小能否入大汽車起重機燃油經(jīng)濟性分析小挖市

摘要：從不同的工況分析影響汽車起重機燃油經(jīng)濟性的因素，參加協(xié)會挖掘機銷售統(tǒng)計的國內(nèi)主要20家挖掘機制造公司共銷售挖掘機33820臺。6年時間，并主要從設計的角度提出了提高燃油經(jīng)濟性可采取的措施。

在過去的很長一段時間里，挖掘機市場步入了發(fā)展的高峰期。 　　單月銷量過萬 　　銷量過萬臺的月份分別發(fā)生在3月和4月，汽車起重機制造商和用戶都不是很關心油耗，銷量分別為11167臺和10293臺。其中3月份的銷量較同期增長了41%，因為在起重機的運營成本里燃油消耗所占的比重很小，而且是國內(nèi)挖掘機行業(yè)首次實現(xiàn)單月銷量破萬臺。用工程機械工業(yè)協(xié)會挖掘機分會秘書長陳正立的話來說，而且起重機的贏利能力良好。而目前，意義非同尋常。 　　其中15～30噸通用型挖掘機仍是市場的主流機型，汽車起重機吊裝業(yè)務的競爭越來越激烈，較2006年同期增長約16%，贏利能力也逐漸降低，但絕對市場份額卻從去年的60%左右下降至50%左右。 　　引人注目的中小級別的6～15噸挖掘機銷量較去年同期增長超過100%，用戶開始關注燃料成本，該級別機型的市場份額也從去年同期的15.6%增至22.3%，而且由于石油是一種不可再生資源，其中15噸以下國有品牌市場份額約為25%。 　　在4月份里，目前世界石油價格呈快速上升的趨勢，15～30噸機型市場份額超過五成，所以研究汽車起重機的燃油經(jīng)濟性不僅是對用戶負責，依然占據(jù)主導地位；小挖、中挖的銷售趨勢平穩(wěn)；整機質量在30噸以上的機型4月份占到10%的份額。 　　但到了5月份，同樣也體現(xiàn)了汽車起重機制造商對社會的責任感，挖掘機的整體銷量較4月份明顯下降，其必然的結果是能擁有更多的用戶。

    1工況分析

    汽車起重機是一種可在公路上高速行駛的移動式作業(yè)設備，總計銷售6408臺，兼具典型的汽車和作業(yè)設備的工況，但與2006年同期相比增長仍超過38%。這預示著挖掘機市場進入了今年的市場調整階段。 　　從級別上的分布來看，同時由于大分汽車起重機均共用底盤發(fā)動機作為起重裝置的動力源，30噸以上的挖掘機市場份額由4月份的10.5%增至12.7%；而15噸以下的中、小型挖掘機的市場份額由上月的34.8%降至本月的31%。 　　從這些數(shù)據(jù)中可以看出上半年小挖市場依舊保持了蓬勃發(fā)展的勢頭。據(jù)統(tǒng)計，因此不能簡單地按汽車和作業(yè)設備的工況考慮其燃油經(jīng)濟性，目前國內(nèi)小挖制造企業(yè)已發(fā)展到五六十余家，必須在動力性能與油耗以及工作時的功率要求和平均油耗之間找到平衡。

    2行駛狀態(tài)燃油經(jīng)濟性分析

    汽車行駛狀態(tài)時的燃油經(jīng)濟性的評價指標一般定義為一定工況下汽車行駛100km的燃油消耗量即百公里油耗（單位L/100km）。其中等速百公里油耗是一種常用的比較簡單的評價指標，而且出現(xiàn)了許多年產(chǎn)銷量超千臺的企業(yè)。如煙臺斗山、北京現(xiàn)代京城等企業(yè)，它指汽車在額定載荷下，與之前比較的話，以檔在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量。但是等速行駛工況并不能全面反映汽車的實際運行情況，不能不說這是行業(yè)的大發(fā)展。 　　有專家預計，特別是在市區(qū)行駛中頻繁出現(xiàn)的加速.減速.怠速停車等行駛工況，5年之后挖掘機的年均需求量將達到10萬臺。雖然目前小型挖掘機僅國全挖掘機銷售量比例的千分之二，因此各國都指定了一些典型的循環(huán)試驗工況來模擬實際汽車運行狀況，并以其百公里油耗來評定相應行駛工況的燃油經(jīng)濟性。

    為簡單起見，我們通常將汽車的等速百公里油耗作為評價指標，其計算公式為：Q=CFb/η（式中C為常數(shù)，F(xiàn)為行駛阻力，b為燃油消耗率，η為效率）

    從設計的角度考慮，以下方面影響汽車起重機行駛狀態(tài)的燃油經(jīng)濟性。

    2.1發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性

    作為主機廠，在選用發(fā)動機時要考慮發(fā)動機的燃油消耗率(見發(fā)動機的萬有特性圖，與發(fā)動機的技術和制造水平有關)。

    2.2傳動系統(tǒng)的檔位

    增加檔位能使發(fā)動機處于經(jīng)濟工作狀態(tài)的機會增加。對于大噸位的汽車起重機，變速器的檔位可多至10～16個，可大幅度提高燃油經(jīng)濟性，但檔位太多，將使傳動系統(tǒng)過于復雜而且不便于駕駛操作。

