高原柴油机
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高原、风沙环境对工程机械性能的影响及解决方法【摘要】结合了工程机械在内蒙古自治区和青藏高原使用情况进行分析,介绍了一些经验和注意事项。
【关键词】高原风沙工程机械使用与保养
我公司于2003年承建的巴新(巴拉贡---新地)高速公路项目,标段位于内蒙古自治区乌海市,该地区的主要气候特点为:昼夜温差大、沙尘暴非常大、降雨少、气候干燥;我公司于2005年承建的西格(西宁---格尔木)铁路项目,标段地处青藏高原,该地区主要气候特点为:空气稀薄、气压低、含氧量少、昼夜温差大、低温冻土、紫外线辐射强、风沙大、降雨少、气候干燥等。以上两项目我公司共投入了工程机械约60台套,在工程机械的使用与保养上所遇到的困难很多,尤其是发动机方面的故障问题显得尤为突出,现将具体情况进行了分析,并总结了一些解决方法。
1 动力系统
1.1高原环境的影响
(1)随着海拔的升高,大气压力、空气密度和含氧量随之减少(每升高1000米,含氧量就减少10%),气温也随之下降,这对以内燃机为动力的工程机械性能的影响十分突出,主要表现为发动机动力严重不足。
有关科研机构实验数据表明,对自然吸气型内燃机,海拔每上升1000m,其功率、扭矩下降8%~13%、油耗上升6%~9%、热强度增加2%~5%;当海拔达到4000m时其功率降低45%左右。这是由于缸内充气量减小,散热性能下降,热负荷增加,燃烧不充分等原因所致,因此高原环境对发动机动力性能影响十分严重。
(2)高原地区气压低、含氧量少、昼夜温差大、寒冷季节长,使内燃机的压缩压力和温度随海拔升高而降低。有关科研机构实验结果表明,海拔每升高1000m,内燃机压缩压力降低17%、温度下降23%,最低极限启动温度提高22℃左右,同时,辅助装置在高原使用时凡涉及点火、燃烧、耗氧性能均表现出不同程度的不适应性,尤其在低压缺氧条件下启动困难程度超过低海拔许多。
(3)高原地区多沙尘,空气中的含尘量是低海拔地区的5~15倍,它增加了进气阻力,使滤清效果下降,又由于空气中含氧量少,使发动机的燃烧性能迅速下降,不仅使功率下降,而且更加速了柴油机零部件的磨损,缩短了空滤器等部件的使用寿命。较多的沙粒和尘土使得空气滤清器很容易发生堵塞,这时发动机就会出现不易起动、加速无力以及怠速不稳等症状。
1.2解决方法
(1)为充分保证工程机械在高原环境下使用的可靠性和适应性,应首先考虑使用配有增压器的高原沙漠型风冷增压型发动机。以使柴油机在高原地区使用时,其输出功率和经济指标及其热负荷指标等恢复到一般平原地区时的标定水平。
(2)采用低温预热系统。为提高工程机械的冷起动性能,可采用柴油机冷却系统预热和油底壳预热技术两种方法。这两种技术尤其适用于气温低于-35℃的高寒地区。
(3)采用大容量的电瓶,以固体电瓶为优先。在使用液体电瓶时,为防止电瓶过冷发生冻结及影响起动性能,冬季可给蓄电池制作一个夹层保温电池箱,以提高蓄电池的温度。调整蓄电池电解液的相对密度,并使电瓶各格的密度一致。夜晚不工作时,有条件的应把电瓶卸下放在室内。在启动前,应先用温水冲洗电瓶。
(4)若采用一般的空气滤清器,极易造成空气滤清器堵塞或滤清不充分,损坏柴油机的零部件,应考虑采用多级滤清或湿式空气滤清器,如果原机械上只有一个空气滤清器,则应考虑自己加装。对于滤清器的检查,应该仔细查看其皱褶内部深处。可以用高压风经常吹一下滤芯。有时,滤清器外部看似清洁,但是其内部已经非常脏了,此时必须立即进行更换。
(5)水箱盖、加机油口盖、油箱盖等一定要齐全,如若缺失,会因风沙、尘土等侵入冷却、润滑、燃油系统内,将加剧各机件的磨损。
(6)在发现柴油机功率不足时,喷油泵也应考虑放在喷油泵试验台上进行调试、检查调整最大供油量和供油不均度,喷油器则应考虑放在喷油器试验台上进行调试,以确定喷油器喷油雾化情况是否良好。在高原和大风沙地区,会因为微小沙粒而损坏刚校过的油泵和刚更换过喷油嘴的喷油器。
2 散热系统
2.1高原环境的影响
(1)对发动机而言,由于汽缸内空气减少,过量空气系数下降,燃烧状况不良,后燃现象严重,使发动机热负荷增加;由于空气重度降低,使冷却风扇质量流量减少;由于海拔升高,冷却水的沸点降低(西格项目有的地区水的沸点是78~85℃),这些均导致热散能力下降,热负荷进一步增强。造成整机作业温度超过规定值,影响正常工作。既要解决柴油机因增压产生的热负荷升高问题,又要解决传动散热系统因高原散热能力下降所引起的比一般平原地区较高的温度。
(2)空气寒冷时,会造成水箱和发动机等各部件温度过低,难以启动和启动后温度升高较慢。
2.2解决方法
(1)采用加大型风扇并使风扇的线速度在合理范围内;采用加大散热面积的增加型水箱,保证低气压下有足够的散热面积。并且需经常清洗水箱内和水箱外污垢。
(2)在严寒时节时,一般工程机械上的百叶窗、挡风帘的防寒效果不好,有必要在其前面配上防寒罩,以减少外部冷空气进入。
(3)水箱内需常年加满足当地极限最低气温要求的防冻液,防止夜晚气温突降时冻坏水箱和发动机等部件。
3 橡胶件与密封件
3.1高原环境的影响
青藏高原地区日照时间长、紫外线强烈、昼夜温差变化大,年平均气温为-27~-45℃,日平均气温在0℃以下达235~330天,这些环境使液压胶管加速龟裂,使橡胶件和封闭件加速老化,并且对金属材料冷脆性也有特殊要求。
3.2解决方法
(1)转向系统、工作液压系统、制动系统等胶管和油缸等关键部件的密封件在损坏后更换时采用质量较好的进口件,保证低温环境使用的可靠性和耐用性。
(2)条件允许的部位可以用棉布包扎防寒。
4 驾驶室与人机工程
4.1高原环境的影响
青藏高原地区缺氧环境使驾驶员所能承受的最大劳动强度仅为平原地区的40%~60%,紫外线强度高出一般平原地区的4O%~5O%,工作的持续性和耐久性更差,在作业过程中驾驶员将表现出相当程度的不适应性,因而工作条件和健康安全措施就显得更加重要。