推土機低溫適應(yīng)性研究及應(yīng)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(qū)和西部高原地區(qū)，冬季由于環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致推土機啟動困難，傳動、液壓、電氣系統(tǒng)故障率高，推土機無法正常工作。推土機的低溫適應(yīng)能力直接影響推土機在上述地區(qū)的工作可靠性和工作效率。

1 低溫環(huán)境對推土機性能的影響

推土機主要由動力系統(tǒng)、傳動系統(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)境主要影響動力系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的正常啟動，傳動和液壓系統(tǒng)密封性能以及電氣系統(tǒng)蓄電池性能。

1.1 低溫對動力系統(tǒng)的影響

推土機常采用柴油發(fā)動機作為動力源。柴油發(fā)動機具有可靠性高，經(jīng)濟性好，功率大的優(yōu)點。但柴油發(fā)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(qū)和西部高原地區(qū)冬季最低氣溫都在-30℃以下，個別地區(qū)甚至達到-40℃。柴油發(fā)動機低溫啟動性能差，直接影響推土機在低溫環(huán)境下的使用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）隨著環(huán)境溫度降低，發(fā)動機機油粘度增加，甚至?xí)霈F(xiàn)機油凝結(jié)。機油粘度增加會增加發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩，使發(fā)動機啟動轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致氣缸內(nèi)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(tài)的穩(wěn)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(wěn)定，出現(xiàn)不規(guī)律的斷續(xù)著火現(xiàn)象。

3）發(fā)動機低溫啟動時，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，漏氣比較嚴重，導(dǎo)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(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，會使發(fā)動機機體缸蓋、散熱器發(fā)生破裂，導(dǎo)致車輛損壞。

1.2 低溫對傳動和液壓系統(tǒng)的影響

1）液壓油在傳動和液壓系統(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。一般認為，粘度＞1000mm2/s 時，液壓系統(tǒng)不能正常工作，粘度＞2000mm2/s 時，液壓系統(tǒng)不能正常啟動。而推土機正常工作時傳動和液壓系統(tǒng)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(tǒng)密封件材料一般為丁腈橡膠，丁腈橡膠許用溫度為-40～120℃。推土機在正常作業(yè)時，傳動和液壓系統(tǒng)溫度較高，特別是傳動系統(tǒng)溫度可達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(fā)動機啟動時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)動機最低啟動轉(zhuǎn)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(fā)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(tài)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(jù)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(yīng)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(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。一般柴油的冷濾點比凝點溫度高4～6℃。因此需根據(jù)推土機實際使用環(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)動機預(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)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)冷卻液抽出，經(jīng)過燃油加熱器加熱后在循環(huán)進發(fā)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)。使發(fā)動機機體得以加熱，同時實現(xiàn)發(fā)動機潤滑機油加熱，降低機油粘度，改善發(fā)動機低溫環(huán)境下潤滑狀況，提升發(fā)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(xiàn)加熱30min 左右，發(fā)動機機體溫度升高到40～50℃。圖1 為預(yù)熱系統(tǒng)工作原理圖。在發(fā)動機啟動前，冷卻液流動方向為：發(fā)動機-燃油加熱器-空調(diào)蒸發(fā)箱-發(fā)動機；在發(fā)動機啟動后，需關(guān)閉燃油加熱器，此時冷卻液流動方向為：發(fā)動機-單向閥-空調(diào)蒸發(fā)箱-發(fā)動機。

圖1 預(yù)熱系統(tǒng)工作原理

2.4 提高發(fā)動機啟動電機轉(zhuǎn)速

發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，壓縮過程中工質(zhì)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(zhuǎn)速升高，相應(yīng)壓縮終了時壓力和溫度相應(yīng)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(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力系統(tǒng)。

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(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-50℃以下，同時又有良好的高溫穩(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)境下不會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。低溫啟動電流更高，啟動性能更好。另外推土機應(yīng)設(shè)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(nèi)等保暖環(huán)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(yōu)化。為驗證該推土機低溫性能，對其進行了低溫環(huán)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(huán)境艙進行，試驗過程中將環(huán)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(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)動機溫度46℃，電氣系統(tǒng)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(tǒng)工作正常，外觀質(zhì)量良好，未見滲漏。環(huán)境復(fù)溫后，推土機再次啟動，工作裝置動作正常，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。

試驗結(jié)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(huán)境下的正常使用。