新能源工程機(jī)械現(xiàn)狀

由于能源緊缺和環(huán)境污染的雙重壓力，節(jié)能降耗引起社會(huì)高度關(guān)注。目前，很多國(guó)內(nèi)工程機(jī)械企業(yè)近年來(lái)開(kāi)發(fā)出不少新能源工程機(jī)械，并且取得一定的成果。例如：燃?xì)猓↙NG）動(dòng)力液壓挖掘機(jī)和燃氣動(dòng)力裝載機(jī)應(yīng)用LNG液化天然氣作為動(dòng)力、電動(dòng)叉車和電動(dòng)挖掘機(jī)直接應(yīng)用電能、雙動(dòng)力挖掘機(jī)應(yīng)用柴油及電能兩種能源、混合動(dòng)力挖掘機(jī)節(jié)能降耗等工程機(jī)械已經(jīng)問(wèn)世。綜上分析，開(kāi)發(fā)新能源工程機(jī)械一定是時(shí)代趨勢(shì)。

新能源工程機(jī)械的多樣性

由于工程機(jī)械種類眾多，而且各種類的工況及運(yùn)行環(huán)境不一，所以新能源工程機(jī)械具有多樣性的特點(diǎn)。

LNG工程機(jī)械

天然氣作為燃料，有CNG與LNG的區(qū)別，CNG就是壓縮天然氣(CompressedNaturalGas)，簡(jiǎn)稱CNG。是天然氣加壓(超過(guò)3,600磅/平方英寸)并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。它與管道天然氣的成分相同。液化天然氣即為液態(tài)的天然氣(LiquefiedNaturalGas)，簡(jiǎn)稱LNG。是天然氣經(jīng)過(guò)低溫冷凝等一系列處理，使天然氣在超低溫（-162°C）常壓狀態(tài)下液化，成為液化天然氣。由于CNG與LNG密度比為1:3，所以LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的續(xù)航能力更長(zhǎng)，在工程機(jī)械上更具有發(fā)展的潛力。其基本動(dòng)力構(gòu)成（見(jiàn)圖1，略，詳見(jiàn)《建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理》雜志第三期）是燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、一組或單個(gè)LNG氣瓶、一套汽化裝置及管路組成；應(yīng)用一個(gè)特殊汽化裝置把液化天然氣汽化為氣態(tài)天然氣，通過(guò)一系列燃?xì)鈮毫φ{(diào)整后天然氣進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)（燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)低壓濾清器），在發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中進(jìn)一步調(diào)整，調(diào)整后在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒，對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等傳遞到耗功裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。經(jīng)過(guò)測(cè)試，能源消耗費(fèi)用節(jié)省30%~40%。

目前，中國(guó)品牌主機(jī)企業(yè)在LNG產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中取得一定成果，如：在裝載機(jī)方面；徐工集團(tuán)LNG裝載機(jī)（見(jiàn)圖2）在世界上率先應(yīng)用和率先實(shí)現(xiàn)批量銷售（徐工集團(tuán)2011年BICES展會(huì)上推出全球第一臺(tái)LNG裝載機(jī)），同時(shí)，雷沃重工、臨工、廈工等也相繼推出了LNG裝載機(jī)系列。在挖掘機(jī)方面；山重建機(jī)LNG挖掘機(jī)在世界上也率先應(yīng)用，并取得一定成績(jī)（山重建機(jī)2012年在上海bauma展上展出LNG挖掘機(jī)）。另外，LNG在商品泵送機(jī)械上也取得很好的應(yīng)用，中聯(lián)重科、三一重工和中集凌宇還推出了多款技術(shù)成熟的商品混凝土水泥攪拌運(yùn)輸車等。

然而，LNG發(fā)動(dòng)機(jī)也存在一些問(wèn)題需要解決：

（1）燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)與同級(jí)別柴油機(jī)相比，動(dòng)力性能還有差別。例如，在重負(fù)載工作時(shí)，動(dòng)力調(diào)節(jié)滯后，不能很好的適應(yīng)負(fù)載變化；

（2）不能在密閉的空間里作業(yè)。LNG氣瓶在內(nèi)部壓力高時(shí)，會(huì)通過(guò)放氣閥門釋放瓶?jī)?nèi)壓力，以保證瓶?jī)?nèi)壓力在安全壓力內(nèi)；

（3）LNG氣體加注時(shí)，需要特殊設(shè)備，目前LNG工程機(jī)械車輛在工地上加注具有很大的局限性，這在一定的程度上限制LNG的推廣使用。

但是相對(duì)普通柴油機(jī)，LNG發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物明顯減少，研究表明，CO2減少23%、SO2減少70%、CO減少50%，為發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣或作為燃料使用時(shí)排放滿足更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造了條件，這對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣對(duì)大氣的污染具有十分重要的意義。

電驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械

電驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械是以大功率電動(dòng)馬達(dá)取代發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在大型工程機(jī)械產(chǎn)品使用較多，如國(guó)外品牌日立的EX3600、EX5500、EX8000-6液壓挖掘機(jī)采用的都是電驅(qū)動(dòng)方式。如山重建機(jī)也開(kāi)發(fā)了一款JCM921D（電動(dòng)）挖掘機(jī)，并實(shí)現(xiàn)銷售。

