浅谈环保机械设计与趋势

浅谈环保机械设计与趋势

谢海堂

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摘要：随着我国基础建设的蓬勃展开和西部开发战略的推行, 我国的工程施工机械获得了一个大好的发展机遇。同时国家也加强了在发展中对生态环境的控制力度。例如对发动机废气排放的控制, 对施工机械的作业噪声控制等。施工机械的使用不能损害人类的生存环境, 这种要求已是必然趋势，是实施可持续发展战略的重要举措。一直以来, 公司就大力发展节能减排技术, 把节能环保的概念融入产品的设计中。

关键词：建设环保治理 降噪

随着我国基础建设的蓬勃展开和西部开发战略的推行, 我国的工程施工机械获得了一个大好的发展机遇。同时国家也加强了在发展中对生态环境的控制力度。各类节能环保机械产品的诞生, 为公司赢得了市场, 也为客户创造了更多的价值, 更符合了行业的发展趋势。

节约能源不仅对用户具有很大的经济效益, 而且有利于保护地球资源, 有利于人类社会的可持续发展。节约能源与减少污染又是密切相关的。下面提出几点建议：

一、环保型材料的选用

（一）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。

（二）长寿命、低能耗及减轻重量的设计原通常来说，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。

（三）尽量采用低环境负荷材料。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。

（四）废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化。

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、环保型机械产品的设计趋势

（一）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。目前欧美发达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环保燃料来进一步降低排放、噪声等，努力适应第三次排放法规要求。

（二）尾气的治理

1、现代发动机多数采取安装三元催化转换器。它是一种通过催给反应, 能同时把发动机尾气中的污染物一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物转化为无害物质的装置。一般装在发动机和消声器之间的排气管上。

2、对于无增压中冷的发动机, 可采用排气滤清器来改善尾气排放。例如采用陶瓷泡沫体和壁流式陶瓷蜂窝体的排气滤清器, 或基于静电式微粒捕捉原理的排气滤清器, 对于捕捉废气中的碳微粒有良好效果; 采用沸石为吸附剂的排气滤清器, 对于吸收废气中的hc 化合物有良好效果。

3、此外, 在柴油中加入消烟添加剂, 不使用含有重柴油成分的劣质柴油燃料, 都是提高燃烧效率, 降低排污的有效措施。

4、另一种方法就是适当限制发动机的最大功率输出。

（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。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。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。

三、降低发动机和整机热污染的措施

全世界数量巨大的各型热机所产生的热污染是恶化地球生态环境和气候的另一重要因素。它所产生的温室效应导致了冰川熔化、海平面升高、气候变异以及干旱和洪水的频繁发生。

施工机械的动力机、液压回路以及某些执行机构等都是热源。因此降低施工机械的热污染也是不可忽视的一个问题。目前所能做到的, 如在发动机的选择上, 应尽量选用能量转换率高热耗小的发动机; 柴油机热效率为30% ~ 40% , 汽油机为20% ~ 30% 。在机械运动部件设计中(特别是高速运动部件), 应尽量减小磨擦并加强润滑, 在液压回路的设计中应尽量减小管道流通阻力以减小热量的产生。但最根本的改进还须等待新型的动力机问世来取代目前的热机。

四、降低施工机械噪声的措施

施工机械产生的噪声可分为动力机噪声(发动机、电机、油泵等)和传动、执行机构的噪声。下面分别介绍几种噪声控制措施。

（一）隔声降噪技术: 隔声降噪技术主要是采用隔声罩将声源与外界隔离。隔声罩内一般衬有阻尼层或阻尼涂料以增强隔声效果。对于热机, 为满足散热通风的需要, 必须要有进气口或排气口, 此时需在进气口和排气口上装置消声器以保持隔声效果。采用这种方式一般可降噪15-30db。

（二）吸声降噪技术: 吸收衰减声波能量的技术。吸声材料一般为多孔吸声材料。多孔材料中90% 是细微的互相连通的空腔, 这些微腔对振动着的空气分子产生粘滞阻力和摩擦作用, 分子的振动动能转变为热能而使声能衰减。

（三）声波对消技术: 采用声波对消技术的消声系统是由一组声波探测器、信息处理器和声波合成器组成。探测器将感受到的噪声强弱、方向等数据送到信息处理器, 信息处理器经过分析后指令声波合成器产生与噪声波振幅相同、振动方向相反的声波信号, 将噪声对消掉。这种技术已在英国的空调系统降噪中得以应用, 可获得10 db左右的降噪效果。

五、结语

我们工程技术人员在各自的工作岗位中，严格按节能规范要求设计；按节能规范审查图纸，严格把关；按节能规范要求施工。为我国的节能工作做出应尽的努力。在发展和改善机械品质时, 不仅注重降低成本, 还要使其与时俱进, 使机械产品健康的发展。

参考文献：

[1]陈新轩, 展朝勇, 郑忠敏. 工程机械构造[m ]. 北京: 人民交通出版社, 2002