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【关键词】农业机械;拖拉机;节能;环保;技术推广拖拉机是农业生产的主要工具,拖拉机的能源消耗占农业生产能源消耗的比重较大。作好拖拉机的节能减排,可降低农业生产成本,增加农民收入,减少污染物的排放,促进农业可持续发展。拖拉机的节能减排主要通过提高燃油利用率,提高发动机功率,减少发动机有害物质的排放,对排放的尾气进行循环利用,利用化学手段对有害排放物进行无害化处理。主要的技术包括涡轮增压技术,高压共轨技术,废气再循环技术,催化脱硝技术等。
1.涡轮增压技术
(1)涡轮增压的原理,涡轮增压技术现在主要用的是废气涡轮增压系统,它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。
(2)涡轮增压的特点是,加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%-30%。由于涡轮增压器回收了废气的能量,增加了进气量,提高了发动机的机械效率和热效率,安装涡轮增压的发动机油耗降低5%-10%,安装涡轮增压后,发动机排气噪声相对减少,排气烟度及排气中的有害成分也减少,减少了污染。
(3)涡轮增压的主要部件,涡轮增压比传统的发动机增加的主要部件包括涡轮增压器和中冷器,中冷器:是增压系统的一部分。当空气被高比例压缩后会产很高的生热量,从而使空气膨胀密度降低,而同时也会使发动机温度过高造成损坏。为了得到更高的容积效率,需要在注入汽缸之前对高温空气进行冷却。这就需要加装一个散热器,原理类似于水箱散热器,将高温高压空气分散到许多细小的管道里,而管道外有常温空气高速流过,从而达到降温目的(可以将气体温度从150摄氏度降到50摄氏度左右)。由于这个散热器位于发动机和涡轮增压器之间,所以又称作中间冷却器,简称中冷器。
2.高压共轨技术
(1)高压共轨的原理,高压共轨是指柴油机电控共轨式柴油喷射系统,在这个系统中,高压油泵和喷油之间有一个大容积的共轨管,高压油泵把油输送进共轨管中并维持一定的压力,共轨管通过高压油管与分别与每个喷油嘴相连,喷油器上的电磁阀控制喷油的开始和结束,喷油时间与喷油压力决定喷油量,“高压”是指喷油系统压力比传统柴油机要高出3倍,最高能达到200MPa(而传统柴油机喷油压力在60-70MPa),压力大雾化好燃烧充分,从而提高了动力性,最终达到省油的目的。“电控”是指喷油系统由电脑控制, ECU(俗称电脑)对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制,能使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡,而传统的柴油机则是由机械控制,控制精度无法得以保障。
(2)高压共轨技术特点,改善了柴油机的动力性、经济性、排放性和工作可靠性,它比传统增压柴油机燃烧效率提高8%、二氧化碳排放低10%、噪音下降15%,彻底改变了柴油机在人们心目中“噪音大、冒黑烟”的形象。对喷油定时的控制精度高,反应速度快,改进了柴油机的调整控制;柴油机具有自我保护功能和故障诊断功能;控制策略灵活。
(3)高压共轨系统的组成。高压共轨系统由五分组成,即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。
3.废气再循环技术(EGR)
(1)废气再循环技术原理,所谓EGR,即Exhaust Gas Recirculation,是废气再循环系统的英文简称,它的重要功用是将柴油机产生的废气的一小局部再送回气缸。再循环废气由于具有惰性,会延缓燃烧过程,到达减少NOx的生成量的效果(NOx在高温富氧的环境下产生),EGR对降低氮氧化物排放十分有效,根据测试可发减少氮氧化物90%以上。最终完成了发起机排放程度的提升。
(2)废气再循环技术的特点,发动机控制电脑即ECU根据发动机的转速、负荷(节气门开度)、温度、进气流量、排气流量,温度控制电磁阀适时地打开,进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室,膜片拉杆将EGR阀门打开,排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统,与混合气混合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧,降低了燃烧时气缸中的温度,因NOX是在高温条件下生成的,故抑制了NOX的再次生成,从而降低了废气中的NOX的含量。