高海拔高寒地區露天煤礦工程車輛啟動困難問題分析

＊劉 洋

（神華準格爾能源有限責任公司物資供應中心 內蒙古 012000）

高海拔高寒地區氣溫低、海拔高、氣候干燥、風沙大，對露天煤礦工程車輛的整車性能，特別是發動機的工作性能、低溫起動性能都有較大的影響。近幾年，我國露天煤礦工程車輛制造行業整體制造技術有了顯著提升，但從實際的露天煤礦工程車輛使用上來看，尤其在相應的高原和高寒地區的使用來看依舊存在一些方面的問題。基于此，如何有效地強化對于露天煤礦工程車輛在高海拔高寒地區的耐久適用性，提升使用保障，這對于提升在高海拔高寒地區的露天煤礦工程車輛施工能力來說發揮著重要作用。

1.高海拔高寒地區露天煤礦氣候特點

（1）氣溫低，溫差大。高海拔高寒地區往往氣溫溫度較低，在冬季的時候一般都在零下20℃以下，有的地區極限溫度則達到零下50℃左右，總體上呈現全年低溫的狀態。同時，高海拔高寒地區的晝夜溫差大，這對露天煤礦工程車輛發動機的低溫啟動性能造成極大的影響，使得露天煤礦工程車輛的發動機在啟動時達不到自身所需要的啟動溫度，并且由于低溫和低壓的特點，也導致發動機氣缸內對于壓縮空氣的壓力也明顯的低于在正常情況下所進行啟動時的壓力，進而導致露天煤礦工程車輛發動機在高海拔高寒地區難以很好的啟動。

（2）季節性日照時間長。高海拔高寒地區還存在的一大氣候特點就是全年日照時間較長，并且呈現出相應的季節性變化的特點，往往在春季和夏季的時候，高原地區的日照時間一般相對于內地低海拔地區的日照時長來說，在其三倍以上，且春季和夏季同一地區的晝夜氣溫溫差也維持在20℃左右，這會降低露天煤礦工程車輛的器械使用壽命，諸如對輪胎造成極大的磨損和老化，對于露天煤礦工程車輛的整體性能具有著極大的影響。

（3）氣壓低，含氧量少。高海拔高寒地區本身海拔高，一般地區平均海拔都在4000m以上，這樣的地形特征也就直接導致了高海拔高寒地區的氣壓低，相應的含氧量少。空氣中的氧氣含量隨著海拔的逐漸增高呈現不斷下降的趨勢，根據相關數據顯示，在高海拔高寒地區，海拔每升高100m，其地區的大氣壓力值就下降9%左右，空氣密度的下降梯度也維持在10%左右，空氣中含氧氣量也下降10%左右。氣壓低和含氧量的不足也就直接導致露天煤礦工程車輛發動機的啟動性能下降。

（4）降水少，風沙大。高海拔高寒地區由于海拔高，長年氣溫低的原因，導致高海拔高寒地區的地表缺少植被保護，其高海拔高寒地區長年降水量少的原因，使得高海拔高寒地區風沙較大。露天煤礦工程車輛在這樣的環境下工作，使得其空氣濾清器的濾清效率下降明顯，除塵能力降低，車輛的相應使用壽命變短，故而也就使得露天煤礦工程車輛的發動機在早期的磨損相當嚴重，發動機的啟動性能和可靠性也隨之降低。

2.高海拔高寒環境對露天煤礦工程車輛的主要影響

(1)低氣溫影響露天煤礦工程車輛發動機啟動溫度

如上述所提及，對于高海拔高寒地區來說，該地區長年氣溫較低，一般在露天煤礦工程車輛現有的施工區域來說，高海拔高寒地區的冬季平均溫度在零下30℃左右，并且一些施工區域的溫度甚至可以低至零下40℃。在如此低氣溫的環境下，對于露天煤礦工程車輛的整體性能來說造成極大的影響，尤其是對于露天煤礦工程車輛的發動機性能來說，低氣溫對于發動機的啟動性能產生較大影響。一般就拿露天煤礦工程車輛常常配置的柴油發動機來說，此類發動機在高海拔高寒地區的進氣啟動溫度上要比在常溫地區的進氣溫度低30～60℃左右，這也就導致發動機在高海拔高寒地區的啟動過程中相應的空氣溫度達不到發動機所必須的啟動溫度，同時相應的發動機機油的粘稠度也增大，使得露天煤礦工程車輛的發動機在高海拔高寒地區難以正常啟動。

