鄭中建，丁 永，劉倩倩，張建波

ZHENG Zhong-jian,DING Yong,LIU Qian-qian,ZHANG Jian-bo

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

在我國北方地區(qū)和西部高原地區(qū)，冬季由于環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致推土機(jī)啟動(dòng)困難，傳動(dòng)、液壓、電氣系統(tǒng)故障率高，推土機(jī)無法正常工作。推土機(jī)的低溫適應(yīng)能力直接影響推土機(jī)在上述地區(qū)的工作可靠性和工作效率。

1 低溫環(huán)境對推土機(jī)性能的影響

推土機(jī)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、駕乘系統(tǒng)、工作裝置等部分組成。低溫環(huán)境主要影響動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的正常啟動(dòng)，傳動(dòng)和液壓系統(tǒng)密封性能以及電氣系統(tǒng)蓄電池性能。

1.1 低溫對動(dòng)力系統(tǒng)的影響

推土機(jī)常采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好，功率大的優(yōu)點(diǎn)。但柴油發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)水平較差，一般保持在-20℃左右。而我國北方地區(qū)和西部高原地區(qū)冬季最低氣溫都在-30℃以下，個(gè)別地區(qū)甚至達(dá)到-40℃。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)性能差，直接影響推土機(jī)在低溫環(huán)境下的使用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）隨著環(huán)境溫度降低，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油粘度增加，甚至?xí)霈F(xiàn)機(jī)油凝結(jié)。機(jī)油粘度增加會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩，使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力和溫度達(dá)不到啟動(dòng)必須的壓力和溫度要求。

2）隨著外界溫度降低，柴油粘度和密度增加，柴油容易析蠟，甚至凝固，影響供油狀態(tài)的穩(wěn)定。柴油流動(dòng)性變差，霧化不良，直接影響可燃混合氣體的形成，使啟動(dòng)初期著火不穩(wěn)定，出現(xiàn)不規(guī)律的斷續(xù)著火現(xiàn)象。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)時(shí)，工質(zhì)接觸件的溫度低，向外散熱量大。另外在冷車狀態(tài)，活塞與氣缸的間隙較大，漏氣比較嚴(yán)重，導(dǎo)致壓縮終了時(shí)壓力和溫度比正常工作時(shí)低，達(dá)不到燃燒要求。

4）推土機(jī)冷卻液的主要成分為水，如環(huán)境溫度低于冷卻液的最低使用溫度使，冷卻液凝固體積膨脹，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體缸蓋、散熱器發(fā)生破裂，導(dǎo)致車輛損壞。

1.2 低溫對傳動(dòng)和液壓系統(tǒng)的影響

1）液壓油在傳動(dòng)和液壓系統(tǒng)中起能量傳遞、抗磨、潤滑、冷卻等作用，低溫環(huán)境會(huì)使液壓油粘度變高，導(dǎo)致液壓油泵自吸能力下降，系統(tǒng)壓力損失和功率損失增加。一般認(rèn)為，粘度＞1000mm2/s 時(shí)，液壓系統(tǒng)不能正常工作，粘度＞2000mm2/s 時(shí)，液壓系統(tǒng)不能正常啟動(dòng)。而推土機(jī)正常工作時(shí)傳動(dòng)和液壓系統(tǒng)溫度較高，液壓油粘度低會(huì)加速液壓泵的磨損。因此，液壓油要有良好的低溫性能和粘溫性。

2）推土機(jī)傳動(dòng)和液壓系統(tǒng)密封件材料一般為丁腈橡膠，丁腈橡膠許用溫度為-40～120℃。推土機(jī)在正常作業(yè)時(shí)，傳動(dòng)和液壓系統(tǒng)溫度較高，特別是傳動(dòng)系統(tǒng)溫度可達(dá)110℃以上，接近定睛橡膠的最大需用溫度。低溫環(huán)境雖然不影響丁腈橡膠的使用性能，但高低溫交變循環(huán)、高溫老化會(huì)造成丁腈膠橡膠材質(zhì)低溫性能下降，影響其密封性。

1.3 低溫對電氣系統(tǒng)的影響

推土機(jī)一般采用鉛酸蓄電池作為啟動(dòng)電源。鉛酸蓄電池最佳工作溫度為10～400℃。隨著外界溫度降低，鉛酸蓄電池低溫條件下容量下降明顯，蓄電池的輸出能力降低。而推土機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)要求蓄電池大電流放電，低溫環(huán)境下蓄電池端電壓和容量下降明顯，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速低，造成點(diǎn)火困難。

2 提升推土機(jī)低溫性能措施

2.1 采用低溫性能好的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑機(jī)油

低溫性能好的潤滑機(jī)油一般為多級潤滑機(jī)油。這類機(jī)油，低溫時(shí)粘度小，低溫狀態(tài)潤滑好，啟動(dòng)阻力小，利于啟動(dòng)，一般可選擇粘度等級SAE0W-50 或SAE5W-50 的潤滑機(jī)油。

