分析环保节能理念在轮式装载机设计中的运用

摘要：随着科技不断进步，工程机械产品设计也在不断革新，轮式装载机作为工程中一种实用性极高的装置，其设计理念也应与时俱进。本文从旧式装载机缺陷入手，结合当前国际环保节能型装载机发展现状，总结出环保理念在轮式装载机设计过程中的具体应用方式并加以分析，望可提供借鉴意义。

关键词：轮式装载机、环保理念、节能设计

随着我国现代化程度的不断提高，科学发展观的贯彻落实，环保节能的概念愈来愈深入人心。小到个人生活，大到工业生产，环保理念体现在社会生活的方方面面。而装载机作为一种成熟的工程装置，广泛应用于铁路、公路、矿山、水利、国防等工程建筑场所，能够有效地减轻劳动程度，加快作业速度，提高作业质量。特别是在机械化程度显著提升的今天，轮式装载机在国民经济建设中起到不可忽视的作用，如何在保证其工作水准的前提下降低功耗，减少排放污染物数量，将环保理念注入其中，亦成为工程设计领域一个重要课题。

一、 轮式装载机的发展阶段

同其他应用较为成熟的工程机械装置类似，轮式装载机经历了机械驱动、液压传动、电子控制阶段，其中，机械驱动阶段是兴起时期，唯一目的即为减轻劳动强度，故以机械传动为主，设备结构笨重，功能单一，作业效率很低；液压传动阶段是发展时期，不仅仅着眼于替代人类劳动，而是以提高设备生产率为目的，这一阶段由于采用了液压装置，其作业效率得到显著提升；电子控制阶段是成熟时期，电子时代的控制技术飞速发展，使得工程机械的控制精度、作业效率等都得到了更进一步的提高。

进入21世纪后，环保理念受到广泛关注，工程机械的发展也进入了新时代，“人、机、自然和谐”的设计理念成为新时期的主导思想，要求机械体现人性化设计，保证作业效率的基础上实现环保、安全、舒适性的追求。

二、 环保理念在轮式装载机设计中运用的现状

我国的环保节能型装载机设计还处于发展过程中，在国家的节能减排政策下，新型产品种类逐渐增多，目前，国际上通用的环保节能控制技术有以下几种：

1、替代传统的机械系统来控制发动机的供油过程，新型装载机供油系统采用电子控制装置，将发动机的温度、空燃比、油门状况、转速、负荷、曲轴位置、车辆行驶状况等信号通过各种压控、温控、数控传感器输入电子控制装置，电子控制装置根据所收到的信号参数在极短时间内分析和计算出下一个循环所需供给的油量和喷油时刻，并及时向喷射器发出指令，在一定压力下将油通过喷油器喷入到气缸中雾化，并且可在一个工作循环中实现多次喷射，预喷射、正喷射、后喷射，通过这种方式，不仅可提高气缸中燃料的燃烧效率，减少有害气体的排放，同时提高了热力功转化率，实现节能目标的同时还可降低喷油噪声。

2、采用智能独立散热技术，这种方式根据发动机的水温、变速箱的油温、液压系统的油温高低来控制风扇的旋转速度，而风扇的旋转速度与发动机的转速相互独立，避免联动产生不必要的耗能，从而实现散热系统的环保设计。

3、在发动机及变速箱上应用CAN总线技术交互系统，可以进行发动机与变速箱的信息沟通，从而实现油门与换挡的自动控制，可有效减轻驾驶员负担，体现了“以人为本”的人性化设计思想。同时，通过CAN总线技术，驾驶员可以对诸如发动机运行转速、功率、温度（包括进气温度、排气温度、进水温度、出水温度、机油温度、变矩器油温等）、压力（包括进气阻力、排气阻力、机油压力、变速箱油压等）、变速箱正处于的档位、车速等等各方面信息进行获取，方便快捷，在出现故障情况下，可迅速查找到故障源并加以排除。

4、运用变量液压系统设计，根据外负载的大小，变量泵能够自动调节泵的排量来改变输出流量，避免低负载大流量的浪费情形。此时液压系统相当于一个无级变速器，可实现节能功能。

三、 环保理念在轮式装载机设计中运用的指导方向

1、 材料选取

装载机各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生的低环境负荷材料，避免使用对环境和人体影响较大的材料和工艺，尽力保证再加工无公害，特别是结构件的设计应尽量采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，以提高工程机械材料的再生率。

例如，装载机驾驶室的内饰应避免使用难以自然分解、污染程度极大的工程塑料，仪表、蓄能电池的采购生产中，应尽量减少铅、镉等重金属的使用量。在主机设计中，一些部件可采用新型环保材料，从基础上减少装载机对环境的污染破坏。

2、 长寿命、低能耗、轻型设计原则

一般而言，延长产品寿命就等于降低其报废量，相当于减少了机械的生产量，降低了产品能耗，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。在设计过程中就应从减少环境负荷的角度考量各系列产品同类零部件的通用性和互换性，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。

3、废弃零部件的处理

装载机系统及各部件在设计初始阶段就应考虑产品报废时报废件的处理方法，尽可能保证方法简单、经济又不失环保性，零部件要方便解体破碎，能焚烧处理且在焚烧过程中较少产生有害气体，最优是可作为燃料回收，实现机械材料的再利用。

四、环保理念在轮式装载机设计中的具体应用

1、降低整机振动与噪声

减振与降噪是产品设计中最需关注的焦点问题之一。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行驶作业时整机各部件相互冲击所产生的噪声。此外，体现人性化设计，保证安全舒适性，还应注意减轻驾驶室的振动，可采用隔振装置，安装于车架和驾驶室底盘之间，减弱振动源的影响，目前主流的隔振装置有橡胶垫、悬架系统等，其中可将硬质橡胶块改为弹性支承结构，该结构简单，成本低廉，且隔振效果较为理想，其结构如图1所示。

2、 液压系统的清洁

保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，可延长装载机使用寿命，降低耗损量，因此精心设计工程机械液压系统，采用高效高精度过滤装置十分必要，去除油液中的微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、降低液压油的更换频率；同时可以有效避免液压油在工作中温度升得过高、过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。

3、自动加脂装置或集中润滑系统的配置

传统的手动加注润滑脂费时费力，而且通常有多余的油液溢出来污染环境。因此研制能自动定时加注润滑脂的设备，如集中润滑系统就能自动定时给各铰销加注黄油，其加油量经过仔细计算后设定，可很好地保证各销轴得到足够的润滑而又没有多余的油溢出，环保方便，符合环保理念与人性化设计要求。

图1 装载机行驶稳定装置简图

随着产品更新换代脚步的加快，未来的产品设计必将发生革新，好用务实是基础，环保节能是导向，以人为本是核心，只有充分融合以上三点的工程机械才是顺应发展潮流的优秀产品，装载机的设计也将具有更全面立体的内涵。