪、環(huán)保的目的。
此種工程機(jī)械完全采用電網(wǎng)電源,零排放、噪聲小、節(jié)能是其突出優(yōu)勢,該挖掘機(jī)的使用成本比燃油挖掘機(jī)少30%。但由于挖掘機(jī)功率大,充電太浪費(fèi)時(shí)間,該挖掘機(jī)適用于有電源的場所,如港口、隧道、礦山及城市內(nèi)。
雙動(dòng)力工程機(jī)械
目前國內(nèi)外雙動(dòng)力工程機(jī)械均有發(fā)展。雙動(dòng)力工程機(jī)械改變原來單一動(dòng)力源,而是安裝二臺(tái)動(dòng)力機(jī),一臺(tái)是傳統(tǒng)柴油機(jī)或汽油機(jī),另一臺(tái)是交流電動(dòng)機(jī),兩臺(tái)動(dòng)力機(jī)在機(jī)械輸出上沒有連接,各自獨(dú)立或合流。國外產(chǎn)品:如美國power screen公司開發(fā)的雙動(dòng)力移動(dòng)篩分機(jī),車載發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行走到達(dá)作業(yè)區(qū)后,接上外接電源,由機(jī)載交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)構(gòu)。英國LUCAS維修公司開發(fā)的折疊式雙動(dòng)力隨車起重機(jī),德國依發(fā)汽車廠開發(fā)的ADK汽車起重機(jī)等均是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行走,到達(dá)作業(yè)區(qū)后接入交流電供車載電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。國內(nèi)產(chǎn)品;如山重建機(jī)GC258DP-8雙動(dòng)力抓料機(jī)(見圖5)及其他廠家開發(fā)的雙動(dòng)力挖掘機(jī),均采用以上結(jié)構(gòu),兩個(gè)耗功裝置通過輸出管路合流在一起,然后進(jìn)入多路閥。電動(dòng)機(jī)采用220V或380V電網(wǎng)用于驅(qū)動(dòng),當(dāng)機(jī)器在城鎮(zhèn)施工或用電方便的施工環(huán)境時(shí),可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。同時(shí),GC258DP-8駕駛室一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢,可以根據(jù)需求調(diào)整高度,擴(kuò)大駕駛員的視野。
這種工程機(jī)械設(shè)備即可以降低噪音,又可以節(jié)省能源,降低施工費(fèi)用;在無外接電源、遠(yuǎn)離電源或轉(zhuǎn)離施工現(xiàn)場時(shí),可以使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
混合動(dòng)力工程機(jī)械
混合動(dòng)力技術(shù)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,它給混合動(dòng)力工程機(jī)械帶來了機(jī)遇。
工程機(jī)械常用的混合動(dòng)力大致可分為:油電混合(電動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)代替液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá))、油液混合(回收儲(chǔ)存液壓能及其它形式能,以供輔助機(jī)械動(dòng)作)及油電液混合三種形式。由于有電動(dòng)機(jī)的輔助,混合動(dòng)力工程機(jī)械上用的柴油機(jī)功率可以比同能力的內(nèi)燃機(jī)工程機(jī)械的柴油機(jī)的功率小一些。另外,由于電動(dòng)機(jī)輔助,柴油機(jī)可以在低油耗、低排放的區(qū)域運(yùn)行。綜上所屬,混合動(dòng)力混合動(dòng)力工程機(jī)械比同能力的內(nèi)燃機(jī)工程機(jī)械節(jié)油15%~30%,污染排放物也下降15%~30%。
目前,混合動(dòng)力技術(shù)在工程機(jī)械上應(yīng)用以國外大品牌為主國,如沃爾沃公司開發(fā)的L220F混合動(dòng)力裝載機(jī),俄羅斯車?yán)镅刨e斯克拖拉機(jī)廠開發(fā)的混合動(dòng)力推土機(jī),卡特彼勒開發(fā)設(shè)計(jì)的CAT336EH混合動(dòng)力挖掘機(jī),小松已面向中國市場銷售的HB205、HB215混合動(dòng)力挖掘機(jī),美國特雷克斯公司開發(fā)的混合動(dòng)力高空作業(yè)車,德國福格勒公司開發(fā)的混合動(dòng)力瀝青攤鋪機(jī),另外日本的日立建機(jī)、住友建機(jī)、三菱及韓國斗山等世界著名工程機(jī)械已開發(fā)各具特色的混合動(dòng)力工程機(jī)械。而國內(nèi)的一些主機(jī)廠,如山重建機(jī)、三一重工、中聯(lián)重科、山河智能等,也早在2011年前后展出了自行研制的混合動(dòng)力挖掘機(jī)等新產(chǎn)品,國內(nèi)企業(yè)由于受到自身研發(fā)能力和市場環(huán)境的影響,還很難實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)及銷售。