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工程机械需求走势 开发新能源成时代趋势

发布者:河南卫华集团           发布时间:2014-5-9          阅读:

    对于工程机械来说,传统燃料为柴油,即对环境造成污染,同时也严重浪费能源,为了改善这一状况,现在许多工程机械厂家投身开发新能源车辆,这对于降低环境污染,节省能源具有十分重要的意义。

    新能源工程机械现状

    由于能源紧缺和环境污染的双重压力,节能降耗引起社会高度关注。目前,很多国内工程机械企业近年来开发出不少新能源工程机械,并且取得一定的成果。例如:燃气(LNG)动力液压挖掘机和燃气动力装载机应用LNG液化天然气作为动力、电动叉车和电动挖掘机直接应用电能、双动力挖掘机应用柴油及电能两种能源、混合动力挖掘机节能降耗等工程机械已经问世。综上分析,开发新能源工程机械一定是时代趋势。

   新能源工程机械的多样性

    由于工程机械种类众多,而且各种类的工况及运行环境不一,所以新能源工程机械具有多样性的特点。

   LNG工程机械
 
   天然气作为燃料,有CNG与LNG的区别, CNG就是压缩天然气(Compressed Natural Gas),简称CNG.是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)并以气态储存在容器中。它与管道天然气的成分相同。液化天然气即为液态的天然气 (Liquefied Natural Gas),简称LNG.是天然气经过低温冷凝等一系列处理,使天然气在超低温(-162°C)常压状态下液化,成为液化天然气。由于CNG与LNG密度比为1:3,所以LNG发动机的续航能力更长,在工程机械上更具有发展的潜力。其基本动力构成(见图1,略,详见《建设机械技术与管理》杂志第三期)是燃气发动机、一组或单个LNG气瓶、一套汽化装置及管路组成;应用一个特殊汽化装置把液化天然气汽化为气态天然气,通过一系列燃气压力调整后天然气进入燃气发动机(燃气发动机低压滤清器),在发动机装置中进一步调整,调整后在发动机内燃烧,对外输出的转速、功率、扭矩等传递到耗功装置,实现动力输出。经过测试,能源消耗费用节省30%~40%.

    徐工LW800K-LNG型装载机

    目前,中国品牌主机企业在LNG产品开发中取得一定成果,如:在装载机方面;徐工LNG装载机(见图2)在世界上率先应用和率先实现批量销售(徐工2011年BICES展会上推出全球第一台LNG装载机),同时,雷沃重工、临工、厦工等也相继推出了LNG装载机系列。在挖掘机方面;山重建机LNG挖掘机在世界上也率先应用,并取得一定成绩(山重建机2012年在上海bauma展上展出LNG挖掘机)。另外,LNG在混凝土机械上也取得很好的应用,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等。

    然而,LNG发动机也存在一些问题需要解决:

(1)燃气发动机与同级别柴油机相比,动力性能还有差别。例如,在重负载工作时,动力调节滞后,不能很好的适应负载变化;

(2)不能在密闭的空间里作业。LNG气瓶在内部压力高时,会通过放气阀门释放瓶内压力,以保证瓶内压力在安全压力内;

(3)LNG气体加注时,需要特殊设备,目前LNG工程机械车辆在工地上加注具有很大的局限性,这在一定的程度上限制LNG的推广使用。

    但是相对普通柴油机,LNG发动机排放污染物明显减少,研究表明,CO2减少23%、SO2减少70% 、CO减少50%,为发动机尾气或作为燃料使用时排放满足更加严格的标准创造了条件,这对改善发动机尾气对大气的污染具有十分重要的意义。

    电驱动工程机械

    电驱动工程机械是以大功率电动马达取代发动机驱动,在大型工程机械产品使用较多,如国外品牌日立的EX3600、EX5500、EX8000-6液压挖掘机采用的都是电驱动方式。如山重建机也开发了一款JCM921D(电动)挖掘机,并实现销售。

    以JCM921D(电动)挖掘机为例,它的动力源为电网电能的电动工程机械,取消原有的柴油机,以电动机代替柴油机对外输出功率。电机动力均来自380V电网,控制器与变频器进行数据通信,根据负载变化对电机进行变频调速,并控制电磁比例阀调整斜盘变量泵的吸收功率,达到最优功率匹配;回转不再使用液压回转马达,而是直接应用回转电机,通过控制器与回转电机变频器进行数据通信,对回转电机进行变频调速。解决了采用传统柴油机带来的能量消耗大的问题,达到更加节能、低噪、环保的目的。

    此种工程机械完全采用电网电源,零排放、噪声小、节能是其突出优势,该挖掘机的使用成本比燃油挖掘机少30%.但由于挖掘机功率大,充电太浪费时间,该挖掘机适用于有电源的场所,如港口、隧道、矿山及城市内。

    双动力工程机械

    目前国内外双动力工程机械均有发展。双动力工程机械改变原来单一动力源,而是安装二台动力机,一台是传统柴油机或汽油机,另一台是交流电动机,两台动力机在机械输出上没有连接,各自独立或合流。国外产品:如美国power screen公司开发的双动力移动筛分机,车载发动机驱动行走到达作业区后,接上外接电源,由机载交流电动机驱动作业机构。英国LUCAS维修公司开发的折叠式双动力随车起重机,德国依发汽车厂开发的ADK汽车起重机等均是由发动机驱动行走,到达作业区后接入交流电供车载电动机驱动作业机构运转。国内产品;如山重建机GC258DP-8双动力抓料机(见图5)及其他厂家开发的双动力挖掘机,均采用以上结构,两个耗功装置通过输出管路合流在一起,然后进入多路阀。电动机采用220V或380V电网用于驱动,当机器在城镇施工或用电方便的施工环境时,可以采用电动机驱动。同时,GC258DP-8驾驶室一个独特的优势,可以根据需求调整高度,扩大驾驶员的视野。

    这种工程机械设备即可以降低噪音,又可以节省能源,降低施工费用;在无外接电源、远离电源或转离施工现场时,可以使用发动机驱动。

      混合动力工程机械

     混合动力技术在汽车领域已经得到广泛应用,它给混合动力工程机械带来了机遇。

    工程机械常用的混合动力大致可分为: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。由于有电动机的辅助,混合动力工程机械上用的柴油机功率可以比同能力的内燃机工程机械的柴油机的功率小一些。另外,由于电动机辅助,柴油机可以在低油耗、低排放的区域运行。综上所属,混合动力混合动力工程机械比同能力的内燃机工程机械节油15%~30%,污染排放物也下降15%~30%.

    目前,混合动力技术在工程机械上应用以国外大品牌为主国,如沃尔沃公司开发的L220F混合动力装载机,俄罗斯车里雅宾斯克拖拉机厂开发的混合动力推土机,卡特彼勒开发设计的CAT336EH混合动力挖掘机,小松已面向中国市场销售的HB205、HB215混合动力挖掘机,美国特雷克斯公司开发的混合动力高空作业车,德国福格勒公司开发的混合动力沥青摊铺机,另外日本的日立建机、住友建机、三菱及韩国斗山等世界著名工程机械已开发各具特色的混合动力工程机械。而国内的一些主机厂,如山重建机、三一重工、中联重科、山河智能等,也早在2011年前后展出了自行研制的混合动力挖掘机等新产品,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。

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