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[摘 要]我国地势复杂多变，整体呈西高东低的走势，其中高海拔地区占我国国土面积的60%以上，而最具代表性的是青藏高原，平均海拔高度为4000m，面积占国土面积的1/4，随着交通的发展，高海拔地区的工程建设数量也日益增多。由于海拔高度的升高，环境出现气压低、空气稀薄、寒冷、温差大、干燥气候等特点，因此，环境的恶劣对施工机械的机械效率是存在很大的影响。基于此，文章对高海拔环境对施工设备机械效率的影响进行了详细分析，希望为相关人士提供参考。
[关键词]高海拔环境；施工设备；机械效率
中图分类号：U455.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0117-01
1 高海拔环境对工程机械性能的影响
1.1 对动力系统的影响
a由于大气压力低，空气密度及含氧量减少，故汽缸内充气量减少，过量空气系数下降，可燃混合气过浓，燃烧状况恶化，发动机冒黑烟现象严重，转速、扭矩下降，其动力性和经济性变差，热负荷增加。海拔每升高1000m，柴油机功率下降8%～12%左右。b冷却风扇冷气重量流量减少，冷却水沸点降低，导致散热能力下降、热负荷增加。c低温缺氧导致汽缸充气量减少，压缩终点压力与温度降低，发动机点火延迟期增长，同时机油粘度增大，使启动阻力矩增大；蓄电池長期在低温环境下工作，启动性能下降，这些均导致内燃机低温启动困难。d工作环境风沙大，进气阻力上升快，储尘能力降低，空气滤清器滤清效率下降、使用寿命缩短，并会导致发动机重要部件严重磨损。e由于混合气过浓，燃烧室积炭严重，喷油嘴易堵塞，柴油机早期磨损严重，其可靠性和使用寿命大大降低。f增压柴油机增压器与内燃机匹配运行线发生变化，压气机效率降低，增压器超速、低速喘振现象增加，扭矩特性变差。g风冷发动机由于进气量和冷却风量均受空气密度下降影响，功率下降、热负荷增高的情况尤为严重。
1.2 对整机性能的影响
a发动机外特性随海拔升高而下降，其扭矩和转速下降造成工程机械整机匹配性能下降，整机动力性、速度性、经济性和生产效率严重下降。机械传动式工程机械因受发动机功率下降的单一影响，机械性能和发动机功率下降成正比关系。液力传动式机械由于其液压系统受高海拔环境影响较小，故整机匹配失准现象更为严重。b液力传动型工程机械在高海拔环境条件的匹配状况恶化，其传动系统传力不足以及低效传动下工作使相当一部分功率转变为热能，加之高海拔环境散热能力差，工作油温迅速升高，其传动性能进一步恶化。
2 工程机械高海拔环境适应性技术及应用
2.1 功率恢复型增压技术
对非增压柴油机增设增压器以提高充气密度和充气量，提高空气过量系数，使缸内燃油充分燃烧，达到恢复功率的目的。良好的高海拔环境功率恢复型增压匹配可使柴油机动力性、经济性、可靠性指标完全恢复到基本型柴油机低海拔水平，且在某一海拔高度内保持基本衡定。该技术得到国内外众多工程机械生产厂的认同和应用，现推出的高海拔环境型发动机大多是此类柴油机。
2.2 中冷技术
空气被压缩后温度随压力同时升高，增压比大于2时充气温度达到120℃，柴油机热负荷大大增加。许多高海拔环境柴油机采用进气中冷的方法，在进压器和进气歧管之间增设中冷器，利用冷却水使充气温度降低、密度增大，可大幅度提高柴油机的功率，改善经济性和热负荷。因此中冷技术是提高柴油机功率，降低燃油消耗，改善热负荷的有效措施。
2.3 热平衡技术
改善高海拔环境工程机械的热平衡状况主要采用：a增大散热器面积，采用闭密加压散热器提高冷却水的沸点；b改进风扇叶面几何参数，加大风扇转速；c改进散热介质和材料。
2.4 高海拔环境低温启动
针对影响高海拔环境启动的气压、气温、蓄电池性能、启动负荷4个因素，主要采取以下措施：a电预热（进气、润滑油、冷却液预热等）；b乙醚启动，在发动机进气道设置乙醚喷射装置；c采用高性能免维护蓄电池，增大蓄电池容量；d采用高性能马达，增大马达启动扭矩；e对液压或液力传动机械增设启动离合器，启动时使发动机与其它部分脱开，以减少启动机负担。