但是,过度的废气参与再循环,将会影响混合气的着火、性能,从而影响发动机的动力性,特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时,再循环的废气会明显地影响发动机性能。所以,当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时,ECU控制废气不参与再循环,避免发动机性能受到影响;当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时,ECU控制少部分废气参与再循环,而且,参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同,以达到废气中的NOX最低。EGR发动机要求燃油的硫含量要低于500ppm,柴油中硫含量高,燃油燃烧后产生的二氧化碳跟水结合在一起腐蚀EGR通道,导致EGR的损坏。
(3)废气再循环主要零部件,包括ECU、各种传感器(包括水温传感器、进气温度压力传感器、转速传感器、油门位置传感器等)、电磁阀、EGR阀等。
4.SCR废气脱硝技术
(1)SCR废气脱硝技术原理,SCR是Selective catalytic reduction 的缩写,是有选择性催化还原法,在反应过程中,NH3和NOx反应生成N2和H2O。
(2)SCR废气脱硝技术的特点,采用尿素-SCR净化方案的发动机,其燃油消耗可节省5%-7%,扣除因使用尿素而增加的费用,还有节油2%-3%的优势。在不同的发动机根本工作环境下,SCR能降低氮氧化物排放65%-99%。这种技术适合我国高含硫柴油。SCR在拖拉机上的使用需要增加SCR本身的重量,还要增加尿素贮液罐和尿素的重量。
(3)工艺流程。SCR废气脱硫装置主要由尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等组成。尿素溶液的喷射量是根据柴油机的工况、催化器温度和环境状态来精确计量的。氨气与NOx发生催化氧化还原反应,将NOx还原为无害的N2和H2O。
关键词:农机维修;节能减排;技术
中图分类号: F323.3 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/ki.jlny.2016.23.021
1 标准油量传递技术
标准油量传递技术指的是采用逐级传递的办法,油泵生产企业将油泵标准油量传递到基层维修企业当中,从而完成油泵的维修与调试。该技术的内容为标准油量的传递方法、标准元件的校验方法,喷油泵在调修行业标准油量方面的规划,喷油泵试验台的校验方法等。采用标准油量技术后,每台喷油机的油量可以节约5%。同时,喷油泵的使用,不仅满足了柴油机的正常工作,而且延长了其使用寿命。同时,喷油机实施调试后,有效地降低了噪音以及废气的排放,提高了在环保方面的性能。
2喷油泵与喷油器调试技术
喷油泵与喷油器调试技术指的是:按照行业中的相关规定,采用合理、正确的办法,对喷油泵、喷油器进行调试与维修,从而满足其正常功能的发挥。该技术内容包括:确定每个油缸供油的具置;检验喷油泵的密封性;对调速器进行检验,并实施调整;检查附件的运转情况;检查、调整喷油机的压力;对技术条件、工作环境进行调试。采用抽样检查的办法,来了解以上技术运用的效果。选取大型拖拉机为研究对象。在正常情况下,大型拖托机产生的颗粒排放物与国家标准相比,往往高出4~5倍。对拖拉机柴油机中的喷油泵、喷油器进行调试后,其颗粒排放物、能量消耗等都得到了显著的降低。除此之外,还提高了农机的工作性能。
3 柴油机性能调整优化技术
该技术指的是利用先进的仪器设备,检查柴油机的技术状况。同时,针对存在的问题,给予参数方面的优化,使其达到最佳的工作状态。柴油机性能调整优化技术的内容为配气相位、喷油压力、气门间隙等设备的检测与调整,并对其进行优化。采用试验统计的办法,研究该技术取得的效果,结果显示,使用以上技术后,柴油机的功率最大提高了15%。降低发动机故障率为14.6%,维修工时减少到了24.8%,维修停机时问减少到了16.8%。与此同时,维修的费用大大降低。除此之外,还避免了因为维修停机对正常生产造成的负面影响。
4 拖拉机不拆卸检测调试技术
该技术的概念是在不拆卸拖拉机的情况下,采用先进的仪器设备,对其运行的状态进行检测。然后,根据存在的问题,实施调试的办法和措施,以期恢复拖拉机的正常功能,并起到节能减排的作用。拖拉机不拆卸检测调试技术的内容为:检测拖拉机功率的大小及在燃油方面的损耗。另外,利用相关仪器,对制动、液压等系统进行检测,并实施调修。选取5700台拖拉机作为样本,对其进行检测。检测结束后,对2850台机器进行了调试。这些拖拉机被调试后,在功率、动力方面均得到了提升。同时,在很大程度上降低了耗油率。可以看出,采用该技术后,取得了良好的效果。
