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新常态 大未来——bauma2014回头看(二)

 在市场低迷期,工程机械成熟用户新购机更加注重机械设备的工效和整体价值回报。衡量价值回报指标,除了设备采购时的一次性投入之外,当然还包括设备在施工中的出勤率以及燃油消耗等要素。为了降低工程机械燃油消耗,从而实现节能减排,制造厂商始终在不断摸索尝试,例如发动机采用多种工作模式来适应不同工况需要,已经成为中高端工程机械的标配。

此外,制造厂商在动力输出方式、轻量化设计以及操控模式等方面积极努力,“混合动力、纯电动、碳纤维”等在工程机械领域也开始出现。第二集《bauma回头看》,为您盘点bauma china2014上各大制造厂商着力推广的节能省油“新”招数,并梳理近年来在工程机械领域节能力作。

●电传动履带式推土机与电传动自卸车


 

电传动大型矿车在大型矿山并不鲜见,但履带式推土机采用电传动型式,在国内尚属首次,国机重工在bauma2014推出了D320E电传动履带式推土机。

该机采用康明斯257kW/2000r/min发动机,整机实现无极变速,取消了液力变矩器、动力换挡变速箱、传动轴及中央传动等运动部件,据厂商资料介绍,该机突出特点是传动效率高,传动效率可提升约20%;二是节油显著,节省燃油10%-30%;三是可靠性高,显著降低了运动部件数量、冷却液需求和泄露,从而使整机具有更高的可靠性。

该机发电机额定功率/峰值功率为220kW/264kW,驱动电机功率/峰值功率为220kW/440kW,整机质量33.2t,最大牵引力288kN。

电传动控制系统知识普及:

利用车载大功率柴油发动机带动牵引发电机发电,将机械能转变成电能,电流经过整流和励磁控制,供给轮内或轮边牵引电动机,它又将电能转变成机械能,再通过行星轮减速机构将动力传递给主动车轮(通常为后轮)实现动力传递;车辆的前进和后退通过改变电动轮电机的磁场电流方向来实现;车辆在运行过程中,可以进行动力辅助制动,即无摩擦的缓行制动方式:此时,电动轮电机被调整为发电机运行状态,将车辆运行的惯性能转变成电能,通过动力制动电阻栅,以热能的形式耗散在大气中。这时,电动轮电机产生的电动力矩阻碍车辆运行,从而起到减速制动的作用。

 对比一下机械传动和电力传动,看电传动系统有何种优势:

机械传动:发动机-->变矩器-->变速器-->传动轴-->桥-->半轴-->轮胎
电传动:发动机-->发电机-->控制/输电线路-->牵引电动机-->轮胎

电动轮自卸汽车既没有复杂的机械变速机构和笨重的传动轴,也不需要后轴的伞齿轮、半轴和差速器,只要有电缆的软连接即可,使结构大大简化,一套电传动系统代替了在机械传动中的许多零部件,电气元件包含了更少的机械磨损件,中间环节少,传动链短、传动效率高、结构简单,提高了传动效率和工作的可靠性,电传动系统还可以改善柴油机的工作状况,使其功率能与牵引发电机相匹配而得到充分的利用,从而提高了车辆的牵引性能。并可无级变速、无摩擦电制动和自动电动差速等。

美国人在上世纪50年代发明了电动轮毂,它是在自卸汽车的基础上,融汇了无轨电车的技术产生并发展起来的,1959年,美国的Unit Rig公司首次将一辆载重为68吨的矿用汽车改装成电传动汽车,从1963年开始,该公司批量生产载重量为77吨的M85型电动轮自卸汽车。因为技术水平的限制,当时设计和制造用于大功率、大扭矩的机械变速传动系统是相当困难的,然而电力驱动系统就避免了这一问题,于是电动轮趁机得到了发展。同时由于电动轮自卸汽车有许多优点,其技术已逐步趋向成熟和完善。

徐工在bauma2014上展出XDE240大型电传动矿用自卸车,该车载重量230t,额定功率2500hp,发动机配置MTU16v4000,发电机采用GE GTA-41,牵引电机采用GE B25,轮边减速比为31.8:1,采用交—直—交电传动技术

●LNG新能源工程机械

面对当前市场对低碳、降耗和高效的要求,各制造厂商注重在新能源领域技术研发应用的投入。作为新能源产品的代表,此次参展的徐工XE360N天然气液压挖掘机和LW900K-LNG轮式装载机是一大亮点。其背部巨大的天然气储罐引起众多观展客户的极大兴趣,成为徐工装载机绿色产业领域的旗舰产品之一。  

 

LNG无色、无味、无毒、无腐蚀性,是目前世界上清洁能源的杰出代表。LNG几乎不含硫、粉尘和其他有害物质,燃烧后的颗粒物排放量比柴油机少50~70%,一台LNG装载机工作8小时可比一台柴油装载机减少150Kg的CO2排放。用户使用结果表明,以LNG为动力能源的装载机,不仅环保,节能方面也十分突出。

徐工LW900K-LNG液化天然气装载机是徐工研发的大吨位节能环保型装载机。采用变量敏感技术及独立散热系统,相对燃油型装载机平均节约燃料成本,功率利用效率提高;在前后车架上下交接销采用双列圆锥滚子轴承,掘起力达到260KN以上,举升时间小于6.5S;配置双气瓶布置技术;采用低速大功率发动机和天然气发动机独立散热系统。

中联重科与三一重工在bauma2014展示的天然气搅拌车,配置450L气瓶,综合行驶里程在400km左右。

LNG知识普及

所谓LNG实际上液化天然气的英文缩写,天然气在常压下,当冷却至约-162℃时,则由气态变成了液态。LNG的主要成份为甲烷,化学名称为CH4,还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。它的物理性质为无色、无味、无毒且无腐蚀性的液体,密度为0.430T/m3,气态密度为0.688kg/Nm3,体积约为同量气态天然气体积的1/625。其沸点为-162.5℃,熔点为-182℃,着火点为650℃,爆炸浓度范围:上限为15%,下限为5%。

