龐琳娜

摘要：液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，被廣泛應(yīng)用到建筑、水利、交通以及礦山挖掘工作中，是一種以液壓技術(shù)為基礎(chǔ)的挖掘機(jī)，主要包括動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等，能夠在惡劣條件下完成挖掘工作，加快建設(shè)進(jìn)程，具有良好的應(yīng)用效果。因此，本文主要分析挖掘機(jī)的能耗問題，分析傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)采用的技能技術(shù)，并闡述新型節(jié)能技術(shù)。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī);傳統(tǒng)技術(shù);節(jié)能技術(shù)

0? 引言

液壓挖掘機(jī)消耗的能量較大，將其應(yīng)用到工程建設(shè)中，盡管能夠有效提升建設(shè)效率，但是會消耗大量的能量，造成能源浪費(fèi)，針對這一情況，需要對液壓挖掘機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)分析，盡可能減少能耗，實(shí)現(xiàn)高效率工作。

1? 挖掘機(jī)的能耗問題

一般挖掘機(jī)開展的工作范圍較廣，工作條件較為惡劣，在一個(gè)土方工程中，有將近一半以上的土方量由挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘工作，促使挖掘機(jī)在各種工程建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用。但是，挖掘機(jī)前端工作裝置的質(zhì)量較大，很容易在開展工作的過程中出現(xiàn)動臂下降的情況，消耗大量的能量，而且消耗的能量還會轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤合到y(tǒng)中液壓油的內(nèi)容，促使液壓油的溫度升高，導(dǎo)致挖掘機(jī)的使用效率低下，并減短使用壽命。挖掘機(jī)表現(xiàn)出來的耗油量高、尾氣污染等引起了機(jī)械制造行業(yè)的廣泛關(guān)注。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)和研究，發(fā)現(xiàn)大型挖掘機(jī)對能量的使用效率僅有五分之一，整體結(jié)構(gòu)消耗能量較少，大多數(shù)能量被消耗在液壓系統(tǒng)中，而且液壓系統(tǒng)對能量的利用率也較低，僅有三分之一，這些都是導(dǎo)致挖掘機(jī)效率低下的主要原因。因此，挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)存在較大的改進(jìn)空間，能創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)，促進(jìn)挖掘機(jī)向著節(jié)能方向發(fā)展。通常挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗問題主包括四方面：第一，溢流。挖掘機(jī)出現(xiàn)溢流情況主要是在工作過載情況下發(fā)生，這時(shí)液壓泵的輸出壓力大于安全閥的壓力，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)溢流情況。第二，沿程。導(dǎo)致該情況產(chǎn)生主要是由于出現(xiàn)黏性摩擦，增加摩擦力的同時(shí)造成了瓦力損失，針對這種情況，可以通過選擇合適的材料或者優(yōu)化管路進(jìn)行完善，減少沿程壓力造成的損失。第三，匹配。挖掘機(jī)在工作的過程中，由于負(fù)載變化較快，特別是在小負(fù)載高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不容易進(jìn)行匹配，只能安裝快速反應(yīng)回路解決這一問題，比如可以在挖掘機(jī)系統(tǒng)中添加負(fù)載敏感系統(tǒng)。第四，動能和勢能。液壓挖掘機(jī)的動臂和斗桿在工作時(shí)，由于質(zhì)量較大，所產(chǎn)生的動能和勢能也較大，造成動能和勢能損失。

2? 液壓挖掘機(jī)傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)挖掘機(jī)采用的柴油機(jī)產(chǎn)生動力，在柴油機(jī)上采用的節(jié)能技術(shù)主要包括燃燒室優(yōu)化技術(shù)、渦輪增壓技術(shù)、燃油泵匹配技術(shù)以及拓寬柴油機(jī)油耗區(qū)以及電控燃油噴射技術(shù)等等，目前，這些技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到挖掘機(jī)的發(fā)動機(jī)上。在動力系統(tǒng)中，很多挖掘機(jī)采用機(jī)械控制燃油噴射的柴油機(jī)，機(jī)械控制的轉(zhuǎn)速會對噴油泵的循環(huán)供油量以及噴射角造成一定的影響，導(dǎo)致在不同轉(zhuǎn)速下無法提供足量的燃油，因此，在強(qiáng)負(fù)載情況下，柴油機(jī)的工作效率較低。國外其他國家在挖掘機(jī)中使用電噴柴油機(jī)，噴油狀態(tài)和規(guī)律能夠結(jié)合挖掘機(jī)實(shí)際工作情況進(jìn)行改變，假如負(fù)荷顯著改變，噴油機(jī)就會做出相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而提升燃燒效率。

另外，一般中型挖掘機(jī)使用2個(gè)恒功率變量泵作為主要?jiǎng)恿?，采用交叉功率方式進(jìn)行控制，由于恒功率控制需要依靠兩只彈簧的近似值才可以確定，得到的數(shù)值并不是絕對的恒功率，因此需要對泵和發(fā)動力進(jìn)行匹配控制，這樣才能起到節(jié)能的效果，比如增加負(fù)載自適應(yīng)控制、轉(zhuǎn)速控制或者模糊PID控制等等。

3? 液壓挖掘機(jī)的新型節(jié)能技術(shù)

3.1 震動掘削技術(shù)

