液压挖掘机的节能技术分析

庞琳娜

摘要：液压挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用到建筑、水利、交通以及矿山挖掘工作中，是一种以液压技术为基础的挖掘机，主要包括动力系统、液压系统、电气控制系统等，能够在恶劣条件下完成挖掘工作，加快建设进程，具有良好的应用效果。因此，本文主要分析挖掘机的能耗问题，分析传统液压挖掘机采用的技能技术，并阐述新型节能技术。

关键词：液压挖掘机;传统技术;节能技术

0  引言

液压挖掘机消耗的能量较大，将其应用到工程建设中，尽管能够有效提升建设效率，但是会消耗大量的能量，造成能源浪费，针对这一情况，需要对液压挖掘机进行节能技术分析，尽可能减少能耗，实现高效率工作。

1  挖掘机的能耗问题

一般挖掘机开展的工作范围较广，工作条件较为恶劣，在一个土方工程中，有将近一半以上的土方量由挖掘机进行挖掘工作，促使挖掘机在各种工程建设中发挥了巨大作用。但是，挖掘机前端工作装置的质量较大，很容易在开展工作的过程中出现动臂下降的情况，消耗大量的能量，而且消耗的能量还会转变为液压系统中液压油的内容，促使液压油的温度升高，导致挖掘机的使用效率低下，并减短使用寿命。挖掘机表现出来的耗油量高、尾气污染等引起了机械制造行业的广泛关注。根据相关统计和研究，发现大型挖掘机对能量的使用效率仅有五分之一，整体结构消耗能量较少，大多数能量被消耗在液压系统中，而且液压系统对能量的利用率也较低，仅有三分之一，这些都是导致挖掘机效率低下的主要原因。因此，挖掘机的液压系统存在较大的改进空间，能创新节能技术，促进挖掘机向着节能方向发展。通常挖掘机液压系统产生的能耗问题主包括四方面：第一，溢流。挖掘机出现溢流情况主要是在工作过载情况下发生，这时液压泵的输出压力大于安全阀的压力，导致液压系统出现溢流情况。第二，沿程。导致该情况产生主要是由于出现黏性摩擦，增加摩擦力的同时造成了瓦力损失，针对这种情况，可以通过选择合适的材料或者优化管路进行完善，减少沿程压力造成的损失。第三，匹配。挖掘机在工作的过程中，由于负载变化较快，特别是在小负载高速运转的过程中不容易进行匹配，只能安装快速反应回路解决这一问题，比如可以在挖掘机系统中添加负载敏感系统。第四，动能和势能。液压挖掘机的动臂和斗杆在工作时，由于质量较大，所产生的动能和势能也较大，造成动能和势能损失。

2  液压挖掘机传统节能技术

传统挖掘机采用的柴油机产生动力，在柴油机上采用的节能技术主要包括燃烧室优化技术、涡轮增压技术、燃油泵匹配技术以及拓宽柴油机油耗区以及电控燃油喷射技术等等，目前，这些技术已经被广泛应用到挖掘机的发动机上。在动力系统中，很多挖掘机采用机械控制燃油喷射的柴油机，机械控制的转速会对喷油泵的循环供油量以及喷射角造成一定的影响，导致在不同转速下无法提供足量的燃油，因此，在强负载情况下，柴油机的工作效率较低。国外其他国家在挖掘机中使用电喷柴油机，喷油状态和规律能够结合挖掘机实际工作情况进行改变，假如负荷显著改变，喷油机就会做出相应的调整，进而提升燃烧效率。

另外，一般中型挖掘机使用2个恒功率变量泵作为主要动力，采用交叉功率方式进行控制，由于恒功率控制需要依靠两只弹簧的近似值才可以确定，得到的数值并不是绝对的恒功率，因此需要对泵和发动力进行匹配控制，这样才能起到节能的效果，比如增加负载自适应控制、转速控制或者模糊PID控制等等。