5 油适时更换技术
油适时更换技术指的是定期加测农机油的品质。同时,根据换油标准,购买质量好的油,以此来更换陈旧的油。另外,根据农机技术使用的状态,加强对农机的维修与保养。该技术的内容包括在检测油黏度、酸碱性、水溶性等性能时采用的技术。通常情况下,在实施以上技术时,要求以更换的标准、周期作为参考,同时对农机的工作状态进行认真分析。采用分析监测技术后,减少了质量好的油在固定更换中被浪费的现象。同时,也避免了对环境造成的污染。不仅如此,利用以上技术后,能够在更换周期前发现有质量问题的油,以便及时更换掉。这样,在很大程度上减少了对农机的损伤,避免了机器故障问题。
6 水基清洗技术
水基清洗技术指的是使用水基清洗剂,彻底清除掉农机零件中的污垢。作为一种新型清洗技求,具有更环保、更高效的作用。水基清洗剂按照一定的比例,将水与表面活性剂、洗涤助剂、增溶剂等混合在一起,以此来彻底清除掉零件表面的霉斑、污垢等。该技术的内容为清洗剂的配置,超声波清洗,以及高压清洗等。研究表明,使用20公斤有机溶剂对机械零件进行清洗产生的效果,与使用l公斤的水基清洗剂产生的效果是一样的,从成本上来看,l 公斤水基清洗剂的费用仅仅是有机溶剂的l0%~20%。所以,与有机清洗剂相比,水基清洗剂技术不仅效果好,而且成本低,具有很大的优势。
7 柴油机排气污染物减量技术
该技术指的是采用净化机内、改善燃料的办法,对柴油机的进排气进行净化处理。技术内容包括:根据柴油机排气中不同元素的特点,采用转换、还原、过滤的技术,对其净化处理。一般情况下,柴油机的排气元素有氮氧化物、碳氢化合物、以及其他颗粒物质。实验证明,给柴油机上安装氧化转换仪器后,可以有效减少排气中的一氧化碳、碳化氢,以及PM排放量。另外,安装过滤仪器后,可以将颗粒的过滤率提高到90%。通过以上措施,有效降低了柴油机排气中的污染物。
8 胶黏修补堵漏技术
随着我国工业化、城镇化的快速发展,节能减排已成为贯彻落实科学发展观、构建和谐社会、促进经济社会又好又快发展的基本要求。农机维修节能减排是农机节能减排的重要内容之一,做好农机维修节能减排工作,开发和推广先进适用的农机维修保养技术,对节约能源、降低排放、减少污染及提高农机化发展质量具有重要意义。
为加快农机维修节能减排技术的推广应用,2009年农业部遴选出了10 项有明显节能减排效果的农机维修技术进行宣传和推广。其中,拖拉机不拆卸检测调试技术、柴油机性能调整优化技术是采用仪器设备对其技术状态进行检测并进行参数调整优化,从而恢复其技术状态达到节能减排目的; 油适时更换技术是通过对油的品质检测和适时更换,保证机具的良好而又不过早更换油; 柴油机排气污染物减量技术是对柴油机排气采取机内净化处理措施以减少排气污染物; 水基清洗技术是以水基清洗剂代替油基清洗剂来清洗零部件,既节约油料又提高清洗质量; 标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术是在标准的试验条件下采用规范的调修工艺和方法对喷油泵、喷油器进行调试,以恢复功率,降低油耗和排放; 胶粘修补堵漏技术、轴类零件再制造技术和壳体类零件再制造技术采用适用的工艺,对零件进行选择性修理,节约金属材料、降低修理成本。入选的10 项技术成熟可靠,节能减排效果明显。经过5 年的实践验证,结合当前农机行业普遍实行换件修理的现状,笔者认为喷油泵标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术最具有推广意义和必要,推广也最具有可行性。
1 喷油泵标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术推广的必要性
喷油泵标准油量传递是指将喷油泵制造企业对喷油泵总成调整的各项技术指标,通过标准系统逐级传递给基层喷油泵维修企业并用于生产过程的技术。喷油泵和喷油器调试技术是指在规定的条件下,按正确的维修工艺、调试方法对喷油泵和喷油器进行维修、调试,使之达到应有功能的技术。近年来,在党的强农惠农富农政策有力促进下,我国农业机械化取得了巨大成绩,得到了长足发展。据统计,2013 年全国农作物耕种收综合机械化水平达59. 48%,拖拉机拥有量达2279 万台,联合收割机拥有量达142 万台,农机总动力达10. 4 亿kW( 其中柴油发动机总动力达8. 35 亿kW)。农机在农业生产和农机化发展中的作用更加明显,作业领域更加广泛,除大田作业、温室大棚作业外,在一些地区的植物工厂内,农机也发挥了重要的作用。推广喷油泵标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术,对促进节能减排,意义深远。
