我國擁有世界上最遼闊的高原地域,面積約為270萬km2,平均海拔2000~4500m。青藏高原是其中最具代表性的,平均海拔4500m,其獨(dú)特的氣候特點(diǎn):空氣稀薄、氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、低溫動土、紫外線輻射強(qiáng)、風(fēng)沙塵大、降雨少、氣候干燥等。建設(shè)青藏鐵路不緊要解決高原凍土區(qū)的鐵路勘察、設(shè)計、工程建設(shè)問題,也需要解決施工裝備在該地區(qū)的“高原病”。這些問題在世界上毫無先例,需要我們基于當(dāng)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(shè)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(jī)械列為技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目(被國家經(jīng)貿(mào)委列為2000年度國家級技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目)。經(jīng)過廣泛的調(diào)查研究、技術(shù)分析與設(shè)計開發(fā)、高原實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)驗(yàn)證,對裝載機(jī)的高原適應(yīng)性技術(shù)進(jìn)行了一系列研究。
1動力系統(tǒng)
1.1高原環(huán)境的影響
1)隨著海拔升高、大氣壓降低、空氣密度減少,空氣中的氧分量也減少,這對以內(nèi)燃機(jī)為的動力的工程機(jī)械影響十分突出。實(shí)驗(yàn)表明,對自然吸氣型內(nèi)燃機(jī),海拔每上升1000m,其功率、扭矩下降8%~13%、油耗上升6%~9%、熱強(qiáng)度增加2%~5%;當(dāng)海拔達(dá)到4000m時其功率降低45%左右。這是由于缸內(nèi)充氣量減小,散熱性能下降,熱負(fù)荷增加,燃燒不充分等原因所致,因此高原環(huán)境對發(fā)動機(jī)動力性能影響十分嚴(yán)重。
2)高原地區(qū)氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、寒冷季節(jié)長,使內(nèi)燃機(jī)的壓縮壓力和溫度隨海拔升高而降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,海拔每升高1000m,內(nèi)燃機(jī)壓縮壓力降低17%、溫度下降23%,原機(jī)最低極限啟動溫度提高22℃左右,同時,輔助裝置在高原使用時凡涉及點(diǎn)火、燃燒、耗氧性能均表現(xiàn)出不同程度的不適應(yīng)性,尤其在低壓缺氧條件下啟動困難程度超過低海拔許多。
3)高原地區(qū)多沙塵,空氣中的含塵量是低海拔地區(qū)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)動機(jī)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(jī)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(jī)在高原環(huán)境下使用的可靠性和適應(yīng)性,我們選擇了上柴引進(jìn)Cat3306B技術(shù)生產(chǎn)的C6121高原補(bǔ)償增壓發(fā)動機(jī),配用進(jìn)口增壓器,在高海拔地區(qū)柴油機(jī)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力不足的問題。
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(nèi)正常工作;在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中增加一套乙醚助燃裝置或作為選購件的水套預(yù)熱裝置,使裝載機(jī)在高原地區(qū)-25℃正常啟動。
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(xiàn)自動排塵,解決了高原地區(qū)風(fēng)沙塵大、易使空濾器堵塞而影響發(fā)動機(jī)動力性能的問題。