以JCM921D（電動(dòng)）挖掘機(jī)為例，它的動(dòng)力源為電網(wǎng)電能的電動(dòng)工程機(jī)械，取消原有的柴油機(jī)，以電動(dòng)機(jī)代替柴油機(jī)對(duì)外輸出功率。電機(jī)動(dòng)力均來(lái)自380V電網(wǎng)，控制器與變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)負(fù)載變化對(duì)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，并控制電磁比例閥調(diào)整斜盤變量泵的吸收功率，達(dá)到最優(yōu)功率匹配；回轉(zhuǎn)不再使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)，而是直接應(yīng)用回轉(zhuǎn)電機(jī)，通過(guò)控制器與回轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)回轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。解決了采用傳統(tǒng)柴油機(jī)帶來(lái)的能量消耗大的問(wèn)題，達(dá)到更加節(jié)能、低噪、環(huán)保的目的。

此種工程機(jī)械完全采用電網(wǎng)電源，零排放、噪聲小、節(jié)能是其突出優(yōu)勢(shì)，該挖掘機(jī)的使用成本比燃油挖掘機(jī)少30%。但由于挖掘機(jī)功率大，充電太浪費(fèi)時(shí)間，該挖掘機(jī)適用于有電源的場(chǎng)所，如港口、隧道、礦山及城市內(nèi)。

雙動(dòng)力工程機(jī)械

目前國(guó)內(nèi)外雙動(dòng)力工程機(jī)械均有發(fā)展。雙動(dòng)力工程機(jī)械改變?cè)瓉?lái)單一動(dòng)力源，而是安裝二臺(tái)動(dòng)力機(jī)，一臺(tái)是傳統(tǒng)柴油機(jī)或汽油機(jī)，另一臺(tái)是交流電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)動(dòng)力機(jī)在機(jī)械輸出上沒(méi)有連接，各自獨(dú)立或合流。國(guó)外產(chǎn)品：如美國(guó)powerscreen公司開(kāi)發(fā)的雙動(dòng)力移動(dòng)篩分機(jī)，車載發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行走到達(dá)作業(yè)區(qū)后，接上外接電源，由機(jī)載交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)構(gòu)。英國(guó)LUCAS維修公司開(kāi)發(fā)的折疊式雙動(dòng)力隨車起重機(jī)，德國(guó)依發(fā)汽車廠開(kāi)發(fā)的ADK汽車起重機(jī)等均是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行走，到達(dá)作業(yè)區(qū)后接入交流電供車載電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品；如山重建機(jī)GC258DP-8雙動(dòng)力抓料機(jī)（見(jiàn)圖5）及其他廠家開(kāi)發(fā)的雙動(dòng)力挖掘機(jī)，均采用以上結(jié)構(gòu)，兩個(gè)耗功裝置通過(guò)輸出管路合流在一起，然后進(jìn)入多路閥。電動(dòng)機(jī)采用220V或380V電網(wǎng)用于驅(qū)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器在城鎮(zhèn)施工或用電方便的施工環(huán)境時(shí)，可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，GC258DP-8駕駛室一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)需求調(diào)整高度，擴(kuò)大駕駛員的視野。

這種工程機(jī)械設(shè)備即可以降低噪音，又可以節(jié)省能源，降低施工費(fèi)用；在無(wú)外接電源、遠(yuǎn)離電源或轉(zhuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可以使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

混合動(dòng)力工程機(jī)械

混合動(dòng)力技術(shù)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，它給混合動(dòng)力工程機(jī)械帶來(lái)了機(jī)遇。

工程機(jī)械常用的混合動(dòng)力大致可分為：油電混合（電動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)代替液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)）、油液混合（回收儲(chǔ)存液壓能及其它形式能，以供輔助機(jī)械動(dòng)作）及油電液混合三種形式。由于有電動(dòng)機(jī)的輔助，混合動(dòng)力工程機(jī)械上用的柴油機(jī)功率可以比同能力的內(nèi)燃機(jī)工程機(jī)械的柴油機(jī)的功率小一些。另外，由于電動(dòng)機(jī)輔助，柴油機(jī)可以在低油耗、低排放的區(qū)域運(yùn)行。綜上所屬，混合動(dòng)力混合動(dòng)力工程機(jī)械比同能力的內(nèi)燃機(jī)工程機(jī)械節(jié)油15%~30%，污染排放物也下降15%~30%。

目前，混合動(dòng)力技術(shù)在工程機(jī)械上應(yīng)用以國(guó)外大品牌為主國(guó)，如沃爾沃公司開(kāi)發(fā)的L220F混合動(dòng)力裝載機(jī)，俄羅斯車?yán)镅刨e斯克拖拉機(jī)廠開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力推土機(jī)，卡特彼勒開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的CAT336EH混合動(dòng)力挖掘機(jī)，小松已面向中國(guó)市場(chǎng)銷售的HB205、HB215混合動(dòng)力挖掘機(jī)，美國(guó)特雷克斯公司開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力高空作業(yè)車，德國(guó)福格勒公司開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力瀝青攤鋪機(jī)，另外日本的日立建機(jī)、住友建機(jī)、三菱及韓國(guó)斗山等世界著名工程機(jī)械已開(kāi)發(fā)各具特色的混合動(dòng)力工程機(jī)械。而國(guó)內(nèi)的一些主機(jī)廠，如山重建機(jī)、三一重工、中聯(lián)重科、山河智能等，也早在2011年前后展出了自行研制的混合動(dòng)力挖掘機(jī)等新產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)企業(yè)由于受到自身研發(fā)能力和市場(chǎng)環(huán)境的影響，還很難實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)及銷售。