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2014.03建设机械技术与管理65前沿技术AdvancedTechnique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。本文阐述LNG工程机械、电动工程机械、双动力工程机械、混合动力工程机械等新能源工程机械的特点及发展。1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。2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。2.1LNG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(CompressedNaturalGas)，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(LiquefiedNaturalGas)，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）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%。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，动力星空体育网站 星空体育首页调节滞后，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。浅谈几种新能源工程机械特点及发展山重建机（济宁）有限公司苏兆杰/SUZhaojie唐向阳/TANGXiangyang王保森/WANGBaosen图1燃气发动机动力系统示意图1.燃气发动机2.液压主泵3.稳压器4.电磁阀5.液化天然气气瓶6.汽化器总成BriefyDiscusstheMechanicalCharacteristicsandDevelopmentoSeveralNewEnergyProjects66CMTM2014.03前沿技术AdvancedTechnique2.2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（见图4），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。2.3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powerscreen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。 2.4 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，由于电动机辅星空体育网站 星空体育首页助，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。 3 国内外新能源工程机械的现状及 发展 3.1 国外现状及发展 图4 山重建机JCM921D （电动）挖掘机 图3 山重建机LNG挖掘机 图2 徐工LW800K-LNG型装载机 2014.03 建设机械技术与管理 67 前沿技术 Advanced Technique 新能源工程机械车辆从研发到 批量生产，科研单位、试制企业及试 用企业经费投入较大，要推广新能源 （LNG/电驱动）还要兴建一批基础设 施，投资也很大。发达国家政府在科研 经费投入、示范区建设、基础设施等方 面给予的政策优惠，为新能源工程机 械车辆的推广应用创造良好的条件， 并且实现大批量的产业化：如小松的 HB205、HB215混合动力挖掘机，不仅 在日本国内大批量生产销售，现在也面 向中国等国家进行生产和销售，沃尔沃 L220F混合动力装载机也同样批量销 售等。 经济上大力扶持：在研发期间，政 府给予较高强度资助，支持研究单位 和企业，尽快开发出节能环保的新能 源车辆。资金上的大力扶持，为发展 新能源工程机械奠定了良好的经济基 础。 政策上优惠及规划指导：政策上 的优惠是对发展新能源工程机械具有 推动力，它给生产者和使用者提供了开 发和购买的动力。在美国，对购买新能 源工程机械给予减税优惠，如购买节 油28%Aleecz公司生产的混合动力高空 作业车，可以减免1200美元的联邦税； 在日本，对生产低排放、低噪音的环保 型新能源工程机械厂商和用户给予融 资、税收、售价等方面的优惠。这些优 惠政策对于新能源工程机械的发展都 具有强大的推动作用。我国有关部门可 以借鉴国外经验，加大对节能和新能源 产品的支持力度。 法规上强制：不同时期与地域，对 燃油工程机械的生产、销售、使用和排 放实行限制性法规上的强制，特别是 关于严格限制燃油工程机械尾气排放 的相关法规，是对发展新能源车辆的 直接促进。 3.2 国内现状及发展 目前，在新能源工程机械领域，我 国已拉开新能源产业化大幕，初步取得 了一些进展，体现在以下三个方面： （1）初步形成新能源工程机械研发 和技术理念； （2）在技术研发方面，部分产品基 本能满足整车要求； （3）在产业化方面，部分新能源工 程机械车辆已经实现小批量销售，正 在向产业化推进。 但仍存在一些问题，需要解决： （1）我国新能源工程机械研究起步 较晚，政府投入不足，企业投入更少， 我国新能源工程机械处于试验阶段。 近年来虽然部分企业加大投入，有了 很大发展，但仍与国际先进水平有一定 的差距； （2）关键零部件（节能型液压元 件）的产业链尚未形成，产业化能力亟 待提高； （3）国内缺少新能源工程机械有关 配套鼓励政策及措施；从治理雾霾、节 能环保的角度考量，新能源工程机械 是应该鼓励购买的产品，应该纳入新 能源汽车补贴目录； （4）国内尚未有新能源工程机械的 相关标准；为了更好更快的开发和推广 新能源工程机械，建议国家有关部门 和行业协会，组织建立新能源工程机 械、工艺标准、性能测试标准、质量控 制标准、关键技术等标准。 4 结论分析 （1）新能源工程机械，均降低对能 源的消耗；近年来，国际石油燃料油价 不断攀升，新能源工程机械应该是一 大趋势。 （2）近期，国内有关部门对工程机 械排放法规正在进行修订（北京地区 已经实施北京非道路三阶段排放），这 对工程机械提出了一个大的挑战，然 而，新能源工程机械却减少了污染物的 排放，这为新能源工程机械发展提供了 一个机遇。 （3）由于新能源工程机械车辆噪声 大大降低，更能满足噪声要求。 总之，在全球能源面临短缺和对 环境保护的日益关注，新能源工程机械 已经成为工程机械节能、降耗、减排研 究的热点，是今后工程机械可持续发 展的重要研究方向及所趋。 [1] 张晓萌，李武.我国液化天然气汽 车发展前景的讨论[ J].汽车工业 研究，2009（9）：23-25. [2] 苏兆杰，王保 森，甄 建军. GC378NE燃气动力液压挖掘机 动力系统[ J].天津：工程机械， 2013（7）；4-6. [3] 杨孝纶.电动汽车技术发展趋势 及前景（下）[ J ] . 湖北：汽车科 技，2008（1）；7-8. [4] 章崇任.俄罗斯新能源工程机械 研发综述[ J].北京：建设机械技 术与管理，2009（11）；100-101. [5] 章崇任. 新能源工程机械特点 分析[ J].北京：建设机械，2009 （08）；90-92.
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