裝載機適應高原環(huán)境的技術(shù)對策

    我國擁有世界上遼闊的高原地域，面積約為270萬(wàn)km2,平均海拔2000～4500m。青藏高原是其中具代表性的，平均海拔4500m，其獨特的氣候特點(diǎn)：空氣稀薄、氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、低溫動(dòng)土、紫外線(xiàn)輻射強、風(fēng)沙塵大、降雨少、氣候干燥等。建設青藏鐵路不緊要解決高原凍土區的鐵路勘察、設計、工程建設問(wèn)題，也需要解決施工裝備在該地區的“高原病”。這些問(wèn)題在世界上毫無(wú)先例，需要我們基于當今的科學(xué)技術(shù)水平，解放思想，不斷創(chuàng )新，去攻克施工建設中的一道道技術(shù)難題。  
　　  
    常林股份有限公司針對青藏高原特殊的環(huán)境，在2000年就將高原型工程機械列為技術(shù)攻關(guān)項目（被國家經(jīng)貿委列為2000年度國家級技術(shù)創(chuàng )新項目）。經(jīng)過(guò)廣泛的調查研究、技術(shù)分析與設計開(kāi)發(fā)、高原實(shí)驗與改進(jìn)驗證，對裝載機的高原適應性技術(shù)進(jìn)行了一系列研究。  
　　   
1.動(dòng)力系統  
　　   
    1.1高原環(huán)境的影響  
　　  
    1)隨著(zhù)海拔升高、大氣壓降低、空氣密度減少，空氣中的氧分量也減少，這對以?xún)热紮C為的動(dòng)力的工程機械影響十分突出。實(shí)驗表明，對自然吸氣型內燃機，海拔每上升1000m，其功率、扭矩下降8％～13％、油耗上升6％～9％、熱強度增加2％～5％；當海拔達到4000m時(shí)其功率降低45％左右。這是由于缸內充氣量減小，散熱性能下降，熱負荷增加，燃燒不充分等原因所致，因此高原環(huán)境對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能影響十分嚴重。  
　　  
    2)高原地區氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、寒冷季節長(cháng)，使內燃機的壓縮壓力和溫度隨海拔升高而降低。實(shí)驗結果表明，海拔每升高1000m，內燃機壓縮壓力降低17％、溫度下降23％，原機低極限啟動(dòng)溫度提高22℃左右，同時(shí)，輔助裝置在高原使用時(shí)凡涉及點(diǎn)火、燃燒、耗氧性能均表現出不同程度的不適應性，尤其在低壓缺氧條件下啟動(dòng)困難程度超過(guò)低海拔許多。  
　　  
    3)高原地區多沙塵，空氣中的含塵量是低海拔地區的5～15倍，它增加了進(jìn)氣阻力，使濾清效果下降，又由于空氣中含氧量少，使發(fā)動(dòng)機的燃燒性能迅速下降，不僅使功率下降，而且更加速了柴油機零部件的磨損，縮短了空濾器等部件的使用壽命。  
　　  
    1.2對策  
　　  
    1)為充分保證裝載機在高原環(huán)境下使用的可靠性和適應性，我們選擇了上柴引進(jìn)Cat3306B技術(shù)生產(chǎn)的C6121高原補償增壓發(fā)動(dòng)機，配用進(jìn)口增壓器，在高海拔地區柴油機的功率降小于3％、煙度低于3.0，從而克服了高原環(huán)境下功率下降造成動(dòng)力不足的問(wèn)題。  
　　  
    2)采用容量大、免維修的進(jìn)口沃鐵馬固體電平，可在－40～65℃內正常工作；在發(fā)動(dòng)機系統中增加一套乙醚助燃裝置或作為選購件的水套預熱裝置，使裝載機在高原地區－25℃正常啟動(dòng)。  
　　  
    3)采用低吸氣阻力的三級旋流大容量型空濾器，并在排氣消音器上安裝排氣引射管實(shí)現自動(dòng)排塵，解決了高原地區風(fēng)沙塵大、易使空濾器堵塞而影響發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能的問(wèn)題。  
　　  
2.散熱系統  
　　  
    2.1高原環(huán)境的影響  
