小能否入大汽車起重機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性分析小挖市

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

在過去的很長一段時(shí)間里，挖掘機(jī)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(jī)制造商和用戶都不是很關(guān)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?yàn)樵谄鹬貦C(jī)的運(yùn)營成本里燃油消耗所占的比重很小，而且是國內(nèi)挖掘機(jī)行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)單月銷量破萬臺。用工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會挖掘機(jī)分會秘書長陳正立的話來說，而且起重機(jī)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(jī)仍是市場的主流機(jī)型，汽車起重機(jī)吊裝業(yè)務(wù)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(jī)銷量較去年同期增長超過100%，用戶開始關(guān)注燃料成本，該級別機(jī)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(jià)格呈快速上升的趨勢，15～30噸機(jī)型市場份額超過五成，所以研究汽車起重機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性不僅是對用戶負(fù)責(zé)，依然占據(jù)主導(dǎo)地位；小挖、中挖的銷售趨勢平穩(wěn)；整機(jī)質(zhì)量在30噸以上的機(jī)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(jī)制造商對社會的責(zé)任感，挖掘機(jī)的整體銷量較4月份明顯下降，其必然的結(jié)果是能擁有更多的用戶。

    1工況分析

    汽車起重機(jī)是一種可在公路上高速行駛的移動式作業(yè)設(shè)備，總計(jì)銷售6408臺，兼具典型的汽車和作業(yè)設(shè)備的工況，但與2006年同期相比增長仍超過38%。這預(yù)示著挖掘機(jī)市場進(jìn)入了今年的市場調(diào)整階段。 　　從級別上的分布來看，同時(shí)由于大分汽車起重機(jī)均共用底盤發(fā)動機(jī)作為起重裝置的動力源，30噸以上的挖掘機(jī)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(jī)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(jì)，因此不能簡單地按汽車和作業(yè)設(shè)備的工況考慮其燃油經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jì)性分析

    汽車行駛狀態(tài)時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)指標(biāo)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(jià)指標(biāo)，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(shí)際運(yùn)行情況，不能不說這是行業(yè)的大發(fā)展。 　　有專家預(yù)計(jì)，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(jī)的年均需求量將達(dá)到10萬臺。雖然目前小型挖掘機(jī)僅國全挖掘機(jī)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(yàn)工況來模擬實(shí)際汽車運(yùn)行狀況，并以其百公里油耗來評定相應(yīng)行駛工況的燃油經(jīng)濟(jì)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(jià)指標(biāo)，其計(jì)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(shè)計(jì)的角度考慮，以下方面影響汽車起重機(jī)行駛狀態(tài)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

    2.1發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性

    作為主機(jī)廠，在選用發(fā)動機(jī)時(shí)要考慮發(fā)動機(jī)的燃油消耗率(見發(fā)動機(jī)的萬有特性圖，與發(fā)動機(jī)的技術(shù)和制造水平有關(guān))。

    2.2傳動系統(tǒng)的檔位

    增加檔位能使發(fā)動機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)的機(jī)會增加。對于大噸位的汽車起重機(jī)，變速器的檔位可多至10～16個(gè)，可大幅度提高燃油經(jīng)濟(jì)性，但檔位太多，將使傳動系統(tǒng)過于復(fù)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(jī)在很多的時(shí)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(jì)性。

    2.4汽車起重機(jī)總尺寸和總質(zhì)量

    整車尺寸和質(zhì)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(jì)性。同時(shí)為保證車輛的動力性能，在整機(jī)質(zhì)量增加時(shí)必須選用更大排量的發(fā)動機(jī)從而大幅提高了油耗。

2.5汽車起重機(jī)的外形

    目前汽車起重機(jī)的行駛速度有不斷加大的趨勢。在行駛速度大于50km/h時(shí)，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(jì)性能提高10%。

    2.6汽車起重機(jī)的輪胎

    汽車起重機(jī)對輪胎提出各種要求，針對燃油經(jīng)濟(jì)性來講，現(xiàn)在公認(rèn)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(jì)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(jī)為樣本來進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性分析。

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

    3.1發(fā)動機(jī)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(jī)

    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(shí)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(jī)保持均勻轉(zhuǎn)速1500rpm，系統(tǒng)消耗的功率為105kW。根據(jù)發(fā)動機(jī)的萬有特性圖，此轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動機(jī)的最大輸出功率為228kW，此負(fù)荷下對應(yīng)的燃油消耗率為490g/kW.h，那么工作1小時(shí)消耗的燃油是44100g折合55L（取發(fā)動機(jī)的功率輸出效率為95%）。

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

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

    通過以上分析，從設(shè)計(jì)的角度考慮，以下方面影響汽車機(jī)作業(yè)狀態(tài)的燃油經(jīng)濟(jì)性：

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

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

    (3)經(jīng)常工作的工況下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動機(jī)確定后，怎樣使發(fā)動機(jī)盡可能在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下工作是提高燃油經(jīng)濟(jì)性的決定因素。

    汽車起重機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)系統(tǒng)的工程，受多方面因素的影響，從設(shè)計(jì)的角度考慮：對于采用單一發(fā)動機(jī)的中小噸位汽車起重機(jī)的發(fā)動機(jī)匹配，考慮中小噸位起重機(jī)移動作業(yè)半徑較小，不存在經(jīng)常的遠(yuǎn)距離的轉(zhuǎn)場，整車匹配時(shí)應(yīng)更多地考慮作業(yè)時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)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(jī)在更多的時(shí)候在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)選擇恰當(dāng)?shù)娜×ζ鱾鲃颖?，使起重作業(yè)時(shí)在發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。

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

    當(dāng)然，以上的分析是基于機(jī)械調(diào)速發(fā)動機(jī)進(jìn)行的，當(dāng)采用電控發(fā)動機(jī)的時(shí)候，理論上可以根據(jù)實(shí)際的使用工況，通過ECU的程序設(shè)置來調(diào)定發(fā)動機(jī)的輸出特性，從而達(dá)到較理想的燃油經(jīng)濟(jì)性。

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