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中国高原型工程机械的关键技术及研究现状我的钢铁

2021年11月29日 舟山机械设备网

中国高原型工程机械的关键技术及研究现状_我的钢铁

    一、工程机械高原环境适应性关键技术

    一)功率恢复型的增压技术

    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。研究证明:高原功率恢复型增压,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,可恢复平均有效压力及恢复功率的目的。因此,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恒定。

    (二)中冷器及其应用

    增压柴油机采取中冷后,充气温度降低、密度增加,可大幅度地提高柴油机的功率,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。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。

    (三)热平衡技术

    在进行系统热平衡计算时,应把解决液力系统高原冷却问题,与柴油机恢复功率一起综合考虑。既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。一般重点考虑以下要素:即冷却风量、空气密度(海拔高度)、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。

    四)高原低温启动

    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仅有一两种。由于高原对低温启动三个方面的影响(实际上是四种因素的影响,即气压、气温、蓄电池的能力、启动负荷)及高原增压柴油机增压器对发动机启动进气的阻滞作用,高原增压型工程机械低温启动条件比较严酷。

    (五)空气滤清

    在青藏铁路的施工中,拥有高效的空滤性能可以大幅度地改善工程机械的耐久性。研究表明,空滤器的三个特性是相互影响的,因此设计高原环境适用的空滤器特殊系列产品,使之同时具有效率高、阻力小、流量大、寿命长、体积小、重量轻、成本低、保养易等各种优良性能兼备是困难的。设计和研究中只能照顾主要方面,以求得相对的高性能。

    六)高原工程机械材料及其选用

    (1)金属材料

    高原地区使用的工程机械,在设计中应合理地选择耐低温材料,采取正确的结构形式及其焊接、热处理工艺等,以消除结构件内应力,使金相组织均匀,冲击韧性提高,材料的冷脆性降低是极为重要的。如:对于工程机械的工作臂、斗杆及铲斗、斗齿、车架等结构件,所用金属材料,除应满足强度要求外,需考虑低温下冲击韧性和脆性破面率两项指标。

    (2)低温橡胶及密封件的选用

     在高原上,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,尤其是常年均处于露天停放的工程机械,此类问题更为突出。因此,选用这些配件时应主要注意以下三个方面的问题:密封件的低温老化;橡胶管件的高原紫外线照射的龟裂老化;高原低气压条件下的疲劳、易爆裂问题。

    

     (3)传动油料和润滑油料

    

     高原环境下油品的合理使用,是解决机械性能的主要环节。一般要求:①传动油料要闪点高,凝点低,粘温性能变化小,抗氧、抗腐、防锈、抗泡;②润滑机油粘温性能稳定,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,因此要求所用润滑机油除具有上述特点外,还应有良好的低温分散性能。

    

     (七)对驾驶室的特殊要求

    

     人类在高原上所能承受的最大劳动强度,在海拔4000m时不足低海拔时的50%,持续性和耐久性则更差,只能维持一些轻微的体力活动。因此,对驾驶室有以下几个方面要求:即①密封性、②保温采暖性能、③除霜性能、5紫外线辐射防护性能、⑤新鲜空气交换性能、⑥微增氧性能。以上要求,构成高原工程机电设备突出的关键技术。

    

     二、我国工程机械及内燃机械高原环境适应性研究现状

    

     为支持青藏铁路建设,1999年开始,在科技部的大力支持和机械工业环境研究中心“九五”攻关项目的影响下,内燃机械及工程机械行业积极响应高原特殊大气环境适应性试验研究。在上海柴油机厂的率先参与和带动下,由潍坊柴油机厂、杭州汽车发动机厂、重庆康明斯、一汽锡柴、北内、玉林等国内八家名牌柴油机生产厂先后以自己品牌的内燃机共12个机型20个品种进行了4000m高原环境适应性的试验研究、匹配调整和优化,取得了前所未有的成果。高原功率恢复在保持排温、油耗率及各项参数基本不变的情况下,经过对增压方案的优化和调整,多种机型功率在4000m实地总下降值控制到了3%之内,这是以往从未获取的结果(普通增压机型在海拔4000m,功率下降16%,油耗率上升12%,3000m排温均达到700℃)。其原因:一方面是近些年来我国内燃机械基础质量大幅提高,另一方面功率恢复型增压匹配技术有了长足发展,优化方案调整试验获得了最佳。其中G6135、WD615、D6114、NT855―C280、6110系列柴油机经过两年的数轮试验优化,其动力性、经济性、热平衡性、排放性和低温启动性能在4000m的海拔高度各指标均达到原机低海拔水平,达到海拔4000m~5000m地区工程机械的配套要求。截至目前,工程机械行业中研发力度进一步加大,研发品种和规格进一步扩展,又有10个品种16种功率的机型投入4000m优化匹配试验研究,为工程机械对青藏铁路提供优良的施工装备配套创造了必要条件。

    

     2000年以来,由柳工、常林、上海彭浦、黄工、黄挖、成工、鞍山一工等企业积极参与了高海拔特种工程机械的研究和试制,目前已经有多项市场应用量大面广的高原特种机型试制完成。在4200m青藏铁路沿线西大滩试验点进行实地型式试验,已取得的数据表现出强劲的高原适应性,各项性能指标均控制到了基本型同机型低海拔指标的5%之内,此结果是前所未有的,也是国外同等普通型设备所达不到的。多种机型通过了机械工业高原工程机械产品质量监督检测中心检验认证。目前,参与高原特种工程机械研发,已成为企业为西部开发所进行的产品创新的热点。在原有的参与厂家继续扩展高原品种的同时,湘潭江麓、上海金泰、徐工、鼎盛等多家制造业也积极地进行了参与。

    

     我国高原型特种工程机械是在高原技术理论基础上发展的,是高原技术基础理论与品牌产品的实践,这就是我国工程机械的技术创新。在世界上最严酷的大气环境下,达到正常环境同等生产能力本身就是科技转化为生产力的成功,是企业技术进步的成果,也是高原用户的期望。

    

     事实证明,经过共同努力,为青藏铁路二期工程及其他高原地区重点工程提供性能优良、环境适应性很强的高海拔特种成套工程机电设备的目标正在成为现实。我们正在走一条前人没有走过的路,走一条创新的路,我们正在与行业一起开创第一,青藏铁路的世界第一、机械装备的世界第一?

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