2.2 采用凝點(diǎn)低、流動(dòng)性好的柴油

柴油標(biāo)號是根據(jù)溫度來劃分的，一般采用凝點(diǎn)表示，如在0℃凝固的柴油為0 號柴油。但是在凝點(diǎn)以上的柴油不一定都可以使用，還應(yīng)考慮柴油的冷濾點(diǎn)。當(dāng)柴油溫度低于冷濾點(diǎn)時(shí)，柴油雖然是液體但會(huì)凝結(jié)出很多小晶粒，晶粒無法通過柴油濾清器，造成供油系統(tǒng)堵塞。一般柴油的冷濾點(diǎn)比凝點(diǎn)溫度高4～6℃。因此需根據(jù)推土機(jī)實(shí)際使用環(huán)境溫度選擇合適的柴油。如-50 號柴油適用于最低氣溫在-44℃以上的地區(qū)使用，-35號柴油適用于最低氣溫在-29℃以上的地區(qū)使用，-20 號柴油適用于最低氣溫在-14℃以上的地區(qū)使用。

2.3 增加發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)

將燃油加熱器連接在空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)，通過燃油加熱器水泵將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)內(nèi)冷卻液抽出，經(jīng)過燃油加熱器加熱后在循環(huán)進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)內(nèi)。使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體得以加熱，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑機(jī)油加熱，降低機(jī)油粘度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)低溫環(huán)境下潤滑狀況，提升發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫寒冷條件下的啟動(dòng)性能。

通過選擇合適功率的燃油加熱器，可實(shí)現(xiàn)加熱30min 左右，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體溫度升高到40～50℃。圖1 為預(yù)熱系統(tǒng)工作原理圖。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，冷卻液流動(dòng)方向?yàn)椋喊l(fā)動(dòng)機(jī)-燃油加熱器-空調(diào)蒸發(fā)箱-發(fā)動(dòng)機(jī)；在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，需關(guān)閉燃油加熱器，此時(shí)冷卻液流動(dòng)方向?yàn)椋喊l(fā)動(dòng)機(jī)-單向閥-空調(diào)蒸發(fā)箱-發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1 預(yù)熱系統(tǒng)工作原理

2.4 提高發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，壓縮過程中工質(zhì)接觸件散熱的時(shí)間越短，熱量的損失也越少，氣缸的漏氣損失也減少。啟動(dòng)轉(zhuǎn)速升高，相應(yīng)壓縮終了時(shí)壓力和溫度相應(yīng)增高。

2.5 選用冬季專用冷卻液

推土機(jī)在寒冷冬季使用時(shí)應(yīng)選用冬季專用冷卻液，保證冷卻液的凝固溫度低于最低環(huán)境溫度5℃，防止冷卻液凝固損壞動(dòng)力系統(tǒng)。

2.6 采用低溫液壓油

推土機(jī)用低溫液壓油要具有良好的低溫性能和粘溫性。在低溫時(shí)粘度不太大，具有良好的低溫啟動(dòng)性，在高溫時(shí)，粘度不喝變的很小，不會(huì)因?yàn)橐簤河瓦^熱導(dǎo)致液壓泵磨損。如L-HV 低溫液壓油，使用溫度-30℃以上，L-HS 低溫液壓油，使用溫度-30℃以下，兩種液壓油均有良好的低溫性能和優(yōu)良的粘溫性。

2.7 采用耐低溫密封件

可選用硅橡膠密封件，硅橡膠具有優(yōu)異的低溫性能，使用溫度可達(dá)-50℃以下，同時(shí)又有良好的高溫穩(wěn)定性，可用于200℃以上的高溫環(huán)境。

2.8 采用耐低溫專用蓄電池

耐低溫鉛酸蓄電池一般采用螺旋狀極板，極板反應(yīng)面積比普通蓄電池增大近一倍。采用膠體狀電解液粘附在纖維材料網(wǎng)型隔板上，在-40℃環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。低溫啟動(dòng)電流更高，啟動(dòng)性能更好。另外推土機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)有外接電源接口，必要時(shí)可跨接外部電源起到。當(dāng)天氣特別寒冷時(shí)，建議將蓄電池拆下，放到屋內(nèi)等保暖環(huán)境下，下次使用時(shí)在裝上。

3 推土機(jī)低溫試驗(yàn)

為了驗(yàn)證推土機(jī)低溫性能，對公司某型號推土機(jī)按以上提升推土機(jī)低溫性能措施進(jìn)行優(yōu)化。為驗(yàn)證該推土機(jī)低溫性能，對其進(jìn)行了低溫環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)采用GJB 150.4A-2009 中試驗(yàn)方法進(jìn)行。試驗(yàn)在低溫環(huán)境艙進(jìn)行，試驗(yàn)過程中將環(huán)境溫度降至-41℃，保溫12h 后進(jìn)行試驗(yàn)。推土機(jī)啟動(dòng)前檢查，機(jī)油、液壓油粘度較好，柴油無析蠟現(xiàn)象，冷卻液狀態(tài)良好。開啟燃油加熱器，工作25min，系統(tǒng)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)溫度46℃，電氣系統(tǒng)電壓正常。推土機(jī)一次啟動(dòng)成功，推土機(jī)工作裝置動(dòng)作正常，儀表、工作燈工作正常，各系統(tǒng)工作正常，外觀質(zhì)量良好，未見滲漏。環(huán)境復(fù)溫后，推土機(jī)再次啟動(dòng)，工作裝置動(dòng)作正常，儀表、工作燈工作正常，各系統(tǒng)工作正常，外觀質(zhì)量良好，未見滲漏。

試驗(yàn)結(jié)果證明了提升推土機(jī)低溫性能措施的有效性，推土機(jī)可以在低溫環(huán)境下的正常使用。