　　  
    1)對發(fā)動(dòng)機而言，由于汽缸內空氣減少，過(guò)量空氣系數下降，燃燒狀況不良，后燃現象嚴重，使發(fā)動(dòng)機熱負荷增加；由于空氣重度降低，使冷卻風(fēng)扇質(zhì)量流量減少；由于海拔升高，冷卻水的沸點(diǎn)降低（青藏線(xiàn)水的沸點(diǎn)是78～85℃），這些均導致熱散能力下降，熱負荷進(jìn)一步增強。  
　　  
    2)對于傳動(dòng)系統而言，由于匹配性能趨于惡化，除不能充分利用和發(fā)揮發(fā)動(dòng)機的大功率外，還存在傳力不足和低效傳動(dòng)，使部分功率因內損而轉化為熱能，造成整機作業(yè)溫度超過(guò)規定值，影響正常工作。  
　　  
    2.2對策  
　　  
    1)采用加大型風(fēng)扇并使風(fēng)扇的線(xiàn)速度在合理范圍內；采用加大散熱面積的增加型水箱，保證低氣壓下有足夠的散熱面積。  
　　  
    2)優(yōu)化傳動(dòng)系統的匹配和液壓管路系統布置，采用特殊的散熱系統，使裝載機具有適合的作業(yè)溫度。  
　　  
3.橡膠件與密封件  
　　  
    3.1高原環(huán)境的影響  
　　  
    高原地區日照時(shí)間長(cháng)、紫外線(xiàn)強烈、晝夜溫差變化大，青藏線(xiàn)地區年平均氣溫為－27～－45℃，日平均氣溫在0℃以下達235～330d，這些環(huán)境使液壓膠管加速龜裂，使橡膠件和封閉件加速老化。  
　　  
    3.2對策  
　　  
    轉向系統、工作液壓系統、制動(dòng)系統等膠管采用德國漢莎——福萊克斯公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，可耐低溫－40℃，抗紫外線(xiàn)能力是一般膠管的8倍以上。油缸等關(guān)鍵部件的密封件采用進(jìn)口件，保證低溫環(huán)境使用的可靠性和耐用性。  
　　  
4.駕駛室與人機工程  
　　  
    高原地區缺養環(huán)境使駕駛員所能承受的大勞動(dòng)強度僅為平原地區的40%~60%，工作的持續性和耐久性更差，因為工作條件和健康安全措施顯得更加重要，這主要體現在駕駛室的設計上。我們采用了密封性能良好、帶冷暖空調具有防紫外線(xiàn)輻射功能的彩色玻璃，可濾去70%左右的紫外線(xiàn)，同時(shí)配置了吸氧裝置，可保證在2L/min流量下持續吸氧4h，有效的保障了駕駛員的體力和安全。  
　　  
5.其它  
　　  
    1)高原環(huán)境氣溫變化大，為防止低溫水汽結凍而影響制動(dòng)系統的可靠性，在保證整機具有良好性能價(jià)格比的前提下采取液頂液鉗盤(pán)制動(dòng)的行車(chē)制動(dòng)系統，關(guān)鍵部件采用進(jìn)口件，保證低溫下的制動(dòng)性能。  
　　  
    2)普通低壓電氣元件不能有效地適應高原低溫環(huán)境，因此采用能滿(mǎn)足－40℃低溫工作要求的開(kāi)關(guān)、接插件、電線(xiàn)保護套等元件，并對電機和電氣元件適當加大容量。  
　　  
    3)合理選用適應于高原環(huán)境下的油料，它們具有閃點(diǎn)高、凝點(diǎn)低、粘溫性能變化小，抗氧、抗腐、防銹、抗泡的特點(diǎn)，保證了在低溫條件下具有良好的潤滑性能和高溫條件下具有較高的油膜強度；高原增壓柴油機的潤滑機油應兼有良好的低溫分散性能。  
　　  
    常林股份有限公司的ZLM50E——3G高原型裝載機經(jīng)國家高原工程機械權威檢測機構——機械工業(yè)高原工程機械產(chǎn)品質(zhì)量監督檢測中心在青海公路海拔4200m的西大灘和大坂山試驗點(diǎn)進(jìn)行了型式試驗，檢驗結論：動(dòng)力性、經(jīng)濟性、熱平衡性能、排放性能、啟動(dòng)性能等各項性能指標達到了設計標準，滿(mǎn)足海拔4000~5000m高原地區的使用要求。作為首創(chuàng )填補了國內外高原裝載機產(chǎn)品的空白，將為青藏鐵和西部大開(kāi)發(fā)的建設作出貢獻。