數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測的非道路工程機(jī)械排放治理技術(shù)應(yīng)用

摘要：在非道路工程機(jī)械排放治理領(lǐng)域，選擇國二排放標(biāo)準(zhǔn)的典型機(jī)械進(jìn)行顆粒物排放治理技術(shù)應(yīng)用研究。匹配排放治理裝置+利用數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)監(jiān)測裝置運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)路線，標(biāo)志著行業(yè)內(nèi)對于減少環(huán)境污染的重視及科技應(yīng)用的進(jìn)步，但現(xiàn)有研究在排放數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性獲取、實(shí)時(shí)監(jiān)控效率及減排效果的長期穩(wěn)定性方面仍面臨挑戰(zhàn)。對此，通過細(xì)化試驗(yàn)機(jī)械選型、優(yōu)化技術(shù)方案設(shè)計(jì)、明確技術(shù)路線，并結(jié)合排氣溫度與排氣壓力的綜合分析、減排效果的量化統(tǒng)計(jì)，可系統(tǒng)提升排放治理技術(shù)的應(yīng)用效果；通過精準(zhǔn)監(jiān)控排放治理裝置在不同工況下的性能，達(dá)成促進(jìn)排放減少的目標(biāo)，并為環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)實(shí)質(zhì)性成效。研究旨在強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新在解決環(huán)境問題中的關(guān)鍵作用，為非道路工程機(jī)械排放治理提供新的思路與方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測；非道路工程機(jī)械；排放治理技術(shù)

引言

在非道路工程機(jī)械排放治理領(lǐng)域，智能化技術(shù)的融入為相關(guān)研究與應(yīng)用打開了新思路。遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)與機(jī)械智能化的結(jié)合，提高了排放治理裝置的性能和效率，也為環(huán)境污染減少目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了創(chuàng)新手段。有歷史數(shù)據(jù)表明非道路工程機(jī)械排放對大氣質(zhì)量影響顯著，是環(huán)境治理的重要領(lǐng)域，也有相關(guān)研究展示出非道路工程機(jī)械排放的清單編制、管控措施與減排效果。但目前對于實(shí)時(shí)監(jiān)測與排放治理技術(shù)應(yīng)用方面的研究尚顯不足[1-5]。雖然內(nèi)河船機(jī)排放監(jiān)測數(shù)據(jù)輕量化與防篡改技術(shù)的研究，為非道路工程機(jī)械排放治理提供了技術(shù)參考與支持[6]，但是關(guān)于非道路工程機(jī)械排放治理技術(shù)結(jié)合遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測的研究，仍面臨數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性獲取、實(shí)時(shí)監(jiān)控效率及治理效果評估等問題[7]。

本研究旨在探索我國第二階段汽車排放標(biāo)準(zhǔn)（簡稱“國二排放標(biāo)準(zhǔn)”）的非道路工程機(jī)械顆粒物排放治理技術(shù)及應(yīng)用，并重點(diǎn)利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)提高監(jiān)控效率和治理效果。通過選擇典型機(jī)械、匹配排放治理裝置，并結(jié)合排氣溫度、排氣壓力分析與減排效果統(tǒng)計(jì)，探討如何通過智能化監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化非道路工程機(jī)械的排放性能，重點(diǎn)分析智慧監(jiān)測技術(shù)在實(shí)際工作環(huán)境中的應(yīng)用效果及其對排放減少的貢獻(xiàn)。

1總體設(shè)計(jì)

選擇國二排放標(biāo)準(zhǔn)的非道路工程機(jī)械，針對顆粒物排放控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。給所選的機(jī)械配置合適的排放控制裝置，并利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測這些裝置在實(shí)際操作環(huán)境中的性能狀態(tài)。

1.1 試驗(yàn)機(jī)械

為深入研究非道路工程機(jī)械顆粒物排放治理技術(shù)的應(yīng)用，選定2臺挖掘機(jī)作為試驗(yàn)對象，并對其性能進(jìn)行詳細(xì)分析和評估。2臺挖掘機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 技術(shù)方案

以ZX200-3與CAT320D挖掘機(jī)為研究對象，制定一套綜合性技術(shù)方案，包括排放治理裝置的選型、配置及其與機(jī)械本體的集成，同時(shí)采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)裝置監(jiān)測其在不同工況下的性能表現(xiàn)。

排放治理裝置的選型依據(jù)機(jī)械的發(fā)動機(jī)特性與排放需求，選用適應(yīng)性強(qiáng)、效率高的顆粒物捕集器（DPF）和選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)，以期達(dá)到更優(yōu)的減排效果。其中DPF負(fù)責(zé)捕獲燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒物，SCR系統(tǒng)則通過化學(xué)反應(yīng)降低排氣中的有害氣體含量。同時(shí)，為確保排放治理裝置能夠在各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)方案中應(yīng)詳細(xì)規(guī)劃裝置與挖掘機(jī)本體的集成方式，集成設(shè)計(jì)時(shí)考慮機(jī)械的操作環(huán)境、維護(hù)便利性和對性能的影響，旨在無縫集成且不影響挖掘機(jī)的正常使用效率。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在技術(shù)方案中起著關(guān)鍵作用，其能夠?qū)崟r(shí)收集排放治理裝置在不同操作狀態(tài)下的性能數(shù)據(jù)，包括排氣溫度、壓力及減排效果等關(guān)鍵指標(biāo)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對排放治理效果的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析與裝置優(yōu)化確立了基礎(chǔ)。

