田思文
[摘 要]随着我国基础建设力度的不断加大，工程机械种类和数量不断增加，工程机械所消耗的资源和排出的污染物对环境的影响越来越大，从源头入手，高效地利用资源、能源，保护环境是我国社会发展对机械工业的必然要求。本文首先分析了我国工程机械产品节能环保设计的现状，然后详细阐述了工程机械产品设计中的节能与环保要点。
[关键词]工程机械；节能；环保；环保型材料；发动机
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0236-01
一、我国工程机械产品节能环保设计的现状
我国工程机械经过了几十年的发展，已在世界工程机械市场占有一席之地，涌现出三一重工、徐工、柳工等一些知名的企业。但是我国节能环保型工程机械起步较晚，还缺乏相应的技术法规和标准，有关环境、安全、人机等方面的指标过低，阻碍了我国绿色工程机械的发展。例如国产机械噪声大、尾气排放不达标的情况一直没有得到较好地解决。随着工程机械种类和数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物以及施工中产生的噪声、粉尘等对环境产生了巨大的负荷。
再者，国内极少有企业能够生产出各种具有节能效果的多路阀和液压泵，难以实现液压泵与发动机的功率匹配。因此，我国的中高端工程机械产品的液压元件基本选用进口产品。此外，对于中型以上的工程机械产品，国产的柴油机的综合性能指标满足不了要求，且要比国外的扭矩储备低、可靠性差。由此可见，“两低一高”———低油耗、低排放和高可靠性已是当今国内工程机械发展的重点攻关内容。
二、工程机械产品设计中的节能与环保
（一）环保型材料的应用
1、尽量采用能再生利用的材料和资源
在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。
2、长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则
通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。
3、尽量采用低环境负荷材料和废弃零部件处理
工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。
（二）选用低公害发动机
发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷。
1、选用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机，能大大降低对环境的负荷。
2、选择具有高压共轨喷油系统的发动机。发动机工作中喷油系统响应灵敏，喷油量精度较高，喷射压力的提高（目前应用160兆帕，可达180兆帕），改善了雾化效果，使燃油与空气充分混合，使燃油得到充分燃烧。不仅节省燃油，还可大大降低有害气体的排放，降低了噪音，节能减排效果较好。
3、尽可能选择具有废气再循环技术（EGR）的发动机。在进气处理技术中，它是最有环保前景的技术，该技术是通过将部分冷却后的发动机废气，由电子EGR阀系统控制流量，再次送回燃烧室中燃烧，有效减少有害气体的排放。
（三）降低整机振动与噪声
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
（四）液压系统的设计
液压系统的清洁和防渗漏与系统高效节能的设计，保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样就可去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过高过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。
另外通过采用增压液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入油箱，提高整个液压系统的清洁度。液压系统的渗漏对周围环境的污染是目前部分工程机械产品中普遍存在的，液压管路采用耐腐蚀、防老化、具备优良密封性能的进口优质胶管很有必要；为了减少损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管并且容易破裂时油液流出而污染环境。
（五）采用新型传动装置
采用先进的成套化、信息化技术，将其安装在装载机上代替传统的传动系统，在完成相同作业量时，可减少油耗20，提高生产率40，减少发动机有害污染物的排放，而且操作舒适、可靠性高、使用寿命长。该系统节能降耗的关键技术之一是智能化控制模 块，它能根据液力变矩器的工况控制变速箱，进而控制发动机的转速，使发动机始终处于经济、节油的高效区内，从而达到有效地利用发动机功率，在确保液力变矩器输出功率的前提下节油。
（六）改进热管理系统
1、减轻部件重量
采用质优轻型的水箱、风扇、水泵等部件代替传统部件以减轻部件重量，从而减轻整机重量，有利于节油。如美国 R idge 国家实验室开发出一种热导率达 40W/（m·K ）、比铝泡沫高10 倍的石墨泡沫材料，用该材料制成的散热器，传热性能优良。用该材料制成的尺寸为22.9 ×17.78 ×15.27cm 的散热器，与传统的 68.6×48.3 ×7.6cm 的散热器散热量相当，从而减少了散热器的体积和重量。
2、精准控制
挖掘机、装载机等工程机械工作油的油温在30～60℃的范围内比较合适，传统的冷却系统的风扇都是恒速运转，无法精准控制转速来实现精准调温，因此必须使用智能化控制元件调控风扇转速，减少能耗。卡特彼勒公司的H系列装载机和D系列挖掘机配置了电子控制的液压驱动变速风扇，能按照发动机冷却需要自动改变风扇转速，节约输入动力。另外用电子式节温器取代传统节温器可以精准控制发动机的运行水温。
参考文献
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