談?wù)剻C(jī)械的節(jié)能技術(shù)

摘 要：中國能源開發(fā)與節(jié)約工作取得了重大進(jìn)展，能源效率有所提高。但與發(fā)達(dá)國家相比，中國能源效率水平依然偏低。 開源節(jié)流，提高能源的利用率是目前機(jī)械行業(yè)不可忽視的一個大問題，怎么提高能源的利用率呢，筆者參看有關(guān)資料和結(jié)合實際，提出機(jī)械節(jié)能設(shè)計和應(yīng)用方面看法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；能源；節(jié)能

中圖分類號：G622 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）35-298-01

中國的改革開放，帶來中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，隨之能源需求量也快速增長，這就加大了國內(nèi)資源壓力和環(huán)境壓力。而中國現(xiàn)在的人均資源占有量還達(dá)不到世界平均水平。目前中國的經(jīng)濟(jì)還屬于粗放型經(jīng)濟(jì)，同已達(dá)到完整工業(yè)化建設(shè)的國家相比，中國的能源浪費(fèi)較大。

近年來中國的節(jié)能技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步。通過自主研發(fā)和引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，已使國內(nèi)許多行業(yè)從中受益，并形成了良性發(fā)展的勢頭。總體來看，中國能源開發(fā)與節(jié)約工作取得了重大進(jìn)展，能源效率有所提高。但與發(fā)達(dá)國家相比，中國能源效率水平依然偏低。 開源節(jié)流，提高能源的利用率是目前機(jī)械行業(yè)不可忽視的一個大問題，怎么提高能源的利用率呢，參看有關(guān)資料和結(jié)合實際，我認(rèn)為在機(jī)械節(jié)能設(shè)計和應(yīng)用方面必須注意下面幾點

一、發(fā)動機(jī)與傳動系的合理匹配

機(jī)械發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，是評價產(chǎn)品主要使用性能的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而燃油經(jīng)濟(jì)性很大程度上取決于發(fā)動機(jī)和傳動系的匹配。生產(chǎn)效率最高（效率點），但油耗也很高；當(dāng)發(fā)動機(jī)工作在最佳比油耗曲線上時，燃油經(jīng)濟(jì)性最好（節(jié)能點）。在一個作業(yè)循環(huán)中，機(jī)器處于最大功率狀態(tài)的時間比重并不大。因此，要進(jìn)行發(fā)動機(jī)-傳動系的合理匹配分析。

在靜液壓傳動中，根據(jù)工程機(jī)械重載、低速的工作特點和作業(yè)過程中對動力及速度的要求，在發(fā)動機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)三者間，應(yīng)用微機(jī)和負(fù)荷傳感技術(shù)，按照設(shè)定的工作模式（輕載、重載、空載）實現(xiàn)壓力、流量和功率的節(jié)能綜合控制，使液壓系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)的匹配盡可能地保證實際工作點處于效率點和節(jié)能點附近，以獲得最高工作效率和最合理的燃油經(jīng)濟(jì)性。

液力機(jī)械傳動的最大缺點是傳動效率低（變矩器平均傳動效率只有60%左右）。而采用多擋變速器和液力變矩器并結(jié)合自動變速控制技術(shù)，就能在確保牽引的情況下，將變速器重新“拉回”到高效區(qū)工作。

二、合理確定工作載荷

傳統(tǒng)的工程機(jī)械設(shè)計，無論是對發(fā)動機(jī)的選型還是對工作參數(shù)的選擇，往往是“靠檔選型”、層層加碼，結(jié)果是設(shè)計裕量系數(shù)或功率裕量系數(shù)均被自然地放大了，最終導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸逐級放大。很多機(jī)械實際上是在“大馬拉小車”的工況下工作，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。為了節(jié)能，應(yīng)當(dāng)在全面分析作業(yè)機(jī)理、條件和工況的前提下，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計、試驗設(shè)計或有限元分析等現(xiàn)代設(shè)計方法，取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗法、類比法，精確合理地確定工作載荷。

三、盡量減少液壓系統(tǒng)流量和壓力損失

液壓系統(tǒng)回路設(shè)計合理與否對液壓工程機(jī)械節(jié)能影響很大。如，在調(diào)速回路設(shè)計中，應(yīng)避免將節(jié)流閥設(shè)置在液壓系統(tǒng)的進(jìn)油端（進(jìn)油節(jié)流調(diào)速）。這樣會使系統(tǒng)油溫升高、效率急劇下降，甚至出現(xiàn)故障。在無特定要求時，一般選用變量泵-定量馬達(dá)、定量泵-變量馬達(dá)或變量泵-變量馬達(dá)等容積式調(diào)速回路，因該回路的特點是溫升小、效率高。一些公司的裝載機(jī)液壓 系統(tǒng)采用的是荷載感應(yīng)式變量泵，能隨荷載的變化而輸出不同的功率，避免了液壓系統(tǒng)的能量浪費(fèi)。

另外，在液壓回路的傳統(tǒng)設(shè)計中常設(shè)置背壓閥，以防機(jī)器下坡、溜坡超速，損壞馬達(dá)，但卻增加能量損失，解決的辦法是在液壓馬達(dá)上加裝具有背壓功能的控制閥。這樣可減少壓力損失，提高系統(tǒng)效率。

四、建立能源回收系統(tǒng)

工程機(jī)械在行駛或作業(yè)過程中往往頻繁地減速、制動，致使動能轉(zhuǎn)換成熱能損失了，同時也降低了制動器等的使用壽命。可采用蓄電池、飛輪和蓄能器等方式加以回收儲存。在挖掘機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)等的動臂、鏟斗、吊具等大質(zhì)量工作裝置的回落、下降過程中都可通過蓄能器將重力勢能儲存起來。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，這樣的系統(tǒng)設(shè)計可減少能耗1/4。更簡易的節(jié)能辦法是，將負(fù)荷側(cè)液壓油通過必要的連接元件供給液壓系統(tǒng)的另一側(cè)，以達(dá)到節(jié)能的目的。

五、液壓元件的節(jié)能

經(jīng)分析，液壓元件的能量損耗主要是元件本身或相五連接處的泄漏、內(nèi)摩擦。因此，要減少能量消耗，就得提高液壓泵、馬達(dá)、液壓缸、液壓閥和各類液控元件的加工、裝配的精度；選擇性能優(yōu)良的密封材料，合理設(shè)計密封結(jié)構(gòu)和形式；合理選用潤滑、冷卻、散熱方式；不斷改進(jìn)液壓元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)摩擦。

由于各種閥類元件都將不同程度地產(chǎn)生流阻，設(shè)計時應(yīng)力求液壓元件與控制元件的數(shù)量最少，以減少流阻和能耗；同時，在回路中應(yīng)處理好閥類元件的流阻設(shè)置、分配和計算，盡可能使閥能在大、中開口狀態(tài)下工作，以減少非安全需要的溢流量，減少能量損失。采用高度集成閥是節(jié)能的有效措施之一，它能成功取代數(shù)量眾多的分離式單功能閥類控制元件，既可縮短液流路徑，減少流阻損失，又可使系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，減少自重引起的能耗。