曹东辉：挖掘机节能减排技术

   在2013首届CTO峰会上，三一重机研究院院长曹东辉以《挖掘机节能减排技术》为主题做演讲报告。
   一、背景
   随着我国经济的发展，工程机械保有量以年均22%速度增长，截止2011年底，国内工程机械保有量547万台。其中挖掘机以年均27%的高速增长，保有量达130万台。工程机械单机平均排量是轿车的4-8倍，2011年，工程机械年燃油消耗总量约为民用轿车（保有量为4962万台）的90%。工程机械的单机污染物排放量远超轿车，但由于大多数在野外作业。因此带来的环境污染问题常常被人遗忘。
   二、节能技术
   1、概述
   随着经济的快速发展，能源短缺问题日益突出，对能源消耗大户的挖掘机来说，节能技术的研究刻不容缓。
   目前，国内外主流挖掘机厂商投入了大量的精力到节能技术研究上，如：
   动力部分：混合动力、新能源（电动、天然气动力）。
   液压系统：液压能回收、传统的流量再生及独立控制、VBO、incova及多泵系统。
   控制系统：自动怠速、全局优化。
   2、动力部分
   混合动力
   回转采用纯电机驱动，发动机与主泵之间设有主电机(发电/电动机)，采用超级电容作为储电装置；
   主电机平衡发动机功率，使其在最佳工况附近工作，降低燃油消耗；
   回转电机利用超级电容中电能驱动上车回转，但回转制动时，回转电机作为发电机发电吸收回转制动能量，提高能量利用率；
   制造成本较高，市场竞争力较低，但随着零
   部件成本的降低，存在大规模普及的可能；
   主电机设置在主泵末端，与发动机、主泵同轴串联；采用油电混合动力回转马达；储电装置为超级电容；
   主电机平衡发动机功率，使其在最佳工况附近工作，降低燃油消耗；
   混合动力回转马达，电机发电回收制动能量，提高能量利用率；油电混合动力驱动回转，提高回转操作舒适性以及混合动力系统可靠性；
   新能源(电动)
   采用可充电式蓄电池组替代原燃油系统，使用外置式充电机定时给蓄电池组充电。
   新能源(天然气动力)
   天然气发动机以天然气（主要成份为甲烷）为动力能源。目前有液化天然气(LNG)和压缩天然气(CNG)两种供气方式。LNG在动力性、安全性、续航能力和维护成本上都优于CNG。所以LNG比CNG更适合在挖挖掘机上使用。
   3、液压系统
   液压能回收
   回转制动时的高压油，通过能量回收阀，直接由液压蓄能器回收该高压油；
   回转启动时，蓄能器释放已回收的高压油，经能量回收阀，补充到回转马达中；
   通过改进后的发动机与泵控制方案，回转启动时由于蓄能器中已回收的高压油补充，减少主泵对回转的液压油提供，降低整车燃油消耗；
   动臂下降时，开启能量回收阀、关闭回油阀及开关阀，动臂大腔除再生以外的压力油全部储存入蓄能器；
   动臂提升时，关闭能量回收阀和回油阀、开启开关阀，蓄能器的液压油驱动液压马达；
   传统的流量再生及独立控制
   当工作装置处于无负载下落时，将液压缸某一腔的油引入另一腔，以提高工作装置执行速度的节能技术，称之为再生技术。
   挖掘机在斗杆挖掘及动臂下降时，采用了该技术。