3  液压挖掘机的新型节能技术

3.1 震动掘削技术

在液压挖掘机工作过程中融入震动掘削相关原理和技术，研究铲斗液压缸震动掘削减少阻力的方式达到能耗降低的目的，进而能够减少挖掘过程中产生的阻力，提升工作效率，进而实现液压挖掘机的节能发展。在震动掘削的过程中，将铲刃部分的震动作用于土壤上，这样能够有效进行土壤挖掘。相关专家对其进行一定研究，发现在一定情况下，正弦波产生的震动掘削相比静态的掘削能够有效降低无杆腔的压力，降低量约为17.19%，还能实现能耗降低，降低约19.04%。但是还有相关专家对此在黏性土壤中进行实验，发现震动掘削相比静态掘削能够降低压力40%，因此，需要进一步研究震动掘削相关理论。

3.2 负载口单独控制技術

挖掘机在工作的过程中，泵的压力以及流量都会发生一定的变化，而且不同速度以及位置，各个元件对压力和流量的需求也不同。所以，相关设计开发公司结合这种原理，设计了双阀芯的系统，能够独立控制每一个元件的进油和回油产生的压力和流量，然后通过计算机的算法计算出该装置能量分配情况，促使泵和发动机进行匹配。

3.3 二次调节静液传动技术

该技术主要应用于液压挖掘机的恒压耦联系统中，系统中的二次元件马达、泵能够不产生损耗的从恒压网络中获取能量。恒压网络中的液压元件能够进行排量调节，在挖掘机中，液压缸是主要的执行元件，横截面积不会发生改变，因此排量也不会发生改变。在对其进行研究的过程中，有一些研究者提出采用接入液压变压器的方式，实现对恒压油量以及负载的匹配，尽管现阶段液压变压器技术还未进一步完善，但是二次调节静液擦传动技术还是能够应用到液压挖掘机的回转系统中，将液压马达替换回转马达。根据实践发现，将该技术应用到液压挖掘机上，单位时间内的耗油量明显下降，下降值约为5%，而且单位时间挖掘的土方量也明显增加，增加值约为3%。

3.4 混合动力技术

为了减少能耗，提升挖掘机的能量利用率，各个国家挖掘机制造企业逐渐对混合动力技术进行深入研究。混合动力技术主要是将辅助动力和发动机联合起来产生动力，这样能够对发动机的功率进行改善，实现功率平衡，消除极端功率，保证发动机处于高效燃油状态下，进而降低能耗。另外，混动动力技术还能实现能量的回收，减少发动机作业时产生的热量，进而对能量进行回收再利用，起到降低能耗的效果。针对混合动机技术节能方面的研究，浙江大学线管研究博士针对发动机开展的“削峰填谷”实验，发现将混合动力技术应用到液压挖掘机中能够显著节约能量，节约量约为30%。另外，还有相关企业进行研究，发现记住那个混合动力技术融入液压挖掘机中，比普通的挖掘机能够减少25%的油量消耗。现阶段，各大挖掘机制造企业推广使用混合动力挖掘机，相比传统挖掘机能够减少能耗20%以上，通常都是在液压挖掘机的基础上进行改善，假如采用回转单独泵进行供油控制，而且采用性能较高的控制阀，实现的节能效果远远不如混合动力技术降低的能耗。另外，混合动力技术的选择有很多种，相关制造商和研究院对此还未明确哪种技术更加合适，只明确宣传具有良好的节能效果，但是具体应用还并不广泛，需要深入研究。

4  总结

总之，采用液压挖掘机的目的主要是提升工程建设的效率，方便人们施工，但是其中产生的能耗问题不容忽视，需要研究节能技术，提升挖掘机的工作效率，减少能耗的产生。传统节能技术应用在柴油机中，但是实际应用效果并不明显。而现阶段采用的新型节能技术，比如震动掘削技术、负载口单独控制技术、二次调节静液传动技术以及混合动力技术能够有效减少能量消耗，提升工作效率，但是还需要进一步研究，进而对液压挖掘机进行整体完善。

参考文献：

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