3 高海拔环境下机械设备的选型
3.1 考虑设备的高海拔环境适用性
要了解所选设备的适用工作条件（如海拔高度、环境温度）、功率状况、整机匹配性能和工作能力以及其经济性、耐用性和稳定性，金属材料是否采用耐低温材料等。应认真分析比较各厂家的高海拔环境型设备，优先选用经过高海拔环境环境实地检验、性能状况优秀、获得国家有关部门认可和推荐的产品，此外要操作轻便、保养简单易行适于高海拔环境环境的要求。
3.2 注重设备的可靠性
高海拔地区的工程面临着环境恶劣、通讯不便等困难，人只能进行轻微的体力劳动，较多的现场维修、配件供应几乎不可能，因此所选设备必须有高可靠性和极低的故障率。
3.3 结合工程实际选型
要结合各单位自身施工情况、使用环境、设备运用的具体情况选型，切忌东施效颦、盲目跟进。例如，作为临时应急照明使用的发电机设备，因其利用功率小，可以调整供油提前角，降功率使用，不必采用增压技术。
3.4 注意研究现场使用效果
可先小批量上场试验，针对国内外施工单位高海拔环境型设备出现的问题采取相应调整措施，积累高海拔环境设备选型、使用和管理的经验，避免造成全局设备选型上的失误。
3.5 重视密封件及橡胶管件的质量
由于高海拔环境环境温度低、紫外线辐射强，密封件易低温老化，橡胶管件易龟裂老化，在低气压下易疲劳、爆裂，因此高海拔环境工程机械必须采用耐低温、耐辐射的高品质橡胶件（尤其是转向、制动部分）以减少油路、电路等方面的故障。
结语
综上所述，自然环境对于工程机械设备的运行效率有较大的影响，尤其是在高海拔地区。在工程项目的建设过程中，如果不注重环境对于机械的影响，那将会使机械设备的效率大打折扣。所以相关的施工企业应正确认识和分析施工所在地区的环境因素，并采用具有针对性的防护措施，使机械设备发挥出最大功效，进而提升施工效率，保证工程的顺利进行。
参考文献
[1] 余林啸.重型柴油机在不同海拔高度的燃烧与排放特性研究[D].北京：北京理工大学，2014.
[2] 朱振夏.增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究[D].北京：北京理工大学，2015.
[关键词]高海拔环境；施工设备；机械效率
中图分类号：U455.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0117-01
1 高海拔环境对工程机械性能的影响
1.1 对动力系统的影响
a由于大气压力低，空气密度及含氧量减少，故汽缸内充气量减少，过量空气系数下降，可燃混合气过浓，燃烧状况恶化，发动机冒黑烟现象严重，转速、扭矩下降，其动力性和经济性变差，热负荷增加。海拔每升高1000m，柴油机功率下降8%～12%左右。b冷却风扇冷气重量流量减少，冷却水沸点降低，导致散热能力下降、热负荷增加。c低温缺氧导致汽缸充气量减少，压缩终点压力与温度降低，发动机点火延迟期增长，同时机油粘度增大，使启动阻力矩增大；蓄电池長期在低温环境下工作，启动性能下降，这些均导致内燃机低温启动困难。d工作环境风沙大，进气阻力上升快，储尘能力降低，空气滤清器滤清效率下降、使用寿命缩短，并会导致发动机重要部件严重磨损。e由于混合气过浓，燃烧室积炭严重，喷油嘴易堵塞，柴油机早期磨损严重，其可靠性和使用寿命大大降低。f增压柴油机增压器与内燃机匹配运行线发生变化，压气机效率降低，增压器超速、低速喘振现象增加，扭矩特性变差。g风冷发动机由于进气量和冷却风量均受空气密度下降影响，功率下降、热负荷增高的情况尤为严重。
1.2 对整机性能的影响