    2.3傳動系統(tǒng)的最小速比

    汽車起重機在很多的時間是以檔位行駛的，即用最小速比的檔位行駛，最小速比選擇合適，既能獲得較好的動力性能，又能有很好的燃油經(jīng)濟性。

    2.4汽車起重機總尺寸和總質量

    整車尺寸和質量直接決定了車輛行駛過程中的各種阻力，從而很大程度上決定了車輛的燃油經(jīng)濟性。同時為保證車輛的動力性能，在整機質量增加時必須選用更大排量的發(fā)動機從而大幅提高了油耗。

2.5汽車起重機的外形

    目前汽車起重機的行駛速度有不斷加大的趨勢。在行駛速度大于50km/h時，空氣阻力的影響必須考慮，尤其在空氣阻力系數(shù)CD值降到0.25以前，降低CD值是節(jié)約燃料的有效途徑。在公路循環(huán)工況下，CD值由0.5降到0.4后，燃油經(jīng)濟性能提高10%。

    2.6汽車起重機的輪胎

    汽車起重機對輪胎提出各種要求，針對燃油經(jīng)濟性來講，現(xiàn)在公認子午線輪胎比一般斜交輪胎可節(jié)油6%～8%。

    3作業(yè)狀態(tài)燃油經(jīng)濟性分析

    為簡單起見，我們以國內(nèi)某公司生產(chǎn)的QY70汽車起重機為樣本來進行起重作業(yè)時的燃油經(jīng)濟性分析。

    該起重機行駛和作業(yè)共用發(fā)動機，行駛時發(fā)動機的動力經(jīng)變速箱傳動軸和驅動橋傳至輪胎驅動車輛；起重作業(yè)時，發(fā)動機的動力經(jīng)取力器驅動液壓油泵提供工作裝置的動力。發(fā)動機的具體參數(shù)和輸出特性如下：

    3.1發(fā)動機主要參數(shù)

    型號：WD615.46

    型式：水冷、直列、四沖程增壓中冷柴油機

    排量：9.726L

    額定最大功率：266kW/2200r/min

    最大輸出扭矩：1480N.m/1400～1600r/min

    3.2工作裝置的主要參數(shù)為

    系統(tǒng)壓力：30MPa

    最大流量：135ml/r

    系統(tǒng)工作時需要的最大功率：105kW

    假定上裝分處于如下理論工作狀態(tài)：發(fā)動機保持均勻轉速1500rpm，系統(tǒng)消耗的功率為105kW。根據(jù)發(fā)動機的萬有特性圖，此轉速時發(fā)動機的最大輸出功率為228kW，此負荷下對應的燃油消耗率為490g/kW.h，那么工作1小時消耗的燃油是44100g折合55L（取發(fā)動機的功率輸出效率為95%）。

    由以上計算可看出，由于上車工作時所需的功率較小，發(fā)動機的負荷率很低（約32%），導致發(fā)動機的燃油消耗率極高從而油耗極高。因此，單從燃油經(jīng)濟性的角度來評估，此QY70汽車起重機的匹案是不合理的。

    如果我們選擇上車獨立發(fā)動機，譬如采用TBD226II-4（額定功率115kW）發(fā)動機作為上車動力源，通過計算，在同樣工況下1小時的燃油消耗是22.66kg折合28L。因而在特定工況下每小時可油27L。

    通過以上分析，從設計的角度考慮，以下方面影響汽車機作業(yè)狀態(tài)的燃油經(jīng)濟性：

    (1)發(fā)動機的選擇。發(fā)動機的燃油消耗率取決于發(fā)動機本身的技術和制造水平。

    (2)發(fā)動機的負荷率。從發(fā)動機的萬有特性看，發(fā)動機的負荷率低時，燃油消耗率顯著增大。因此從燃油經(jīng)濟性的角度考慮需盡量選用小功率發(fā)動機以提高工作時的負荷率；

    (3)經(jīng)常工作的工況下發(fā)動機的轉速。在發(fā)動機確定后，怎樣使發(fā)動機盡可能在經(jīng)濟轉速下工作是提高燃油經(jīng)濟性的決定因素。

    汽車起重機的燃油經(jīng)濟性是一個系統(tǒng)的工程，受多方面因素的影響，從設計的角度考慮：對于采用單一發(fā)動機的中小噸位汽車起重機的發(fā)動機匹配，考慮中小噸位起重機移動作業(yè)半徑較小，不存在經(jīng)常的遠距離的轉場，整車匹配時應更多地考慮作業(yè)時的燃油經(jīng)濟性，即降低車輛比功率，不追求較高的車速，在公路行駛工況下可通過加大傳動系統(tǒng)最大總速比和變速箱檔位數(shù)獲得良好的加速性能，并使發(fā)動機在更多的時候在經(jīng)濟轉速下運轉。同時選擇恰當?shù)娜×ζ鱾鲃颖?，使起重作業(yè)時在發(fā)動機經(jīng)濟轉速下運轉。

    對于總質量較大的大噸位汽車起重機，很難在行駛動力性和作業(yè)時的燃油經(jīng)濟之間找到平衡，因此可以采用上車獨立發(fā)動機，從行駛和作業(yè)兩種工況單獨考慮燃油經(jīng)濟性。

    當然，以上的分析是基于機械調速發(fā)動機進行的，當采用電控發(fā)動機的時候，理論上可以根據(jù)實際的使用工況，通過ECU的程序設置來調定發(fā)動機的輸出特性，從而達到較理想的燃油經(jīng)濟性。

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