1.3 技術(shù)路線

采取的技術(shù)路線以ZX200-3與CAT320D挖掘機(jī)為試驗(yàn)對象，通過配置先進(jìn)的排放治理裝置，并運(yùn)用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測其在實(shí)際作業(yè)條件下的排放性能。

1.3.1 排放治理裝置的安裝與集成

根據(jù)2臺挖掘機(jī)的技術(shù)參數(shù)和工作特性，選擇與之匹配的DPF和SCR系統(tǒng)。詳細(xì)規(guī)劃裝置與挖掘機(jī)的集成方式，確保裝置的穩(wěn)定性和對機(jī)械性能的影響最小。

1.3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的部署

在2臺挖掘機(jī)上安裝必要的傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于收集排放數(shù)據(jù)（如排氣溫度、壓力）和治理裝置的運(yùn)行狀態(tài)。確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院蛯?shí)時(shí)性，為后續(xù)分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

1.3.3 實(shí)地作業(yè)監(jiān)測

2臺挖掘機(jī)在連續(xù)2周的實(shí)際作業(yè)過程中，全程開啟遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，收集排放治理裝置在不同工作條件下的性能數(shù)據(jù)。

1.3.4 數(shù)據(jù)收集與分析

收集遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行詳細(xì)分析，包括排放治理裝置的效率評估、排放數(shù)據(jù)的變化趨勢分析及可能的性能優(yōu)化方向。

1.3.5 結(jié)果評估與優(yōu)化建議

基于收集的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，評估排放治理技術(shù)的應(yīng)用效果，并提出可能的改進(jìn)措施和優(yōu)化建議，提高非道路工程機(jī)械的環(huán)境友好性。

1號挖掘機(jī)、2號挖掘機(jī)的排氣溫度與壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)分別如表2、表3所示。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 排氣溫度與排氣壓力分析

對2臺挖掘機(jī)在連續(xù)2周內(nèi)排氣溫度與排氣壓力的變化進(jìn)行分析，評估排放治理裝置的性能及其在實(shí)際工況下的應(yīng)用效果。分析基于表2和表3中的數(shù)據(jù)，重點(diǎn)關(guān)注排氣溫度與排氣壓力2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢及相互關(guān)系。

1號挖掘機(jī)的數(shù)據(jù)顯示，排氣溫度在第1周表現(xiàn)出波動性，溫度范圍為340.45～365.20℃，

第2周波動略小，溫度范圍為345.25～360.75℃；

相應(yīng)地，排氣壓力在第1周內(nèi)的波動范圍為100.50～108.60kPa，第2周則略有下降，范圍為101.80～108.45kPa。該數(shù)據(jù)反映了排放治理裝置在不同工況下對排氣溫度與壓力的控制能力。

2號挖掘機(jī)的數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測期間排氣溫度與排氣壓力的變化趨勢與1號挖掘機(jī)類似，但在數(shù)值上略有不同。排氣溫度在第1周的波動范圍為350.40～370.65℃，第2周則為350.70～365.80℃，排氣溫度較1號挖掘機(jī)略高；排氣壓力在2周內(nèi)的變化也呈現(xiàn)相似趨勢，第1周為105.75～110.50kPa，第2周為104.50～108.60kPa。

對比2臺挖掘機(jī)的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)排氣溫度與排氣壓力之間存在一定的相關(guān)性，即排氣溫度越高，排氣壓力亦趨于增高。這一現(xiàn)象說明，在高負(fù)荷作業(yè)條件下，排放治理裝置面臨更大壓力，需進(jìn)一步優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)和作業(yè)參數(shù)，以保證排放治理的效率和穩(wěn)定性。

2.2 數(shù)據(jù)收集與分析

排氣溫度與排氣壓力的監(jiān)測結(jié)果表明，2臺挖掘機(jī)在實(shí)際作業(yè)條件下展現(xiàn)出不同的排放特性，但其數(shù)據(jù)均可顯示，排氣溫度與排氣壓力之間存在正相關(guān)。同時(shí)，排放治理裝置在控制排放過程中，顯示出了一定的溫度和壓力調(diào)節(jié)能力，但在極端工作條件下，其性能穩(wěn)定性需進(jìn)一步提高。另外，數(shù)據(jù)分析還顯示，排放治理裝置在連續(xù)作業(yè)中的性能波動可能與裝置對于復(fù)雜工況的適應(yīng)性有關(guān)。

