张扬剑
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摘要：伴随我国工业生产中工程机械使用量的增加，工程机械的节能管理成为机械使用的主要问题，想要达到使用过程中节能、环保的目的，就要通过维修保养、工程机械的选型等方面来进行管理，不断完善积累经验，合理有效地进行运用，提高工业生产发展。
关键词：工程机械；节能减排现状；发展新趋势
1导言
在全球能源消耗和环境污染的严峻形势下，我国工程机械减排和降耗工作面临着巨大的压力和挑战。随着燃油价格的不断攀升，降低燃油消耗，进而降低用户使用成本，是企业提高产品的核心竞争力和实现可持续发展的关键。但是大多集中在提高机械元件的性能、改进液压系统等方面，这些不足以解决当前存在的问题，工程机械仍然带着“能耗高、排放大”、“冒黑烟”、“笨重”、“粗线条”的帽子。说明我国工程机械节能减排道路仍需要进一步反思和探索，需要开辟新的视角，注入新的活力。分析了工程机械节能减排的主要技术以及存在的不足，以装载机铲斗为例，指出了传统产品结构设计方法的缺陷，提出了轻量化设计新理念，旨在为节能减排工作提供新的思路。
2工程机械节能减排的研究现状
工程机械是名副其实的能耗和排放大户，数据显示，在相同时间内一台小松20t的挖掘机的废气排放量是小型汽车的废气排放量30倍，可见工程机械节能减排责任重大。在国家政策和法规方面，以欧盟为例，国外主要以指令的方式确定排放标准要求，进行市场准入的CE认证，目前在执行欧3标准；国内的节能减排是国家“十三五”规划和“863”科技计划重点工作。国外在节能减排工作方面自主意识相对强烈，其节能减排技术发展领先于国内，设计研发的产品比如卡特推土机、三菱重工、小松挖掘机、凯斯混合动力挖掘机、沃尔沃轮式装载机等等，减排和节能效果非常显著。而国内对于节能减排工作开始时并没有那么敏感，令人欣喜的是，在全社会倡导节能减排的大趋势下，各大工程机械厂商正在国内龙头企业的带动下对节能减排技术进行不断探索，很多企业已经在动力源改善、匹配与控制改善、再制造技术、新能源的使用等方面取得一定的进展，不少企业纷纷推出“再制造”、“节能高效”、“新能源”等概念的产品，我国工程机械技术不断升级，节能减排工作已经取得了阶段性的胜利，但随之而来的是很多相关问题的制约，比如油机匹配对现有油品提出了更高的要求，电传动方式下的蓄电池报废后的污染处理、交流电源的辐射危害和作业区域限制、天然气作为动力燃料气源不足、容易发生火灾和爆炸等等。轻量化技术与上述其他节能减排技术相比，不需要额外增加元件和控制装置，是当下最为主流、最行之有效的节能减排技术。
3工程机械节能减排发展新趋势
3.1在能源利用结构性分配中的应用
在工程机械设计中充分融入节能环保理念还应当考虑采用比较节能环保的能源为机械制造尽可能地降低工厂污染对外界造成的破坏。在工程机械设计中应用节能环保理念，还要注意以下几个方面：一方面，企业可以建立比较节能的能源系统，为工程机械自动化的各项工作提供合适的可再生的绿色环保能源，以此达到节能的目的；另一方面，设计人员要全面考虑工厂周围的环境，尽可能地利用当地的自然资源，降低不必须的浪费。另外，设计人员在挑选发动机、材料时，也要将节能环保理念放在首位，从而体现出绿色环保理念。
3.2匹配与控制改善
随着电传动技术的应用，电传动系统的功率匹配及控制技术成为研究的热点。
