2.4 工程機電設備高原環境適應性關鍵技術

工程機械高原適應性研究的最終目標是通過一切有效的技術手段使設備在高原大氣條件下恢復標準大氣條件下的設計性能指標，從而全面保障機械的環境適應性、可靠性、耐久性和工作效率。

2.4.1 功率恢復型的增壓技術

普通型的增壓柴油機是以強化現有柴油機功率，降低比功率，縮小外型尺寸、降低燃油消耗率、降低生產及使用成本、用衍生變型品種的辦法來增加對主機的功率配套的覆蓋面為目的的。它通過調整供油系統（增加循環供油量，調整噴油提前角等措施），限制機械負荷和熱負荷來實現，在高原地區使用功率和經濟性指標仍然會下降并產生增壓器轉速升高、匹配喘振線右移、阻塞區左移、流量范圍變窄、壓氣機工作范圍縮小等問題。大量的試驗證明：熱負荷的急劇增加和增壓器的嚴重超速是影響增壓柴油機可靠性的最重要的因素。

高原功率恢復型增壓技術，主要是對自然吸氣型和增壓型柴油機在高原大氣狀態進一步變化功率下降的情況下采取增壓措施，在某一設定的海拔內，使柴油機功率及經濟指標、熱負荷指標恢復到原機低海拔標定水平。它通過提高增壓壓比，滿足高原海拔條件下氣缸充氣密度，以提高過量空氣系數，達到缸內燃油充分燃燒，恢復平均有效壓力及恢復功率的目的。除在匹配時給予共同工作點以最高效率與額定轉速的足夠余量外，對增壓器性能及結構也有相應的要求。降低柴油機熱負荷為主要的輔佐手段。

良好的高原功率恢復型增壓匹配，可以使柴油機動力性、經濟性、可靠性指標完全恢復到原基本型柴油機低海拔水平，且在某一海拔高度內保持性能的基本衡定。

2.4.2 中冷器及其應用

空氣被壓縮以后，溫度與壓力將同時提高，增壓壓比大于2時，充氣溫度將達到140℃以上，使柴油機熱負荷大為上升。增壓柴油機采取中冷后，充氣溫度降低、密度增加，柴油機的功率提高并改善經濟性和熱負荷，最高燃燒溫度、循環平均溫度、排氣溫度、缸蓋溫度都會顯著下降。試驗表明，進氣溫度每降低10℃可提高功率2%～3%。因此，中冷技術是提高柴油機功率、降低燃油消耗、改善熱負荷的有效而且經濟的措施之一。

2.4.3 熱平衡技術

解決液力系統高原冷卻問題，要與柴油機恢復功率一起綜合考慮。即要控制柴油機因增壓產生的熱負荷升高，又要控制傳動散熱系統因高原散熱能力下降引起的溫升，在進行系統熱平衡計算時，一般重點考慮以下要素：即冷卻風量、空氣重度（海拔）、環境溫度、散熱器的散熱能力、風扇轉速、風扇幾何參數、換熱介質平均溫差、與材料有關的傳熱系數等。液壓傳動系統的熱平衡及冷卻性能應根據機種不同給予分別考慮。

2.4.4 高原低溫起動

由于高原對低溫起動三個方面的影響（實際上是四種因素的影響，即氣壓、氣溫、蓄電池的能力、起動負荷）及高原增壓柴油機增壓器對發動機起動進氣的阻滯作用，高原增壓型工程機械低溫起動條件比較嚴酷。目前，低溫措施有許多種，但是真正在高原地區使用效果非常好且可靠性比較高的措施很少。

2.4.5 高原工程機電設備材料及其選用

（1）金屬材料。高寒地區使用的工程機械，在設計中合理地選擇耐低溫材料、采取正確的結構形式及焊接、熱處理工藝等，對于消除結構件內應力、使金相組織均勻、提高金屬材料的沖韌性和降低材料的冷脆性極為重要。

1）材料的選擇。對于工程機械的工作臂、斗桿、鏟斗、斗齒和車架等結構件所用金屬材料，除應滿足強度要求外，還需考慮低溫下沖擊韌性和脆性破面率兩項指標。

2）要注意提高焊接、熱處理等工藝技術，從而提高高原工程機械材料的耐低溫性能。

（2）低溫橡膠及密封件。密封件及橡膠管件使用的耐久性、抗破損性遠遠低于低海拔使用水平，尤其是冬夏季均處于露天停放的工程機械，此類問題尤為突出。主要有下列三個方面的問題：

1）密封件的低溫老化；

2）橡膠管件的高原紫外線照射的龜裂老化；

3）高原低氣壓條件下的疲勞、暴裂。

（3）動力油和潤滑油。正確的選用各種油料：油料（柴油、機油、液壓油、齒輪油、變矩器油、潤滑油）的選擇對高原施工設備是至關重要的，選擇不好會直接導致機械設備的加速磨損或不能正常啟動。

1）動力油要求閃點高，凝點低，黏溫性能變化小，抗氧、抗腐、防銹和抗泡。

2）潤滑油要求黏溫性能穩定，以保證低溫條件下良好的潤滑性能和高溫條件下較高的油膜強度。

3）對于高原增壓型工程機械，由于柴油機熱負荷高，機械負荷大，工作條件苛刻，因此要求所用潤滑油除具有上述特點外，還應具有良好的低溫分散性能。

2.4.6 駕駛室與人機工程

高原地區缺養環境使駕駛員所能承受的最大勞動強度僅為平原地區的40%～60%，工作的持續性和耐久性更差，因此，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。主要有下列要求：①良好的密封性；②保溫采暖性能；③除霜性能；④防紫外線輻射；⑤新鮮空氣交換性能；⑥微增氧功能；⑦駕駛舒適性等。

以上要求全部滿足，構成高原工程機電設備突出的關鍵技術。