由于是采用液化处理,相对来讲LNG的杂质是非常少,这与常规的CNG(压缩天然气)储气中存在比方说硫化物的比例严重影响发动机的性能方面来说是非常不同。但是LNG并不是通过直接供给实现燃烧的,而是还是通过汽化器转换成气态后对发动机进行供给。

交通部发布的《2014年交通运输行业节能减排工作要点》,继续将推进LNG汽车在道路运输上的应用当做了专项行动重点。目前LNG车型在西北等气源丰富,港口、混凝土搅拌站等短途运输中应用较多。不过,虽然加气站已经在全国范围内进一步普及,LNG车的的推广仍被一些原因所限制。

 发动机润滑要求高 养护不当降低发动机寿命

LNG气体燃料相比柴油、汽油来说,纯度高、热效率高,具有经济性、安全性、环保性能好的优势。但是由于气体燃料润滑性差,容易造成发动机摩擦磨损、腐蚀、锈蚀等情况。误用普通机油造成发动机寿命下降,给LNG推广带来了一定的影响。

气价波动大影响使用成本 优势减弱

早期用户购买LNG车辆的最主要的原因就是LNG气价便宜,即便多花6-8万购车成本,也能比柴油车回本快。但是,随着LNG的供需缺口的增加、部分地区加气站运营成本的增大,导致气价上涨波动。同时,不同地区气体燃料定价不同差价大等原因,也造成气体燃料的优势减弱。

总的来说,随着LNG车辆盲目扩张的热度渐降,企业和用户双方都逐渐变得冷静。企业在当前情况下,侧重于局部地区、集团化客户推广LNG车型。而用户也应该更加关注自己购买需求,综合政策走向、购置成本、LNG车辆加气情况、售后维护等因素再谨慎购车。


●混合动力技术

所谓混合动力系统,就是指由两种或者两种以上动力源联合输出的系统。根据混合动力源的不同,目前混合动力系统可分为油电混合和油液混合,油电混合动力源包括发动机、电动/发电机、蓄能单元为蓄电池或超级电容。油液混合动力源包括发动机、液压马达/泵,蓄能单元为液压蓄能器。

日本小松公司于2004年推出第一台混合动力挖掘机PC200-8,采用并联电液混合动力系统。随后,日立建机、新卡特三菱、神户制钢等纷纷推出自己的混合动力挖掘机。

山重建机MC386HH-8机液混合动力挖掘机

该产品在矿山施工作业工况实测节油率为29%,作业效率提高19%,综合节能效果超过35%。据山重建机称,MC386HH-8机液混合动力技术是挖掘机行业乃至工程机械行业的颠覆性技术,假设在挖掘机行业全面推广,按年新增10万台挖掘机,年节约燃油约84万吨,节约近60亿元,减少二氧化碳排量约200万吨。

该技术通过势能增压再生、降低液压能消耗达到提高液压能的利用率、提高挖掘机的作业效率的目的,进而实现高效、节能、环保。

小松HB205油液混合动力挖掘机

此次bauma小松展台一款2代混合动力挖掘机HB205展出。

自2008年,小松研制世界上首台搭载混合动力系统的液压挖掘机,小松PC200-8 Hybrid油电混合动力挖掘机采用电驱动回转技术,挖掘机的回转由一台电动马达驱动,能将挖掘机回转时的惯性动能收集利用,减少油压的损耗,同时配备4缸低速发动机,减速时发动机运转速度自动降低,比同等型号的一般挖掘机减少20%左右的燃油消耗,并且可以有效减少25%的二氧化碳排放。

2012年小松,HB205-1混合动力挖掘机在中国市场开始试水销售,2013年小松在德国bauma展出HB215lc-1混合动力挖掘机。

三一重机SY465H双燃料挖掘机

三一重机此次推出的SY465H双燃料挖掘机是三一重机针对矿山的施工工况和作业要求而量身打造的精品挖掘机,是国内首款燃油自过滤系统,搭载国三排放发动机的挖掘机,是代表三一挖掘机进军高端矿山市场的实力和信心之作。

SY465H单点喷射以及燃油、燃气独立控制技术,能精确控制燃油和燃气的喷射量和喷射时刻,可兼顾经济性和响应性的要求,同时该款设备还首创了燃气、燃油双燃料模式与正流量控制系统的匹配技术,瞬态控制策略技术,这些技术实现了动力性和经济性的平衡。

 

●装载机液压系统节能技术

装载机是一种工况变化多,载荷较大的循环作业机械。但目前国内装载机的转向和工作液压系统大多为定量系统配置,从而功率利用率低,能耗高,发热大。为适应未来市场的需求,主机厂家都在积极研究开发新型一代的节能装载机。

厦工HN系列轮式装载机采用装载机定变量节能技术,建立了匹配、优化的“黄金组合”系统,降低系统流量和功率损耗,实现了节能和效率发挥的最大化。据厦工称,同等作业条件下,可实现至少节省17%以上的油耗。
    柳工CLG8128H装载机总质量50.6t,额定载重量12t,铲斗崛起力360kN。发动机具有经济、标准和强劲三种工作模式。多工作模式电控发动机与全自动动力换挡变速箱匹配技术和高承载能力的驱动桥技术。

   负荷敏感——双泵合流——电液先导操作变量液压技术,工作液压系统采用双泵合流变量液压系统,可以根据工作负载的变化,调节液压泵的流量、压力,从而达到节能的目的。

 


 

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