兰渝铁路、兰新铁路甘青段初步设计施工机械费中占比较大的见表1中数据,可以看出主要是以柴油发动机及电动机为主的工程机械,下文针对表1中的常用机械分析高原环境对工程机械性能的影响。

表1

一、高原环境对柴油发动机的影响

(1)高原环境对发动机动力性能的影响

随着海拔高度的增加,大气压强降低,空气密度减小,空气中的含氧量也在减少,对于自然吸气型内燃机,海拔高度每上升1000m,其功率、扭矩下降8%〜13%、油耗上升6%〜9%、热强度增加2%〜5%,当海拔高度上升至4000m时其功率降低约45%左右。

  (2)高原环境对发动机启动性能的影响。

  发动机启动性能受温度影响极大。高原地区低压缺氧、气候寒冷,昼夜温差大,致使发动机运转时的汽缸压力和温度随海拔高度升高而降低。海拔高度每上升1000m,发动机汽缸压力降低17%、温度下降23%、最低极限启动温度22℃左右。

  (3)高原环境对发动机配气系统的影响。

  因高原地区风沙严重,空气中的含尘量是平原地区的5〜15倍,严重影响着空气滤清器的滤清效果和使用寿命,同时也增大了配气系统的进气阻力。由于进入气缸内的空气数量减少,且空气中含氧量本来就低,所以直接影响发动机的燃烧性能,不仅使发动机的功率下降,而且因空气滤清器的滤清效果差,大量沙尘颗粒进入汽缸,加剧了汽缸与活塞的早期磨损。

  (4)高原环境对发动机冷却系统的影响。

  由于高原地区空气稀薄,低压缺氧,进入发动机汽缸内空气数量减少,燃烧性能变差,滞后燃烧现象严重,引起发动机热负荷增加。又由于高原地区空气重度严重降低,使冷却风扇质量流量减少,加之冷却水的沸点降低,这些因素均导致发动机散热性能下降,热负荷进一步增加。

  (5)高原环境对发动机润滑系统的影响。

  发动机润滑系统不仅担负着对各摩擦表面的润滑作用,而且还起着冷却、清洁的作用。由于高原地区气候寒冷,且昼夜温差大,年平均气温均在0℃以下,这对润滑油的使用提出了更高的要求。普通润滑剂黏温性能受气候的影响较大,气温过低润滑油黏度增大,其流动性变差,机械各摩擦表面运动阻力增大,不仅影响启动性能,而且还增加了发动机的功率消耗。

二、高原环境对传动系统的影响

  工程机械传动系统不仅有机械传动,而且有液压传动。由于受高原环境的影响,传动系统与动力装置的匹配性能趋于恶化,不能充分利用和发挥发动机的最大功率,传动效率下降,使部分功率因内损而转化为热能,造成整机作业温度超过规定值,影响工料机械的正常工作。

三、高原环境对液压系统的影响

  液压系统离不开橡胶管件和密封件。高原地区日照时间长、紫外线照射强烈,且常年气温偏低,昼夜温差变化大。这些环境因素对液压系统的橡胶管件、橡胶密封件等损伤严重,加速了橡胶管件的龟裂、破损和橡胶密封件的变质、老化,降低了橡胶管件的抗压强度和橡胶密封件的密封性能,影响了工程机械的作业效率。

四、高原环境对制动系统的影响

  工程机械制动系统传动机构分为液压式、气压式、气压液压式等几种形式,其传力介质为压缩空气或制动液。由于受高原地区气候寒冷、昼夜温差大的影响,有时空气中的水分会出现冻结、制动液流动性变差的现象,制动性能明显下降,严重威胁着工程机械的行驶与作业安全。

五、高原环境对电气机械的影响

  (1)低气压时的低空气密度使空气介电强度、空气冷却效应以及弧隙空气介质强度降低,因而引起电气设备空气绝缘耐压降低;由空气冷却的电气设备的零部件温升增高,以及在空气中灭弧比较困难。

  (2)气温日变化大,可能引起产品密封不易保持以及机械结构变形或开裂。低气温对电气设备因气压低绝对湿度使电工产品和电气设备的干弧放电电压降低。

  (3)太阳辐射强度较大引起户外用电气设备的温度增高,在氧气和水存在的条件下,还使有机绝缘材料和涂料等加速老化,缩短使用寿命。

六、高原环境对流体机械的影响

  (1)高原环境对空压机的影响:由于高原空气密度低,空压机每次往复压缩的空气质量减少,但空压机承受的压力不变。大气压力下降,使空气压缩机的压力比增大,引起空压机气量不足,容积系数变小,温度升高,降低空压机的工作效率。

  (2)高原环境对通风机的影响:高原环境的低气压造成风机在相同流量提供下的静压同比降低,导致通风机效率降低。