1. 1 有利于推进农机节能减排
为了解喷油泵校准点在接受标准油量传递前、后喷油器所喷油量的差别,德国博世公司某区域维修站对辖区50 个喷油泵校准点在标准油量传递前、后喷油器的喷油量数据进行了比较。博世公司对该区域维修站喷油泵校准点的校验频次规定为: 对业务量较大的校准点,要求每校验50组喷油器后进行一次标准油量传递; 对于业务量较小的校准点,要求每季度进行一次标准油量传递。依据JB /T 9734 - 2011《喷油泵试验台技术条件》中4. 3.14 条,喷油器喷油量的不均匀率由公式 =2( Qmax - Qmin)Qmax + Qmin 100% 确定。其中,Qmax 为最大循环供油量,Qmin 为最小循环供油量。相关标准规定对于维修用喷油泵试验台,在喷油量符合标准要求( 即喷油量界于31. 2 1mL 间) 且喷油量不均匀率4%时,该组喷油器才符合要求。50 组( 每组6 个) 300 个喷油器在未接受标准油量传递前,有168 个喷油器的喷油量超出标准范围( 31. 2 1mL) ,这些喷油器的喷油量有的高于标准值,有的低于标准值,喷油量不合格的喷油器所占比例达56%。50 组数据中有2 组共12 个( 序号15、17) 喷油器的喷油量符合标准要求,有3 组( 序号15、17 和22)喷油器的不均匀率满足标准要求。综合判定,50 组喷油器只有2 组( 序号15、17) 喷油器的喷油量符合标准要求,合格率仅为4%。50 组喷油器在接受标准油量传递后,有1 个缸( 序号3 第4 缸) 的喷油量不符合标准要求,该组喷油量不均匀率为4. 9%,也超出标准要求,即仅有一组喷油器不符合标准要求,合格率为98%。对于基层喷油泵校准点,其校准设备只有满足标准要求后才能开展油泵校准业务。因此,有必要对基层油泵校准点进行标准油量传递,使其喷油器的喷油量和喷油量不均匀率达到标准要求,以便科学、准确地对农机用户的油泵进行校准。
为了了解农机喷油泵在校准前、后喷油量的差别,对河北省20 个农机户在用机具喷油泵的校准情况进行了调研。农机户通常1 ~ 2 年对喷油泵进行一次校准,而且在用户发现机具动力不足、油耗高、启动困难、冒黑烟等情况时才去校泵。校准数据表明: 有的喷油泵多喷了油,致使机具油耗高、冒黑烟; 有的油泵少喷了油,致使机具动力不足,启动困难。因此,定期进行喷油泵校准,既节能减排,也有利于发挥机具效率。
近年来,随着农机保有量的快速增加和农机化水平的不断提高,农机节能减排任务繁重。2008 年江苏省农机排气污染源普查结果显示,在用的拖拉机、变型拖拉机、联合收割机、插秧机、机动植保机等5 大类机具一氧化碳、炭氢化合物、氮氧化合物、颗粒物的排放总量分别为5. 1、14. 6、8、2. 4 万t,仅颗粒排放一项就超过国家标准4 ~ 5 倍。通常情况下拖拉机、联合收割机等机械在使用一段时间后,其功率会降低、燃油消耗和污染物排放会增加。江苏省抽样调查显示,在用拖拉机、联合收割机的功率损失平均约为5%,小型拖拉机的油耗率平均高出标定值13%,大、中型拖拉机的油耗率平均高出6% ~ 10%,4 种排气污染物的排放总值平均增加20% ~ 30%。经喷油泵、喷油器调试后,可有效降低油耗5% ~ 10%,恢复动力约3%,降低排气污染物约15%。因此,推广标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术,可有效推进农机节能减排。
1. 2 有利于提高喷油泵维修质量和水平
喷油泵被视为柴油机的心脏,其控制发动机在不同工况下的转速、燃油供给量和供油质量,以保证发动机正常运转的动力性、经济性和稳定性。喷油泵和喷油器经一段时间使用后,由于柱塞、出油阀和喷油嘴的正常磨损,加之国内柴油中杂质和蜡成分含量较高,导致三大偶件磨损加快,发动机性能下降,油耗增加,污染物排放超标。喷油泵只有经修理、调试使其供油量达标,发动机才能恢复正常工作。
调查发现如下问题: 一是农机手调校喷油泵的主动性不够。农机手平时对拖拉机、联合收割机等机具的保养意识不强,通常只要机具能工作,就不会主动定时进行喷油泵和喷油器的维护保养,通常要等到机具出现异常现象如不能启动、动力不足、油耗高及工况不稳等情况时才去调校喷油泵。二是喷油泵校准频率不高。调查结果表明: 校准频率较高的为1 年1次,较低的为2 ~ 3 年1 次,一些国外品牌的联合收割机甚至4 年中也没有校过油泵。三是实施喷油泵校准的机具所占比例不高。调查显示,拖拉机喷油泵年度校准比例最高在70% 左右,联合收割机喷油泵年度校准比例低至20%。四是喷油泵校准质量难保证。目前在用的喷油泵校准试验台存在设备陈旧、性能较差等问题,加之缺少定期的标准油量传递,喷油泵、喷油器调试的技术指标与原机相差较大,影响机具性能。因此,应通过推广标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术,校准基层喷油泵校验标准,培训喷油泵维修校准技术人员,提高农机喷油泵维修校准质量和水平,确保喷油泵和喷油器技术状态良好,保证机具作业性能。