基于上述發(fā)現(xiàn)，可進(jìn)一步探索排放治理裝置的性能優(yōu)化方向，如通過改進(jìn)裝置設(shè)計(jì)或優(yōu)化控制策略，提高裝置在不同工作條件下的效率及適應(yīng)性。

3減排效果統(tǒng)計(jì)

3.1 排放治理裝置的影響

與裝置安裝前相比，裝置安裝后2臺挖掘機(jī)的排氣溫度和排氣壓力呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的趨勢，表明排放治理裝置能有效降低作業(yè)過程中的排氣溫度，減少因溫度過高導(dǎo)致的有害氣體排放。

3.2 減排效果的量化

對比分析發(fā)現(xiàn)，排放治理裝置安裝后，挖掘機(jī)排放的顆粒物質(zhì)量濃度平均降低約20%，氮氧化物（NOx）等有害氣體的排放量也顯示出顯著下降趨勢，進(jìn)一步證實(shí)了排放治理技術(shù)的有效性。

3.3 性能優(yōu)化方向

盡管排放治理裝置展現(xiàn)出積極的減排效果，但其在極端工作條件下的性能波動也提示著優(yōu)化的必要性。未來工作中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注裝置對復(fù)雜工況的適應(yīng)性，以及如何降低排放治理成本、提高減排效率。

4結(jié)果評估與優(yōu)化建議

本研究基于遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果，評估了當(dāng)前排放治理技術(shù)在非道路工程機(jī)械上的應(yīng)用效果。雖然排放治理裝置能在一定程度上控制排氣溫度與排氣壓力，減少污染物的排放，但在高負(fù)載或復(fù)雜工況下，其性能穩(wěn)定性仍有待提升。

4.1 提升性能穩(wěn)定性

開展材料科學(xué)與工程設(shè)計(jì)方面的研究，探索新型高耐溫、高耐壓材料，以及更為高效的排放治理裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如，開發(fā)能自動調(diào)節(jié)捕集效率的智能濾材，以適應(yīng)不同排放量的需求。同時(shí)，整合傳感器、數(shù)據(jù)傳輸與控制算法，研發(fā)智能調(diào)節(jié)機(jī)制，該機(jī)制應(yīng)能基于實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)整排放治理裝置的工作狀態(tài)，優(yōu)化變化工況下的減排性能。

4.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析優(yōu)化

利用大數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，開發(fā)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析模型，用于深入分析排放數(shù)據(jù)，識別潛在的性能優(yōu)化點(diǎn)。如，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測在特定工作條件下的最優(yōu)排放控制策略。同時(shí)，升級遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，提高其數(shù)據(jù)處理速度和準(zhǔn)確性，確保能夠?qū)崟r(shí)捕捉排放治理裝置的性能變化，并及時(shí)反饋給操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

4.3 長期運(yùn)行評估

制定長期的設(shè)備監(jiān)測計(jì)劃，通過定期檢測排放治理裝置的性能指標(biāo)，評估其在長期運(yùn)行中的穩(wěn)定性和耐久性，并將相關(guān)數(shù)據(jù)用于支持持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)和維護(hù)策略制定。同時(shí)，專門分析長期運(yùn)行數(shù)據(jù)，識別導(dǎo)致性能衰減的關(guān)鍵因素，并基于這些因素調(diào)整維護(hù)周期和優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)，延長排放治理裝置的有效使用壽命。

4.4 操作人員培訓(xùn)

設(shè)計(jì)并實(shí)施針對性的培訓(xùn)項(xiàng)目，傳授有關(guān)排放治理技術(shù)的基礎(chǔ)知識、操作流程和維護(hù)要求，確保每位操作人員都能熟練地使用和維護(hù)排放治理裝置。定期舉行操作演練，模擬不同工作條件下的排放治理操作，通過實(shí)踐提高操作人員的技能水平，同時(shí)定期進(jìn)行技能評估與反饋，確保操作質(zhì)量。

結(jié)語

上述研究基于對非道路工程機(jī)械排放治理的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用效果的綜合分析，提出針對性的改進(jìn)措施與優(yōu)化建議。研究表明，排放治理裝置在降低顆粒物及有害氣體排放方面具有明顯效果，特別是對于排氣溫度與排氣壓力的控制表現(xiàn)出關(guān)鍵性能；通過智能化的數(shù)據(jù)分析與處理，不僅有效提升了排放治理裝置的性能，還為設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)境友好性提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。展望未來，機(jī)械智能化將繼續(xù)深入排放治理技術(shù)的研究與應(yīng)用方面，驅(qū)動非道路工程機(jī)械領(lǐng)域向更高效、更環(huán)保的方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

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作者簡介

吳笛（1972—），男，漢族，山東濟(jì)南人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。

劉坤（1987—），男，漢族，山東濟(jì)南人，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-04-29