在2013首届CTO峰会上,三一重机研究院院长曹东辉以《挖掘机节能减排技术》为主题做演讲报告。
一、背景
随着我国经济的发展,工程机械保有量以年均22%速度增长,截止2011年底,国内工程机械保有量547万台。其中挖掘机以年均27%的高速增长,保有量达130万台。工程机械单机平均排量是轿车的4-8倍,2011年,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%。工程机械的单机污染物排放量远超轿车,但由于大多数在野外作业。因此带来的环境污染问题常常被人遗忘。
二、节能技术
1、概述
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。
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,如:
动力部分:混合动力、新能源(电动、天然气动力)。
液压系统:液压能回收、传统的流量再生及独立控制、VBO、incova及多泵系统。
控制系统:自动怠速、全局优化。
2、动力部分
混合动力
回转采用纯电机驱动,发动机与主泵之间设有主电机(发电/电动机),采用超级电容作为储电装置;
主电机平衡发动机功率,使其在最佳工况附近工作,降低燃油消耗;
回转电机利用超级电容中电能驱动上车回转,但回转制动时,回转电机作为发电机发电吸收回转制动能量,提高能量利用率;
制造成本较高,市场竞争力较低,但随着零
部件成本的降低,存在大规模普及的可能;
主电机设置在主泵末端,与发动机、主泵同轴串联;采用油电混合动力回转马达;储电装置为超级电容;
主电机平衡发动机功率,使其在最佳工况附近工作,降低燃油消耗;
混合动力回转马达,电机发电回收制动能量,提高能量利用率;油电混合动力驱动回转,提高回转操作舒适性以及混合动力系统可靠性;
新能源(电动)
采用可充电式蓄电池组替代原燃油系统,使用外置式充电机定时给蓄电池组充电。
新能源(天然气动力)
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更适合在挖挖掘机上使用。
3、液压系统
液压能回收
回转制动时的高压油,通过能量回收阀,直接由液压蓄能器回收该高压油;
回转启动时,蓄能器释放已回收的高压油,经能量回收阀,补充到回转马达中;
通过改进后的发动机与泵控制方案,回转启动时由于蓄能器中已回收的高压油补充,减少主泵对回转的液压油提供,降低整车燃油消耗;
动臂下降时,开启能量回收阀、关闭回油阀及开关阀,动臂大腔除再生以外的压力油全部储存入蓄能器;
动臂提升时,关闭能量回收阀和回油阀、开启开关阀,蓄能器的液压油驱动液压马达;
传统的流量再生及独立控制
当工作装置处于无负载下落时,将液压缸某一腔的油引入另一腔,以提高工作装置执行速度的节能技术,称之为再生技术。
挖掘机在斗杆挖掘及动臂下降时,采用了该技术。