在液壓挖掘機(jī)工作過程中融入震動掘削相關(guān)原理和技術(shù)，研究鏟斗液壓缸震動掘削減少阻力的方式達(dá)到能耗降低的目的，進(jìn)而能夠減少挖掘過程中產(chǎn)生的阻力，提升工作效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的節(jié)能發(fā)展。在震動掘削的過程中，將鏟刃部分的震動作用于土壤上，這樣能夠有效進(jìn)行土壤挖掘。相關(guān)專家對其進(jìn)行一定研究，發(fā)現(xiàn)在一定情況下，正弦波產(chǎn)生的震動掘削相比靜態(tài)的掘削能夠有效降低無桿腔的壓力，降低量約為17.19%，還能實(shí)現(xiàn)能耗降低，降低約19.04%。但是還有相關(guān)專家對此在黏性土壤中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)震動掘削相比靜態(tài)掘削能夠降低壓力40%，因此，需要進(jìn)一步研究震動掘削相關(guān)理論。

3.2 負(fù)載口單獨(dú)控制技術(shù)

挖掘機(jī)在工作的過程中，泵的壓力以及流量都會發(fā)生一定的變化，而且不同速度以及位置，各個(gè)元件對壓力和流量的需求也不同。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)開發(fā)公司結(jié)合這種原理，設(shè)計(jì)了雙閥芯的系統(tǒng)，能夠獨(dú)立控制每一個(gè)元件的進(jìn)油和回油產(chǎn)生的壓力和流量，然后通過計(jì)算機(jī)的算法計(jì)算出該裝置能量分配情況，促使泵和發(fā)動機(jī)進(jìn)行匹配。

3.3 二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)

該技術(shù)主要應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的恒壓耦聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的二次元件馬達(dá)、泵能夠不產(chǎn)生損耗的從恒壓網(wǎng)絡(luò)中獲取能量。恒壓網(wǎng)絡(luò)中的液壓元件能夠進(jìn)行排量調(diào)節(jié)，在挖掘機(jī)中，液壓缸是主要的執(zhí)行元件，橫截面積不會發(fā)生改變，因此排量也不會發(fā)生改變。在對其進(jìn)行研究的過程中，有一些研究者提出采用接入液壓變壓器的方式，實(shí)現(xiàn)對恒壓油量以及負(fù)載的匹配，盡管現(xiàn)階段液壓變壓器技術(shù)還未進(jìn)一步完善，但是二次調(diào)節(jié)靜液擦傳動技術(shù)還是能夠應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，將液壓馬達(dá)替換回轉(zhuǎn)馬達(dá)。根據(jù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，將該技術(shù)應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)上，單位時(shí)間內(nèi)的耗油量明顯下降，下降值約為5%，而且單位時(shí)間挖掘的土方量也明顯增加，增加值約為3%。

3.4 混合動力技術(shù)

為了減少能耗，提升挖掘機(jī)的能量利用率，各個(gè)國家挖掘機(jī)制造企業(yè)逐漸對混合動力技術(shù)進(jìn)行深入研究?；旌蟿恿夹g(shù)主要是將輔助動力和發(fā)動機(jī)聯(lián)合起來產(chǎn)生動力，這樣能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)的功率進(jìn)行改善，實(shí)現(xiàn)功率平衡，消除極端功率，保證發(fā)動機(jī)處于高效燃油狀態(tài)下，進(jìn)而降低能耗。另外，混動動力技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)能量的回收，減少發(fā)動機(jī)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的熱量，進(jìn)而對能量進(jìn)行回收再利用，起到降低能耗的效果。針對混合動機(jī)技術(shù)節(jié)能方面的研究，浙江大學(xué)線管研究博士針對發(fā)動機(jī)開展的“削峰填谷”實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將混合動力技術(shù)應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)中能夠顯著節(jié)約能量，節(jié)約量約為30%。另外，還有相關(guān)企業(yè)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)記住那個(gè)混合動力技術(shù)融入液壓挖掘機(jī)中，比普通的挖掘機(jī)能夠減少25%的油量消耗。現(xiàn)階段，各大挖掘機(jī)制造企業(yè)推廣使用混合動力挖掘機(jī)，相比傳統(tǒng)挖掘機(jī)能夠減少能耗20%以上，通常都是在液壓挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善，假如采用回轉(zhuǎn)單獨(dú)泵進(jìn)行供油控制，而且采用性能較高的控制閥，實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如混合動力技術(shù)降低的能耗。另外，混合動力技術(shù)的選擇有很多種，相關(guān)制造商和研究院對此還未明確哪種技術(shù)更加合適，只明確宣傳具有良好的節(jié)能效果，但是具體應(yīng)用還并不廣泛，需要深入研究。

4? 總結(jié)

總之，采用液壓挖掘機(jī)的目的主要是提升工程建設(shè)的效率，方便人們施工，但是其中產(chǎn)生的能耗問題不容忽視，需要研究節(jié)能技術(shù)，提升挖掘機(jī)的工作效率，減少能耗的產(chǎn)生。傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在柴油機(jī)中，但是實(shí)際應(yīng)用效果并不明顯。而現(xiàn)階段采用的新型節(jié)能技術(shù)，比如震動掘削技術(shù)、負(fù)載口單獨(dú)控制技術(shù)、二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)以及混合動力技術(shù)能夠有效減少能量消耗，提升工作效率，但是還需要進(jìn)一步研究，進(jìn)而對液壓挖掘機(jī)進(jìn)行整體完善。

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