(2)低壓少氧環境造成車輛發動機動力不足

在高海拔高寒地區，一般的平均海拔都在4000m以上，并且隨著海拔的不斷增加，頂部的環境氣壓和含氧量也越來越少。然而露天煤礦工程車輛在進行機械動作時需要依靠于發動機進行充氣，壓縮空氣進而提供給露天煤礦工程車輛相應的工作動力，但由于露天煤礦工程車輛在高海拔高寒低壓少氧的環境中進行工作，使得露天煤礦工程車輛發動機的氣缸內部相應的氧氣充氣量下降，可燃燒的混合氣體的濃度變高，進而導致這些氣體的燃燒滯后并直接延長到發動機的膨脹過程，發動機的傳熱損失在這整個過程中逐漸增多，相應的功率和熱效率也隨之降低，造成露天煤礦工程車輛發動機的動力性能明顯不足，使得露天煤礦工程車輛的整車動力輸入了新的工作點扭矩及發動機轉速下降，它們的共同影響會使匹配性能惡化，造成了露天煤礦工程車輛的動力性、加速性、經濟性及生產效率的嚴重下降。

(3)溫差大的環境導致露天煤礦工程車輛蓄電池輸出性能下降

在高海拔高寒的環境下，相應的晝夜溫差相對較大，一般在20℃左右的晝夜溫差。而一般露天煤礦工程車輛的蓄電池最佳的工作溫度在20～40℃這樣穩定的溫度段區間，但在高海拔高寒地區，由于晝夜溫差大加之氣溫低的緣故，導致露天煤礦工程車輛蓄電池的輸出性能會隨著環境的溫度下降而逐漸降低，并且在地區晝夜溫差的急劇變化的情況下，更加會使得露天煤礦工程車輛的蓄電池出現破裂的問題，進而影響到露天煤礦工程車輛的整體使用性能。

3.發動機在高海拔高寒地區發生問題的原因分析

（1）低溫低壓導致發動機啟動困難。在高海拔高寒地區由于長期的低溫低壓的環境狀態，所以使得露天煤礦工程車輛的發動機在進行啟動過程中無法獲取到正常啟動環境下所需要的適宜溫度條件和壓力條件，使得露天煤礦工程車輛的發動機氣缸內的壓力和氣溫明顯低于所需要的正常壓力和氣溫，故而導致露天煤礦工程車輛發動機啟動的困難性。

（2）無法維持發動機蓄電池的最佳工作溫度。如表1所列舉的目前露天煤礦工程車輛發動機蓄電池在各種不同溫度下的放電效率所示，發動機的蓄電池自身的發電輸出能力是隨著溫度的不斷下降而變低的。而一般像高海拔高寒地區平均溫度在零下30℃左右，也就是在此溫度狀態下根據表1的數據可見，發動機蓄電池的輸出能力在零下30℃時也僅僅只有額定輸出的34%左右，發動機蓄電池的輸出功效下降進而直接導致露天煤礦工程車輛發動機的啟動系統功率表下降，難以達到正常條件下發動機啟動所必須的最低轉速。

表1 發動機蓄電池不同環境溫度下20h的放電效率

（3）低溫下發動機機油粘度增大且氣缸充氧量不足。露天煤礦工程車輛在高海拔高寒的環境下，由于氣溫較低并且空氣中氧氣含量的稀薄，進而導致露天煤礦工程車輛發動機中的潤滑機油的粘度性加大，機油粘度性的加大導致發動機內部各機械動力結構之間的摩擦助力變大，進而導致發動機無法保持正常啟動所需的最低轉速，使得露天煤礦工程車輛的發動機難以啟動。此外，高海拔高寒地區氧氣含量的稀薄，導致露天煤礦工程車輛發動機氣缸內難以充集到一定量的氧氣，內部氧氣充氣量的下降，進而導致發動機的傳熱損失在這整個過程中逐漸增多，相應的功率和熱效率也隨之降低，造成露天煤礦工程車輛發動機的動力性能明顯不足，甚至在嚴重少氧的環境下，使得露天煤礦工程車輛的發動機一直無法啟動。

4.提升高海拔高寒地區露天煤礦工程車輛啟動困難的解決措施

露天煤礦工程車輛在高海拔高寒地區進行使用的過程中，由于處于低溫、低壓和缺氧的環境下，導致露天煤礦工程車輛存在相應的啟動困難的問題。為了能夠更好地進行車輛的啟動，下述便針對性的提出幾種提升高海拔高寒地區露天煤礦工程車輛啟動的解決措施。

(1)采用低溫性能好的發動機蓄電池

普通的露天煤礦工程車輛發動機蓄電池在高海拔高寒地區由于低溫的條件環境下存在放電效率低的問題，進而使得露天煤礦工程車輛難以啟動。針對于此問題來看，可以采用目前市面上的一些具有抗低溫且性能好的發動機蓄電池，此類蓄電池往往不同于普通型蓄電池，其采用了相應的單元螺旋卷繞的技術，使得蓄電池的極板同極板之間的間隙變小，并在內部采用相應的固態酸使得極板的面積大大的高于普通蓄電池極板的鉛蓄面積，能夠在低溫時保證不像普通蓄電池所采用的液態酸一樣出現相應的冰凍現象，進而露天煤礦工程車輛采用此類固態酸的低溫性能好的蓄電池能夠保證其在-40℃的環境下依舊正常工作，并且其相應的冷啟動功率、充電速度等指標與在同等條件下的普通蓄電池相比具有明顯優勢。