工程机械工作环境差，经常受到剧烈波动负荷，要保证无论电动机驱动系统如何变化，柴油机都不能熄火，并且在正常转速下保持较高的功率输出，因此对柴油电动机-发电机-驱动装置的功率匹配提出了很高的要求。控制主要是指对传动系统的精确控制，例如对挖掘机的工况控制、发动机供油控制等，使液压系统和发动机的匹配尽可能的获得最高工作效率和燃油经济性。国内的肖清等人对以电容器为蓄能装置液压挖掘机并联混个动力系统的控制策略进行了试验研究，提出了一种发动机工作点和电容器SOC值为优化变量控制策略，只需要控制发动机的转速、电动机的同步转速、以及控制液压泵的变量机构调节排量既可以实现其控制策略。但是仅仅通过元件的匹配和控制，改善其性能对实现节能减排绿色变革来说太过单一。因此油机匹配和控制也是研究的热点，但是国内的油品并没有规范的指标，工程机械专用油存在缺口，无法合理有效地匹配工程机械发动机。这就对现有油品提出了更高的要求，研究人员应该将重心放在油品和发动机作业工况特征上，有针对性的研究出与工程机械发动机相匹配的工程机械专用油，充分发挥每一滴油的价值，彻底解决“冒黑烟”的现象。
3.3提高工程机械自动化的加工精度，避免资源浪费
由于机械设备、技术操作人员、车间环境等不可抗力因素的限制，工作人员在工程机械自动化设计环节中，会不可避免地出现误差。如果想要尽可能地控制误差、节省资源，设计人员就应该提高对工程机械自动化设计的标准，并且要对每次的误差进行反省分析，找出设计环节的漏洞，避免错误再次出现。当设计人员对此类误差问题进行系统全面的研究与分析后，便可以通过数据整理，提升加工的精确度，最终实现机械产品的进一步提升。另一方面，在实际的工程机械自动化设计过程中，我们还应该实现零件的精确加工。我们知道机械设备的系统应力、温度控制、制造工具的磨损程度、内部应力等都会使零件的制造产生一些细小误差，因此设计人员就可以在当前工程机械自动化的设计环节中采用一些针对性极强的误差补偿法，利用分化误差、均化误差的方法来实现零件的精确化。设计人员就可以依据实际机械产品的情况对即将使用的各类工具进行细化改良，尽可能地保证测量数据的准确性，有效降低误差出现的概率，避免资源浪费。
3.4轻量化设计
轻量化的设计计算方法包括极限状态法、有限元法、优化设计法三种。极限状态法以概率论、数理统计、可靠性分析为基础，将载荷、材料属性、构件实际尺寸均看作基于某种概率分布的统计量，计算产品失效概率来获得结构的安全度，是一种近似于定量计算的方法。有限元法是以弹性力学为基础的计算方法，能考虑实际工况和约束，得出结构全面的应力分布情况。优化设计法是基于某种或多种评价目标而进行的优化设计。轻量化设计主要包括材料的轻量化、制造工艺的轻量化以及结构的轻量化三种途径。材料的轻量化是指通过选用高强度钢材、合金、工程塑料、陶瓷、玻璃纤维等，减重效果突出，但是这些材料的价格昂贵，使得制造成本很高。制造工艺的轻量化是指新的热处理工艺、激光焊接、增压技术、真空等，其中焊接技术作为主要工艺，针对焊接时收缩、弯曲、扭曲等主要变形可以采取逐段焊接作业、焊接顺序尽量由内至外、由中间到四周、焊前预热处理焊后回火的方式进行，将手工焊和半自动焊转变为全自动焊或者焊接流水线作业，并对自动焊接进行有效控制。
结束语
总之，工程机械的节能减排管理对工业生产的发展有着至关重要的作用。能源问题是我国面临的巨大挑战，在工程机械节能减排管理中，通过分析工程机械节能管理的意义和构建体系，在节能管理的使用中发现了其存在的问题并提出了相应的优化策略，在节能环保的理念上，可以更好地使用工程机械进行工业生产运行，为我国工程机械能源消耗问题提供了可行性的发展策略，进一步提高了工业生产发展。
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