a发动机外特性随海拔升高而下降，其扭矩和转速下降造成工程机械整机匹配性能下降，整机动力性、速度性、经济性和生产效率严重下降。机械传动式工程机械因受发动机功率下降的单一影响，机械性能和发动机功率下降成正比关系。液力传动式机械由于其液压系统受高海拔环境影响较小，故整机匹配失准现象更为严重。b液力传动型工程机械在高海拔环境条件的匹配状况恶化，其传动系统传力不足以及低效传动下工作使相当一部分功率转变为热能，加之高海拔环境散热能力差，工作油温迅速升高，其传动性能进一步恶化。
2 工程机械高海拔环境适应性技术及应用
2.1 功率恢复型增压技术
对非增压柴油机增设增压器以提高充气密度和充气量，提高空气过量系数，使缸内燃油充分燃烧，达到恢复功率的目的。良好的高海拔环境功率恢复型增压匹配可使柴油机动力性、经济性、可靠性指标完全恢复到基本型柴油机低海拔水平，且在某一海拔高度内保持基本衡定。该技术得到国内外众多工程机械生产厂的认同和应用，现推出的高海拔环境型发动机大多是此类柴油机。
2.2 中冷技术
空气被压缩后温度随压力同时升高，增压比大于2时充气温度达到120℃，柴油机热负荷大大增加。许多高海拔环境柴油机采用进气中冷的方法，在进压器和进气歧管之间增设中冷器，利用冷却水使充气温度降低、密度增大，可大幅度提高柴油机的功率，改善经济性和热负荷。因此中冷技术是提高柴油机功率，降低燃油消耗，改善热负荷的有效措施。
2.3 热平衡技术
改善高海拔环境工程机械的热平衡状况主要采用：a增大散热器面积，采用闭密加压散热器提高冷却水的沸点；b改进风扇叶面几何参数，加大风扇转速；c改进散热介质和材料。
2.4 高海拔环境低温启动
针对影响高海拔环境启动的气压、气温、蓄电池性能、启动负荷4个因素，主要采取以下措施：a电预热（进气、润滑油、冷却液预热等）；b乙醚启动，在发动机进气道设置乙醚喷射装置；c采用高性能免维护蓄电池，增大蓄电池容量；d采用高性能马达，增大马达启动扭矩；e对液压或液力传动机械增设启动离合器，启动时使发动机与其它部分脱开，以减少启动机负担。
3 高海拔环境下机械设备的选型
3.1 考虑设备的高海拔环境适用性
要了解所选设备的适用工作条件（如海拔高度、环境温度）、功率状况、整机匹配性能和工作能力以及其经济性、耐用性和稳定性，金属材料是否采用耐低温材料等。应认真分析比较各厂家的高海拔环境型设备，优先选用经过高海拔环境环境实地检验、性能状况优秀、获得国家有关部门认可和推荐的产品，此外要操作轻便、保养简单易行适于高海拔环境环境的要求。
3.2 注重设备的可靠性
高海拔地区的工程面临着环境恶劣、通讯不便等困难，人只能进行轻微的体力劳动，较多的现场维修、配件供应几乎不可能，因此所选设备必须有高可靠性和极低的故障率。
3.3 结合工程实际选型
要结合各单位自身施工情况、使用环境、设备运用的具体情况选型，切忌东施效颦、盲目跟进。例如，作为临时应急照明使用的发电机设备，因其利用功率小，可以调整供油提前角，降功率使用，不必采用增压技术。
3.4 注意研究现场使用效果
可先小批量上场试验，针对国内外施工单位高海拔环境型设备出现的问题采取相应调整措施，积累高海拔环境设备选型、使用和管理的经验，避免造成全局设备选型上的失误。
3.5 重视密封件及橡胶管件的质量
由于高海拔环境环境温度低、紫外线辐射强，密封件易低温老化，橡胶管件易龟裂老化，在低气压下易疲劳、爆裂，因此高海拔环境工程机械必须采用耐低温、耐辐射的高品质橡胶件（尤其是转向、制动部分）以减少油路、电路等方面的故障。
结语
综上所述，自然环境对于工程机械设备的运行效率有较大的影响，尤其是在高海拔地区。在工程项目的建设过程中，如果不注重环境对于机械的影响，那将会使机械设备的效率大打折扣。所以相关的施工企业应正确认识和分析施工所在地区的环境因素，并采用具有针对性的防护措施，使机械设备发挥出最大功效，进而提升施工效率，保证工程的顺利进行。
参考文献
[1] 余林啸.重型柴油机在不同海拔高度的燃烧与排放特性研究[D].北京：北京理工大学，2014.
[2] 朱振夏.增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究[D].北京：北京理工大学，2015.