2.4 工程机电设备高原环境适应性关键技术

工程机械高原适应性研究的最终目标是通过一切有效的技术手段使设备在高原大气条件下恢复标准大气条件下的设计性能指标，从而全面保障机械的环境适应性、可靠性、耐久性和工作效率。

2.4.1 功率恢复型的增压技术

普通型的增压柴油机是以强化现有柴油机功率，降低比功率，缩小外型尺寸、降低燃油消耗率、降低生产及使用成本、用衍生变型品种的办法来增加对主机的功率配套的覆盖面为目的的。它通过调整供油系统（增加循环供油量，调整喷油提前角等措施），限制机械负荷和热负荷来实现，在高原地区使用功率和经济性指标仍然会下降并产生增压器转速升高、匹配喘振线右移、阻塞区左移、流量范围变窄、压气机工作范围缩小等问题。大量的试验证明：热负荷的急剧增加和增压器的严重超速是影响增压柴油机可靠性的最重要的因素。

高原功率恢复型增压技术，主要是对自然吸气型和增压型柴油机在高原大气状态进一步变化功率下降的情况下采取增压措施，在某一设定的海拔内，使柴油机功率及经济指标、热负荷指标恢复到原机低海拔标定水平。它通过提高增压压比，满足高原海拔条件下气缸充气密度，以提高过量空气系数，达到缸内燃油充分燃烧，恢复平均有效压力及恢复功率的目的。除在匹配时给予共同工作点以最高效率与额定转速的足够余量外，对增压器性能及结构也有相应的要求。降低柴油机热负荷为主要的辅佐手段。

良好的高原功率恢复型增压匹配，可以使柴油机动力性、经济性、可靠性指标完全恢复到原基本型柴油机低海拔水平，且在某一海拔高度内保持性能的基本衡定。

2.4.2 中冷器及其应用

空气被压缩以后，温度与压力将同时提高，增压压比大于2时，充气温度将达到140℃以上，使柴油机热负荷大为上升。增压柴油机采取中冷后，充气温度降低、密度增加，柴油机的功率提高并改善经济性和热负荷，最高燃烧温度、循环平均温度、排气温度、缸盖温度都会显著下降。试验表明，进气温度每降低10℃可提高功率2%～3%。因此，中冷技术是提高柴油机功率、降低燃油消耗、改善热负荷的有效而且经济的措施之一。

2.4.3 热平衡技术

解决液力系统高原冷却问题，要与柴油机恢复功率一起综合考虑。即要控制柴油机因增压产生的热负荷升高，又要控制传动散热系统因高原散热能力下降引起的温升，在进行系统热平衡计算时，一般重点考虑以下要素：即冷却风量、空气重度（海拔）、环境温度、散热器的散热能力、风扇转速、风扇几何参数、换热介质平均温差、与材料有关的传热系数等。液压传动系统的热平衡及冷却性能应根据机种不同给予分别考虑。

2.4.4 高原低温起动

由于高原对低温起动三个方面的影响（实际上是四种因素的影响，即气压、气温、蓄电池的能力、起动负荷）及高原增压柴油机增压器对发动机起动进气的阻滞作用，高原增压型工程机械低温起动条件比较严酷。目前，低温措施有许多种，但是真正在高原地区使用效果非常好且可靠性比较高的措施很少。

2.4.5 高原工程机电设备材料及其选用

（1）金属材料。高寒地区使用的工程机械，在设计中合理地选择耐低温材料、采取正确的结构形式及焊接、热处理工艺等，对于消除结构件内应力、使金相组织均匀、提高金属材料的冲韧性和降低材料的冷脆性极为重要。

1）材料的选择。对于工程机械的工作臂、斗杆、铲斗、斗齿和车架等结构件所用金属材料，除应满足强度要求外，还需考虑低温下冲击韧性和脆性破面率两项指标。

2）要注意提高焊接、热处理等工艺技术，从而提高高原工程机械材料的耐低温性能。

（2）低温橡胶及密封件。密封件及橡胶管件使用的耐久性、抗破损性远远低于低海拔使用水平，尤其是冬夏季均处于露天停放的工程机械，此类问题尤为突出。主要有下列三个方面的问题：

1）密封件的低温老化；

2）橡胶管件的高原紫外线照射的龟裂老化；

3）高原低气压条件下的疲劳、暴裂。

（3）动力油和润滑油。正确的选用各种油料：油料（柴油、机油、液压油、齿轮油、变矩器油、润滑油）的选择对高原施工设备是至关重要的，选择不好会直接导致机械设备的加速磨损或不能正常启动。

1）动力油要求闪点高，凝点低，黏温性能变化小，抗氧、抗腐、防锈和抗泡。

2）润滑油要求黏温性能稳定，以保证低温条件下良好的润滑性能和高温条件下较高的油膜强度。

3）对于高原增压型工程机械，由于柴油机热负荷高，机械负荷大，工作条件苛刻，因此要求所用润滑油除具有上述特点外，还应具有良好的低温分散性能。

2.4.6 驾驶室与人机工程

高原地区缺养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%，工作的持续性和耐久性更差，因此，工作条件和健康安全措施显得更加重要，这主要体现在驾驶室的设计上。主要有下列要求：①良好的密封性；②保温采暖性能；③除霜性能；④防紫外线辐射；⑤新鲜空气交换性能；⑥微增氧功能；⑦驾驶舒适性等。

以上要求全部满足，构成高原工程机电设备突出的关键技术。