我国农业拖拉机燃油消耗相关标准解析及探讨.ppt

我国农业拖拉机燃油消耗相关标准解析及探讨,廖汉平,一、相关标准简介,我国拖拉机行业几十年来一直将拖拉机动力输出轴变负荷6工况平均燃油消耗率和最大牵引功率比油耗作为经济性考核项目。 在20世纪八十年代行业间检查中也曾以“产品质量分等”标准作为考核依据，随着行业检查活动的取消以及“产品质量分等”标准的废止，在拖拉机行业尚未发布任何一个关于燃油消耗方面的强制性国家标准或行业标准。,1、拖拉机燃油消耗指标的判定依据,在拖拉机出口许可证、国家质量监督抽查、新产品鉴定、农机推广鉴定和行业准入等检测时均以: GB/T 15370-2004农业轮式和履带拖拉机 通用技术条件 GB/T 15370.2-2009 农林拖拉机 通用技术条件 第2部分：50kW-130kW轮式拖拉机 JB/T10495-2005皮带传动轮式拖拉机 通用技术条件,2、现行的其他拖拉机燃油消耗标准,GB/T 24640-2009水旱两用拖拉机 通用技术条件 NY/T1773-2009节油型农业轮式拖拉机燃油经济性评价指标 这二个标准因其适用范围的原因也没有引起行业内广泛采用。,3、最新发布的相关标准,GB 282392012非道路用柴油机燃料消耗率和机油消耗率限值及试验方法国家强制标准； NY/T 22072012轮式拖拉机能效等级评价； GB/T15370.1-2012农业拖拉机 通用技术条件 第1部分：50kW以下轮式拖拉机； GB/T 15370.3-2012农业拖拉机 通用技术条件 第3部分：130kW以上轮式拖拉机； GB/T 15370.4-2012农业拖拉机 通用技术条件 第4部分：履带拖拉机； GB/T 15370.5-2012农业拖拉机 通用技术条件 第5部分：皮带传动轮式拖拉机。,4、拖标委指导性技术文件及已报批标准,SACTC140/Z 610012011轮式拖拉机 综合工况燃油评价指标 全国拖拉机标准化技术委员会正在拖拉机企业中开展摸底试验以便确定出最终的燃油消耗限值强制标准。 JB/T11318-2013单缸直联轮式拖拉机 通用技术条件也将实施。,二、燃油消耗标准指标介绍,1、现行产品标准中的燃油消耗指标,1）发动机标定转速下动力输出轴最大功率时变负荷6工况平均燃油消耗率的试验方法和考核指标。 这种计算方法最大的特点是各工况权重相同平均计算的。PTO变负荷6工况平均燃油消耗率指标按功率段大小划分，一般在335g/kW.h380g/kW.h之间。 2）最大牵引功率工况下的牵引比油耗是按GB/T 3871.9-2006 标准试验，牵引比油耗指标按功率段大小划分，一般在325g/kW.h370g/kW.h之间，水田达550g/kW.h。,1）动力输出轴变负荷平均燃油消耗率,2）最大牵引功率工况下的牵引比油耗,2、关于燃油消耗相关标准的深入解析,（1）NY/T1773-2009节油型农业轮式拖拉机燃油经济性评价指标 节油型农业轮式拖拉机燃油经济性评价指标的试验方法与动力输出轴变负荷6工况平均燃油消耗率、最大牵引功率工况下的牵引比油耗相同。燃油消耗指标基本与已经作废的JB/T 50092-1997 农业轮式和履带式拖拉机 产品质量分等标准中的一等品、优等品指标相近。,（2）GB 28239-2012非道路用柴油机燃料消耗率和机油消耗率限值及试验方法,这个标准是全国内燃机标准化技术委员会归口起草的，8工况试验循环采用了排放试验标准中的试验方法。根据不同功率段及机型和用途进行划分，并给予加权后确定的限值，本标准中燃油消耗限值是强制性的，机油消耗限值是推荐性的。 这一标准中需要引起注意的是标定功率的确定，GB 28239-2012标准要求按发动机功率测量标准体系中的“核心”标准GB/T21404-2008内燃机 发动机功率的确定和测量方法 一般要求中的表1“发动机功率试验应安装的设备和辅助装置”第5列“卫星”标准GB/T21405-2008往复式内燃机 发动机功率的确定和测量方法 排气污染物排放试验的附加要求试验时是有效功率不含风扇等辅件，第3列ISO标准的净功率是含风扇等辅件的；,“卫星”标准GB/T 6072.1-2008往复式内燃机 性能 第1部分：功率、燃油消耗和机油消耗的标定及试验方法 通用发动机的附加要求基本从属辅助装置里是含风扇等辅件（拖拉机用发动机推广鉴定时）；特定用途机械的发动机功率测试方法标准GB/T17692-1999汽车用发动机净功率测试方法和GB/T24646-2009拖拉机标定功率 测试方法中均表述为发动机净功率含风扇等维持发动机连续运转的基本辅助装置；GB20891-2007非道路移动机械用排气污染物排放限值及测量方法标准中表E1所表述净功率不含风扇等辅件，其进气阻力和排气背压应与排放证书一致。