談談機械的節能技術

摘 要：中國能源開發與節約工作取得了重大進展，能源效率有所提高。但與發達國家相比，中國能源效率水平依然偏低。 開源節流，提高能源的利用率是目前機械行業不可忽視的一個大問題，怎么提高能源的利用率呢，筆者參看有關資料和結合實際，提出機械節能設計和應用方面看法。

關鍵詞：機械；能源；節能

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

中國的改革開放，帶來中國經濟持續高速發展，隨之能源需求量也快速增長，這就加大了國內資源壓力和環境壓力。而中國現在的人均資源占有量還達不到世界平均水平。目前中國的經濟還屬于粗放型經濟，同已達到完整工業化建設的國家相比，中國的能源浪費較大。

近年來中國的節能技術也取得了較大的進步。通過自主研發和引進國外的先進技術和設備，已使國內許多行業從中受益，并形成了良性發展的勢頭。總體來看，中國能源開發與節約工作取得了重大進展，能源效率有所提高。但與發達國家相比，中國能源效率水平依然偏低。 開源節流，提高能源的利用率是目前機械行業不可忽視的一個大問題，怎么提高能源的利用率呢，參看有關資料和結合實際，我認為在機械節能設計和應用方面必須注意下面幾點

一、發動機與傳動系的合理匹配

機械發動機的燃油經濟性，是評價產品主要使用性能的重要經濟指標。而燃油經濟性很大程度上取決于發動機和傳動系的匹配。生產效率最高（效率點），但油耗也很高；當發動機工作在最佳比油耗曲線上時，燃油經濟性最好（節能點）。在一個作業循環中，機器處于最大功率狀態的時間比重并不大。因此，要進行發動機-傳動系的合理匹配分析。

在靜液壓傳動中，根據工程機械重載、低速的工作特點和作業過程中對動力及速度的要求，在發動機、液壓泵、液壓馬達三者間，應用微機和負荷傳感技術，按照設定的工作模式（輕載、重載、空載）實現壓力、流量和功率的節能綜合控制，使液壓系統和發動機的匹配盡可能地保證實際工作點處于效率點和節能點附近，以獲得最高工作效率和最合理的燃油經濟性。

液力機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合自動變速控制技術，就能在確保牽引的情況下，將變速器重新“拉回”到高效區工作。

二、合理確定工作載荷

傳統的工程機械設計，無論是對發動機的選型還是對工作參數的選擇，往往是“靠檔選型”、層層加碼，結果是設計裕量系數或功率裕量系數均被自然地放大了，最終導致產品結構、尺寸逐級放大。很多機械實際上是在“大馬拉小車”的工況下工作，能源浪費嚴重。為了節能，應當在全面分析作業機理、條件和工況的前提下，運用優化設計、并行設計、試驗設計或有限元分析等現代設計方法，取代傳統的經驗法、類比法，精確合理地確定工作載荷。

三、盡量減少液壓系統流量和壓力損失

液壓系統回路設計合理與否對液壓工程機械節能影響很大。如，在調速回路設計中，應避免將節流閥設置在液壓系統的進油端（進油節流調速）。這樣會使系統油溫升高、效率急劇下降，甚至出現故障。在無特定要求時，一般選用變量泵-定量馬達、定量泵-變量馬達或變量泵-變量馬達等容積式調速回路，因該回路的特點是溫升小、效率高。一些公司的裝載機液壓 系統采用的是荷載感應式變量泵，能隨荷載的變化而輸出不同的功率，避免了液壓系統的能量浪費。

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

四、建立能源回收系統

工程機械在行駛或作業過程中往往頻繁地減速、制動，致使動能轉換成熱能損失了，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、裝載機、起重機等的動臂、鏟斗、吊具等大質量工作裝置的回落、下降過程中都可通過蓄能器將重力勢能儲存起來。統計數據表明，這樣的系統設計可減少能耗1/4。更簡易的節能辦法是，將負荷側液壓油通過必要的連接元件供給液壓系統的另一側，以達到節能的目的。

五、液壓元件的節能

經分析，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、內摩擦。因此，要減少能量消耗，就得提高液壓泵、馬達、液壓缸、液壓閥和各類液控元件的加工、裝配的精度；選擇性能優良的密封材料，合理設計密封結構和形式；合理選用潤滑、冷卻、散熱方式；不斷改進液壓元件的內部結構，減少內摩擦。

由于各種閥類元件都將不同程度地產生流阻，設計時應力求液壓元件與控制元件的數量最少，以減少流阻和能耗；同時，在回路中應處理好閥類元件的流阻設置、分配和計算，盡可能使閥能在大、中開口狀態下工作，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能的有效措施之一，它能成功取代數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，又可使系統和整機結構緊湊，減少自重引起的能耗。