故障事例分析：西藏某地區露天煤礦在進行工程開采作業過程中，一輛工程挖掘機械車輛在到達寒冷地帶的工程作業指定地點后停車，等待第二天的機動作業，到機動作業時刻時，駕駛員按照寒區操作方法起動車輛，首先起動電動油泵給柴油機排氣，發現電動油泵轉動，再將起動開關打開，等待預熱指示燈亮后，再將起動開關關上后，發現柴油機轉速很慢，最終無法起動，等待幾分鐘后再撥動起動開關仍然無法起動，再次更換備用蓄電池后仍然無法起動，同樣現象在其它部分車輛上也出現過。通過測量車上所配蓄電池的電壓，電壓出現欠壓，隨機在排除其它因素的情況下采取再用兩塊12V的固態酸低溫蓄電池進行串聯后，與原車上的兩塊蓄電池并聯，再次起動車輛，發現車輛正常起動。經過反復排查，發現問題的癥結在于該工程機械車輛在寒冷地區放置一夜的情況下，蓄電池未采取有效的保溫措施，導致電容量下降，最終無法起動車載。

(2)選用低溫性能好的潤滑機油

在上述分析所提及在高海拔高寒的環境下，由于低溫所導致露天煤礦工程車輛發動機的潤滑機油粘稠，進而增大了露天煤礦工程車輛發動機內部各機械構件的摩擦助力，使得發動機的工作轉速不能夠很好的達到最低啟動轉速的要求使得發動機無法正常啟動。基于此來看，可以在后續實際中選用一些具有低溫性能好的潤滑機油去代替普通的發動機潤滑機油，這類潤滑機油低溫時，粘度小，啟動時，各摩擦副之間潤滑好，啟動阻力小，利于啟動。另外，還可采用加熱潤滑機油，以降低機油粘度，減小啟動阻力方法。

故障事例分析：西藏天礦露天煤礦一輛工程作業車輛機停滯時間長達兩天，駕駛人員多次進行啟動失敗，車輛啟動困難，對于后續過往車輛造成嚴重擁堵。后經交管部門前來協助，并派遣相應的機修人員前往修理后發現，該工程機械車輛由于所使用5w30全合成型號機油，導致在該寒冷地區的作業過程中，由于低溫氣候的影響，導致該工程機械車輛機油粘稠度增大，使得發動機檢測到機油泵沒有達到理想的工作狀態也就是機油不能被及時正確的輸送到固定位置，發動機自動鎖死。在對于該事故進行維修時，通過對于車輛進行一定的升溫處理后，通過對于該工程機械所使用的5w30全合成型號機油更換為低溫性能更好的5w40型號機油，進而使得該露天煤礦工程車輛機械啟動正常。

(3)加熱發動機冷卻介質，提升發動機啟動性能

在具體提升高海拔高寒地區的露天煤礦工程車輛啟動性能上，還可以采用對于露天煤礦工程車輛發動機冷卻介質進行加熱的方式去提升發動機的啟動性能。主要將相應的柴油機的冷卻介質從柴油機體內吸入，經過加熱器輻射加熱，再將加熱器加熱后的冷卻介質送入柴油機體內，然后再將機體內的冷卻介質吸入加熱器加熱送出，這樣不斷循環往復，大約20～30min后，發動機機體可被預熱到40℃以上。此時氣缸、活塞、活塞環以及其它摩擦副之間的機油溫度隨之升高，機油粘度下降，降低了啟動阻力矩，進而有效提升發動機的啟動性能。

5.結語

高海拔高寒地區氣溫較低，平均海拔較高，并且相應的氣候干燥，長年降水量少，空氣稀薄，風沙大，這對于露天煤礦工程車輛的整體使用性能來說造成較大影響。本文就主要基于此方面對于高海拔高寒地區的氣候特點、高海拔高寒環境對露天煤礦工程車輛的主要影響、尤其是相應的高海拔高寒地區工程車輛的發動機在高海拔高寒地區發生問題的原因進行了具體的分析研究，并針對性的從采用低溫性能好的發動機蓄電池、選用低溫性能好的潤滑機油、加熱發動機冷卻介質，提升發動機啟動性能三大方面提出了提升高海拔高寒地區露天煤礦工程車輛啟動困難的解決措施，以期能夠更好地提升高海拔高寒地區的露天煤礦工程車輛的良好運行性能和露天煤礦采礦工程車輛發動機的使用壽命，提升高海拔高寒地區煤礦開采建設效率和露天煤礦工程車輛的使用效率。