推土機低溫適應性研究及應用

鄭中建，丁 永，劉倩倩，張建波

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

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

在我國北方地區和西部高原地區，冬季由于環境溫度較低，導致推土機啟動困難，傳動、液壓、電氣系統故障率高，推土機無法正常工作。推土機的低溫適應能力直接影響推土機在上述地區的工作可靠性和工作效率。

1 低溫環境對推土機性能的影響

推土機主要由動力系統、傳動系統、行走系統、液壓系統、電氣系統、駕乘系統、工作裝置等部分組成。低溫環境主要影響動力系統，傳動系統，液壓系統的正常啟動，傳動和液壓系統密封性能以及電氣系統蓄電池性能。

1.1 低溫對動力系統的影響

推土機常采用柴油發動機作為動力源。柴油發動機具有可靠性高，經濟性好，功率大的優點。但柴油發動機低溫啟動水平較差，一般保持在-20℃左右。而我國北方地區和西部高原地區冬季最低氣溫都在-30℃以下，個別地區甚至達到-40℃。柴油發動機低溫啟動性能差，直接影響推土機在低溫環境下的使用，主要表現在以下幾個方面。

1）隨著環境溫度降低，發動機機油粘度增加，甚至會出現機油凝結。機油粘度增加會增加發動機曲軸旋轉阻力矩，使發動機啟動轉速降低，導致氣缸內壓縮空氣壓力和溫度達不到啟動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，影響供油狀態的穩定。柴油流動性變差，霧化不良，直接影響可燃混合氣體的形成，使啟動初期著火不穩定，出現不規律的斷續著火現象。

3）發動機低溫啟動時，工質接觸件的溫度低，向外散熱量大。另外在冷車狀態，活塞與氣缸的間隙較大，漏氣比較嚴重，導致壓縮終了時壓力和溫度比正常工作時低，達不到燃燒要求。

4）推土機冷卻液的主要成分為水，如環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，會使發動機機體缸蓋、散熱器發生破裂，導致車輛損壞。

1.2 低溫對傳動和液壓系統的影響

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

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

1.3 低溫對電氣系統的影響

推土機一般采用鉛酸蓄電池作為啟動電源。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。而推土機發動機啟動時要求蓄電池大電流放電，低溫環境下蓄電池端電壓和容量下降明顯，導致發動機最低啟動轉速低，造成點火困難。

2 提升推土機低溫性能措施

2.1 采用低溫性能好的發動機潤滑機油

低溫性能好的潤滑機油一般為多級潤滑機油。這類機油，低溫時粘度小，低溫狀態潤滑好，啟動阻力小，利于啟動，一般可選擇粘度等級SAE0W-50 或SAE5W-50 的潤滑機油。

2.2 采用凝點低、流動性好的柴油

柴油標號是根據溫度來劃分的，一般采用凝點表示，如在0℃凝固的柴油為0 號柴油。但是在凝點以上的柴油不一定都可以使用，還應考慮柴油的冷濾點。當柴油溫度低于冷濾點時，柴油雖然是液體但會凝結出很多小晶粒，晶粒無法通過柴油濾清器，造成供油系統堵塞。一般柴油的冷濾點比凝點溫度高4～6℃。因此需根據推土機實際使用環境溫度選擇合適的柴油。如-50 號柴油適用于最低氣溫在-44℃以上的地區使用，-35號柴油適用于最低氣溫在-29℃以上的地區使用，-20 號柴油適用于最低氣溫在-14℃以上的地區使用。

2.3 增加發動機預熱系統

將燃油加熱器連接在空調暖風系統內，通過燃油加熱器水泵將發動機冷卻系統內冷卻液抽出，經過燃油加熱器加熱后在循環進發動機冷卻系統內。使發動機機體得以加熱，同時實現發動機潤滑機油加熱，降低機油粘度，改善發動機低溫環境下潤滑狀況，提升發動機在低溫寒冷條件下的啟動性能。

通過選擇合適功率的燃油加熱器，可實現加熱30min 左右，發動機機體溫度升高到40～50℃。圖1 為預熱系統工作原理圖。在發動機啟動前，冷卻液流動方向為：發動機-燃油加熱器-空調蒸發箱-發動機；在發動機啟動后，需關閉燃油加熱器，此時冷卻液流動方向為：發動機-單向閥-空調蒸發箱-發動機。

圖1 預熱系統工作原理

2.4 提高發動機啟動電機轉速

發動機轉速越高，壓縮過程中工質接觸件散熱的時間越短，熱量的損失也越少，氣缸的漏氣損失也減少。啟動轉速升高，相應壓縮終了時壓力和溫度相應增高。

2.5 選用冬季專用冷卻液

推土機在寒冷冬季使用時應選用冬季專用冷卻液，保證冷卻液的凝固溫度低于最低環境溫度5℃，防止冷卻液凝固損壞動力系統。

2.6 采用低溫液壓油

推土機用低溫液壓油要具有良好的低溫性能和粘溫性。在低溫時粘度不太大，具有良好的低溫啟動性，在高溫時，粘度不喝變的很小，不會因為液壓油過熱導致液壓泵磨損。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，硅橡膠具有優異的低溫性能，使用溫度可達-50℃以下，同時又有良好的高溫穩定性，可用于200℃以上的高溫環境。

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型隔板上，在-40℃環境下不會出現結冰現象。低溫啟動電流更高，啟動性能更好。另外推土機應設計有外接電源接口，必要時可跨接外部電源起到。當天氣特別寒冷時，建議將蓄電池拆下，放到屋內等保暖環境下，下次使用時在裝上。

3 推土機低溫試驗

為了驗證推土機低溫性能，對公司某型號推土機按以上提升推土機低溫性能措施進行優化。為驗證該推土機低溫性能，對其進行了低溫環境模擬實驗。

試驗采用GJB 150.4A-2009 中試驗方法進行。試驗在低溫環境艙進行，試驗過程中將環境溫度降至-41℃，保溫12h 后進行試驗。推土機啟動前檢查，機油、液壓油粘度較好，柴油無析蠟現象，冷卻液狀態良好。開啟燃油加熱器，工作25min，系統顯示發動機溫度46℃，電氣系統電壓正常。推土機一次啟動成功，推土機工作裝置動作正常，儀表、工作燈工作正常，各系統工作正常，外觀質量良好，未見滲漏。環境復溫后，推土機再次啟動，工作裝置動作正常，儀表、工作燈工作正常，各系統工作正常，外觀質量良好，未見滲漏。

試驗結果證明了提升推土機低溫性能措施的有效性，推土機可以在低溫環境下的正常使用。