,标定功率对应的净功率在相关标准中是明确的，但相关标准中所带基本辅件还存在不一致，还需要对标准进一步理解和咨询，确保行业间在标准制修订时协调一致。拖拉机企业与发动机企业在签订配套协议时一定要明确相关要求，避免出现合格的发动机装在拖拉机上后就出现不合格的怪事。,8工况试验循环及加权系数,注：,中间转速：在非恒定转速下工作的柴油机，按全负荷扭矩曲线运行时，符合下列条件之一的转速： 如果标定的最大扭矩转速在标定转速的60%-75%之间，则中间转速取标定的最大扭矩转速； 如果标定的最大扭矩转速低于标定转速的60%，则中间转速取额定转速的60%； 如果标定的最大扭矩转速高于标定转速的75%，则中间转速取额定转速的75%。 8工况试验循环加权燃料消耗率：测得的各工况每小时燃料消耗量分别乘以其对应的加权系数后的累加与各工况功率分别乘以其对应的加权系数后的累加的比值。,非道路用柴油机加权燃料消耗率限值,（3）NY/T 22072012轮式拖拉机能效等级评价,随着国家节能降耗政策的实施，我国电器行业率先在家电产品上全面实行能效等级管理，但农机行业尚无这方面的要求，特别是在农用内燃机、拖拉机等动力机械主要耗能产品上还没有能效等级评价方面的标准。从国内外形势发展和我国农机保有量的增长势头来看，对拖拉机能效等级的研究就显得非常的必要和紧迫。目前的轮式拖拉机油耗限定值（动力输出轴变负荷燃油耗和牵引比油耗指标限值）是五年前制定的，部分指标比较宽松，使得绝大多数企业都能达标；原来的指标体系是在大功率拖拉机（120马力以上）较少的情况下确定的，对拖拉机功率段的划分不够细致，尤其是大功率段基本没有划分，所以造成小功率拖拉机的指标过于宽松，而大功率拖拉机的指标过于严格，科学性不够。,原评价方法与现有轮式拖拉机的实际工作状况不尽相同，并且随着我国对柴油机排放要求越来越严格，其出厂调试与原来有所不同，现有的拖拉机变负荷6工况平均燃油耗测试方法和指标体系已不能准确反映拖拉机实际作业状况时的能耗。鉴于以上问题，需要将能效等级和评价方法进行相应的调整以适应与时俱进的实际需要。2010年由农业部农业机械试验鉴定总站牵头申请了农业行业标准轮式拖拉机能效等级评价课题。,能效限值（表格中括号内为燃油消耗率，单位：g/kWh）,拖拉机能效比限值,这个标准主要内容包括能效限值要求、试验方法、能效检验规则、能效等级评价方法、能效等级标注等几方面。可操作性强，能够实现量化评定，为今后节能拖拉机产品的推广提供了依据，同时也显示出技术标准不保护落后的原则，在部分指标上均做了较高要求。这个标准中的柴油机能效限值所对应的燃油消耗相对于GB 282392012标准中的燃油消耗限值要求偏严，以及拖拉机产品标准功率分段差异的原因，按产品标准检测合格，未必就达到能效最低等级。 鉴于拖拉机产品能效等级在我国是一个新兴的节能制度，需要有一个逐步认知和不断完善的过程，因此，以“先自愿、后强制”的方式试行和推广能效等级制度。这一标准目前确定为推荐性标准，条件成熟后再考虑转化为强制性标准。,（4）SACTC140/Z 610012012轮式拖拉机 综合工况燃油评价指标,国家标准委员会早在2007年21号文就批准立项轮式拖拉机 综合工况燃油评价指标强制标准制定计划，由于该标准是强制性的，加之几十年来沿用至今的动力输出轴变负荷6工况平均燃油消耗指标被认为与实际作业情况及柴油机考核工况不对应，建议采用更为合理的工况点并根据工况点的重要程度和实际使用频率进行加权计算，使之能更加符合实际使用状况，避免考核工况点与使用频率和工况脱离。为此全国拖拉机标委会经过多次讨论，根据企业和检测机构专家委员的意见形成了指导性技术文件，考虑了试验工况点和加权系数，由企业和检测机构对我国拖拉机燃油消耗情况进行摸底试验，待积累出相当数量的数据后再最终确定燃油消耗限值。,动力输出轴或发动机台架油耗试验工况,牵引功率油耗试验工况,3 现行标准的油耗评价方法特点对比,三、试验工况与实际作业工况的分析,1 从档位和负荷情况分析,实际作业情况分析，从变负荷来看，拖拉机最大油门标定点或最大功率点燃油耗率最低，但这种情况在拖拉机田间实际工作时几乎达不到这状况（负荷稳定的发电机组是可以的），这种理想工况在拖拉机农田作业占的比例甚小。如果在最大油门工作，其作业负荷也是在60%90%之间变化得较多，否则也就不能发挥出最佳的适用性和经济性。