1. 3 有利于推动农机维修行业管理
近年来,农业部高度重视农机维修管理工作,颁布了《农机维修管理规定》,将农机维修管理执法内容纳入《农机安全监管条例》,实施了多个农机修理质量标准,规范了农机维修行业发展。但目前农机管理部门对农机维修网点的技术资质、配件价格、维修质量等缺乏有效的监督管理。基层农机维修管理人员少,缺乏执法和检测手段,缺少投入,农机维修管理工作开展困难。基层农机维修管理人员可以以推广标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术为抓手,推广农机维修先进技术,开展农机维修网点资质审核、维修质量监管等工作,规范农机维修业务,推动农机维修管理工作。
2 喷油泵标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术推广的可行性
2. 1 推广符合国家节能减排政策
为了节约资源,促进国民经济可持续发展,国家制订了十一五节能减排目标。为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》,防治非道路移动机械用柴油机污染物排放对环境的污染,改善环境空气质量,2014 年5 月环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合了强制标准非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法( 中国第三、四阶段) ( GB 208912014) ,规定了第三阶段非道路移动机械用柴油机排气染物排放限值和测量方法,并提出了第四阶段的预告性要求。标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术推广作为实现农机节能减排的重要措施,符合国家支持农机化发展及农机节能减排的发展战略,利国利民。
2. 2 推广有成熟的技术支撑
标准油量传递主要技术内容包括: 喷油泵标准量值传递和浮动量值传递的技术原理,标准系统的构成,在用喷油泵试验台的校验和浮动油量调试的环境条件和技术要求,在用喷油泵试验台的校验方法,试验台用标准喷油器总成的试验方法,浮动油量调试工艺,以及喷油泵调修行业标准油量传递的组织实施。喷油泵与喷油器调试技术主要包括: 喷油泵各缸的供油开始位置的确定,供油量的检验与调整,喷油泵总成的密封性检验,调速器特性的检验与调整,喷油泵附属件的检验与调整,喷油器的喷油压力检查与调整,雾化质量及其分布状态的检查,密封性的检查,以及调试的工作环境、技术条件、设备配置的要求。标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术作为柴油机维修的主要内容,经过多年的实践检验,其技术非常成熟,足以支撑推广应用。目前国内应用较多的是德国博士公司的标准油量传递技术和标准,成熟、稳定的技术为标准油量传递、喷油泵和喷油器调试的大范围推广应用提供了支撑。
2. 3 推广示范条件具备
一是全国有比较健全的农机维修管理队伍。目前,全国各省、市、县基本都配备从事农机维修管理的机构和人员,负责当地农机维修网点审批和维修市场秩序管理,为该项技术的推广示范提供了人力资源支持。二是有可利用的社会资源。一些喷油泵生产企业在全国建立了喷油泵标准油量传递基准站,他们有丰富的标准油量传递经验,为技术推广奠定了基础。三是有行政管理职能提供保障。国务院412 号令和《农机维修管理规定》明确农机部门对农机维修经营实行行政许可审批职能。因此,推广标准油量传递技术、喷油泵和喷油器调试技术的人员、资源、管理职能等条件已经具备。
3 推广建议
3. 1 国家扶持建设标准油量传递网络
喷油泵标准油量传递技术是适于喷油泵维修行业的实用性技术,其专业性强、设备更新和人才培训量大,仅依靠企业和个体力量进行大范围推广的难度较大。建议将其推广列入国家相关节能减排项目中,安排经费进行推广。由政府联合企业利用现有技术、人员、设备建设国家级- 省级- 县级( 基层) 模式的标准油量传递网络,统一技术路线,配备标准泵、标准嘴、标准管,开展人员培训、推广宣传等工作,保证传递标准和质量。
3. 2 对喷油泵和喷油器调试实施补贴
为提高农机手校准喷油泵的主动性和积极性,引导农机手选择合格的油泵校准维修点,保证标准油量传递网络的准确性,建议对喷油泵和喷油器调试实施补贴。