環保節能工程機械產品設計與趨勢

隨著工程機械品種和數量的不斷增加，大量工程機械所消耗的資源、排放的污染物對環境產生了難以估計的負荷。為保護人類十分寶貴且有限的地球資源，實現全球可持續發展，提高操作人員的安全性及工作舒適性，努力達到人、機和環境的親和，很有必要按照汽車行業的環保標準來設計工程機械產品。盡管目前工程機械尚未歸并入限制排放的機動車行列，但隨著國內外各大中城市對城市環境保護的日益重視，對機動車輛尾氣排放用煙度、噪聲等指標的限制愈來愈嚴格；特別是隨著裝載機等數量大的工程機械產品在市政建設中的使用量不斷加大以及人們日益增強的環保意識，可以預見開發研制環保節能型產品是今后工程機械發展的趨勢。鑒于此，徐工科技在裝載機行業中率先推出了ZL40G環保型輪式裝載機。

本文以ZL40G環保型輪式裝載機為例，就機械材料的選用與設計、所要遵循的要點和所需考慮問題，提出幾點建議和設想。
1、環保型材料的利用
1）盡量采用能再生利用的材料和資源　在各系統及部件設計中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環境無害的材料，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高工程機械材料的再生率。
2）長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則　通常來說，延長產品壽命就等于減少了機械的生產量和降低其報廢量，降低產品能耗可減少對環境的污染，而減輕產品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環境負荷的角度盡可以考慮各系列產品同類零部件的互換性和通用性。為此應在保持主機各項性能參數前提下，盡量減少主機和附屬作業裝置或機具的體積和重量，提高動力傳動系統零部件的強度和耐久性能，實現液壓系統的輕量化和高效率。
3）盡量采用低環境負荷材料　工程機械零部件設計中應盡可能不使用氟利昂（空調）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機駕駛室和內飾上使用難以自然分解且對環境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費和環境污染；在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產中，應盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機設計中一些附屬零部件選用新型環保型材料很重要。
4）廢棄零部件處理的污染最小化及綜合成本最優化　工程機械產品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收。
2、環保型工程機械產品設計
　　1）選用低公害發動機　發動機是工程機械所有系統中對環境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環保型水冷增壓柴油機能大大降低對環境的負荷。目前歐美發達國家正在通過采用一系列新的技術手段、措施或應用新型的環保燃料來進一步降低排放、噪聲等，努力適應第三次排放法規要求。
　　2）降低整機振動與噪聲　減振與降噪應該是產品設計中最需關注的焦點問題。例如在裝載機設計中，動力裝置采用雙向減振懸掛系統就能克服整機動力傳動系統與車架之間的共振、噪聲及對動力系統的疲勞破壞；后橋設計成中心擺動結構能使后橋擺動中心與動力輸入中心重合，很好地減少附加力矩對傳動系統不停沖擊所產生的振動與噪音，避免在崎嶇不平道路上整機各部件相互沖擊所產生的噪聲。除選擇低噪聲的發動機外，主機的結構布置或系統的結構設計也可以進行某些針對性的改進。如冷卻風扇可不再由發動機直接驅動，而可單獨由液壓馬達帶動，這便于將風扇與發動機隔開并將整個發動機密封起來，從而使噪聲不能通過風扇出風口傳到外部，降低噪聲對環境的影響；通過優化液壓管路排列來降低液壓油泵振動、閥節流和油管振動產生的噪聲；可在機罩等覆蓋件處設計粘貼吸音隔音材料；可設計全密封整體式駕駛室，密封減震，隔音降噪，真正體現“以人為本”的設計宗旨。
　　3）液壓系統的清潔和防滲漏　保持傳動液壓油的清潔度對工程機械的液壓傳動非常重要，因此精心設計工程機械液壓系統（如采用高效高精度過濾裝置）十分必要，這樣就可去除油液中微塵垃圾、機械磨損物等雜質，減少液壓元件故障與磨損、延長常用液壓元件的使用壽命，降低液壓油的更換頻率；同時可有效避免液壓油在工作中溫度升得過高過快，延長換油間隔時間，減少對周邊作業環境的污染。另外通過采用增壓液壓油箱，可改善泵的吸油效果從而延長其使用壽命，并且能很好地防止外界灰塵和水分進入油箱，提高整個液壓系統的清潔度。液壓系統的滲漏對周圍環境的污染是目前部分工程機械產品中普遍存在的，液壓管路采用耐腐蝕、防老化、具備優良密封性能的進口優質膠管很有必要；為了減少損壞軟管的廢棄量，設計時應在可能的條件下盡量使用硬管；對設計過程中只能采用軟管并且容易破裂時油液流出而污染環境。
　　4）系統高效節能的設計　工程機械的高效節能也是環境保護的重要一環，減少能源消耗即意味著減少對環境的污染。故選用電控高性能長壽命節能型發動機是研制環保型機械最基本的一環；另外在設計時采用雙泵分合流技術、液壓負荷傳感技術、靜液驅動技術等都可達到節能降耗的目的。
3、工程機械產品人性化的設計
　　1）環保安全關懷型駕駛室的設計　如采用防紫外線輻射玻璃的全密封整體式、經減震降噪處理的“安全環保型”駕駛室，室內配置無氟環保型冷暖空調，并設計FOPS及POPS駕駛室以確保駕駛員的安全；充分運用人機工程學設計原理，如司機座椅可全方位調節、功能集成的單操縱手柄、可調式轉向驅動器、全自動換擋裝置、電子監控與故障自診斷系統，再輔以合理美觀的顏色搭配，可大大改善司機的工作環境，緩解疲勞，提高作業效率。
　　2）自動加脂裝置或集中潤滑系統的配置　傳統的手動加注潤滑脂費時費力，而且通常有多余的油液溢出來污染周邊環境。因此研制環保型工程機械就能自動定時加注潤滑脂的設備，如集中潤滑系統就能自動定時給各鉸銷加注黃油，其加油量經過仔細計算后設定，可很好地保證各銷軸得到足夠的潤滑而又沒有多余的油溢出，既環保又方便。另外對于小型機械，鑒于降低設計成本，可采用密封的銷軸或使用新型材料的特殊軸套、或設計二級防塵結構等防止外部異物的進入和內部油脂的排出，從而延長加注潤滑油的間隔，減少對環境的污染。
　　3）外觀美學設計　傳統的工程機械產品一直是外形粗放、笨重的形象，環保型產品更應注重外觀美學和車身的流線型設計，達到機器的環境的諧和，給人以視覺上的美感。如發動機機罩就可進行造型別致美觀的流線型設計，整機的標識標牌應精心布置、設計，良好地體現環保特色。
　　4）人性化設計　工程機械控制技術的電子化代表了當今技術的發展趨勢，采用微機控制技術，實現了各種工況下自動判斷、挖掘機器發動機的功率輸出，達到發動機的最佳功率匹配，減少發動機的燃油消耗，并自動診斷機器狀態，使機器使始終能保持良好狀態，因此控制和操縱的人性化能大大提高作業的安全性和舒適性。
　　5）系統可靠性設計　盡量運用高可靠性的成熟技術和借用經市場考驗后的成熟系列零部件可延長各關鍵系統或零件的使用壽命，減少更換次數。例如降低制動元件的更換頻率就相當于減輕了對周圍環境的破壞與污染