通常机手在实际操作中特别是小地块更是频繁改变油门大小的，以期获得较好的作业效果和经济耗油，有经验的机手在旋耕时常常将油门控制在80%90%时最省油。,合理操作使用油门，控制机组的最佳行驶速度，在确保作业质量前提下，选用70%左右的标定功率作业，可降低油耗5%30%。正常情况下，即使最大油门作业，驾驶员也不会让拖拉机处于小负荷状况下长时间作业，大地块作业时更是处于60%以上的负荷。谁也不会让拖拉机长时间在表8第5工况点以下小负荷状况下作业，更不会有意让拖拉机停止状态下处于最大油门空负荷工况时长时间运转发动机。直观原来变负荷平均燃油耗的计算显然与实际作业情况不对应，所以用平均燃油消耗率来评价是不合理的。这就存在着拖拉机不同档位和不同负荷工况下实际作业时间的比例与标准考核各工况时间平均计算的情况不一致性。,2、从台架试验情况分析,空滤器过小、进气口处于紊流环境下会影响进气阻力和功率，消声器内部结构对排气背压、功率损耗和油耗的影响相当明显。最大油门时风扇在空负荷情况下的转速最高，重负荷情况下转速就低许多，空负荷损耗的功率比重负荷损耗的功率大，相应的燃油消耗率就高。即使转速不变，风扇和常接合的液压泵、气泵、空调压缩机等附件在空运转时所消耗的功率是定值，在轻负荷试验工况时，这部分附件所消耗的功率占动力输出轴此时的输出的有效功率的比值也比在重负荷试验工况时所占动力输出轴输出的有效功率的比值要大许多，较高的第5工况点油耗会拖累变负荷平均燃油消耗率。,从实测数据中可以看出，风扇的形状、片数、直径以及常接合液压泵、气泵规格型号等附件对功率消耗影响也很明显。我们做过中等功率拖拉机试验，采用小直径风扇、分离气泵等措施后在标定转速工况时动力输出轴最大功率增加6%，标定点燃油消耗率降低6%左右；随着变负荷试验降低负荷至第5点时燃油消耗率降低15%18%，其6工况平均燃油消耗率降低12%左右。其中减小风扇直径虽然对平均燃油消耗降低确实有明显效果，解决了小负荷状况的燃油消耗率偏高的问题，但在大负荷工况时的散热效果就会有一定的下降。空滤器过小、进气口处于紊流环境下会影响进气阻力和功率，消声器内部结构对排气背压、功率损耗和油耗的影响相当明显。,状态变化前后的燃油消耗率,四、如何解决相关标准存在的问题,对考核评价方法合理性的探讨的过程中，我们从拖拉机国内外OECD报告中看到变负荷检测数据只是如实记录在报告中，并未按此进行考核评判。最近几年新的OECD检测中增加了发动机变转速、变负荷动力输出轴试验就已经说明原来我国拖拉机几十年来所采用变负荷平均燃油消耗率进行考核的方法需要修改。实际上，一些国外进口拖拉机在我国申请鉴定检测时，按照变负荷平均燃油消耗率进行考核也常常出现不合格，甚至需要进行比较艰难的特别调整的方法才能达到我国的考核指标值。笔者曾按照发动机变转速、变负荷试验方法对不同功率的拖拉机和发动机进行了对比试验，这些也说明了拖拉机原来的燃油消耗率考核方法存在着不合理性。,事实上，拖拉机的油耗考核抓住40%或50%以上负荷时油耗就能代表该拖拉机的油耗水平了。在实际检测数据中也能发现，标定功率工况时的燃油消耗率高低大致上也能代表这台柴油机的油耗经济性水平。从使用作业频率角度上看，负荷系数在50%以上的作业时间比例要占总作业时间的70%甚至于90%以上，机手作业时通常油门90%转速及负荷80%功率时较省油。,随着大功率拖拉机附件越来越多，无论在小负荷或大负荷情况下都基本恒定地消耗柴油机功率，这也是为什么在小负荷工况下燃油消耗率反而更容易增大的原因之一。拖拉机在田间作业时行走也是要消耗一定的功率的，因此柴油机高速空负荷工况时的燃油消耗考核并无太多的实际意义，尽管是按照各工况小时耗油累计与功率累计进行计算，但不考虑权重仅采用“平均”计算就更加不合理。考核方法的标准通常起到行业引导作用，油耗也是如此，企业一般会围绕标准进行研究，虽然符合标准了，但达不到实际应用要求。尽管企业花了很大精力解决了产品小负荷的油耗问题，但对实际使用中的重负荷情况的油耗反而给忽视了，抓小放大，实在是得不偿失，没有真正起到节能作用。,燃油消耗指标一直困扰着企业拖拉机产品合格与否的重要方面，也是国家目前特别强调的，国家农机支持推广目录评审时已经将燃油消耗指标列为否决项。如今，我们不得不让对此问题进行必要的思考和分析研究，找出解决的办法。从相关标准分析方面看，柴油机标准中的考核方法长期以来与拖拉机动力输出轴考核方法不一致。以往柴油机国家标准中只考核标定功率时的油耗，以柴油机为动力的拖拉机反而考核柴油机未考核的工况油耗显然不合适。,最近发布的GB 28239-2012强制标准中对拖拉机用柴油机采用8工况加权燃油消耗率限值作为