高海拔高寒地区露天煤矿工程车辆启动困难问题分析

＊刘 洋

（神华准格尔能源有限责任公司物资供应中心 内蒙古 012000）

高海拔高寒地区气温低、海拔高、气候干燥、风沙大，对露天煤矿工程车辆的整车性能，特别是发动机的工作性能、低温起动性能都有较大的影响。近几年，我国露天煤矿工程车辆制造行业整体制造技术有了显著提升，但从实际的露天煤矿工程车辆使用上来看，尤其在相应的高原和高寒地区的使用来看依旧存在一些方面的问题。基于此，如何有效地强化对于露天煤矿工程车辆在高海拔高寒地区的耐久适用性，提升使用保障，这对于提升在高海拔高寒地区的露天煤矿工程车辆施工能力来说发挥着重要作用。

1.高海拔高寒地区露天煤矿气候特点

（1）气温低，温差大。高海拔高寒地区往往气温温度较低，在冬季的时候一般都在零下20℃以下，有的地区极限温度则达到零下50℃左右，总体上呈现全年低温的状态。同时，高海拔高寒地区的昼夜温差大，这对露天煤矿工程车辆发动机的低温启动性能造成极大的影响，使得露天煤矿工程车辆的发动机在启动时达不到自身所需要的启动温度，并且由于低温和低压的特点，也导致发动机气缸内对于压缩空气的压力也明显的低于在正常情况下所进行启动时的压力，进而导致露天煤矿工程车辆发动机在高海拔高寒地区难以很好的启动。

（2）季节性日照时间长。高海拔高寒地区还存在的一大气候特点就是全年日照时间较长，并且呈现出相应的季节性变化的特点，往往在春季和夏季的时候，高原地区的日照时间一般相对于内地低海拔地区的日照时长来说，在其三倍以上，且春季和夏季同一地区的昼夜气温温差也维持在20℃左右，这会降低露天煤矿工程车辆的器械使用寿命，诸如对轮胎造成极大的磨损和老化，对于露天煤矿工程车辆的整体性能具有着极大的影响。

（3）气压低，含氧量少。高海拔高寒地区本身海拔高，一般地区平均海拔都在4000m以上，这样的地形特征也就直接导致了高海拔高寒地区的气压低，相应的含氧量少。空气中的氧气含量随着海拔的逐渐增高呈现不断下降的趋势，根据相关数据显示，在高海拔高寒地区，海拔每升高100m，其地区的大气压力值就下降9%左右，空气密度的下降梯度也维持在10%左右，空气中含氧气量也下降10%左右。气压低和含氧量的不足也就直接导致露天煤矿工程车辆发动机的启动性能下降。

（4）降水少，风沙大。高海拔高寒地区由于海拔高，长年气温低的原因，导致高海拔高寒地区的地表缺少植被保护，其高海拔高寒地区长年降水量少的原因，使得高海拔高寒地区风沙较大。露天煤矿工程车辆在这样的环境下工作，使得其空气滤清器的滤清效率下降明显，除尘能力降低，车辆的相应使用寿命变短，故而也就使得露天煤矿工程车辆的发动机在早期的磨损相当严重，发动机的启动性能和可靠性也随之降低。

2.高海拔高寒环境对露天煤矿工程车辆的主要影响

(1)低气温影响露天煤矿工程车辆发动机启动温度

如上述所提及，对于高海拔高寒地区来说，该地区长年气温较低，一般在露天煤矿工程车辆现有的施工区域来说，高海拔高寒地区的冬季平均温度在零下30℃左右，并且一些施工区域的温度甚至可以低至零下40℃。在如此低气温的环境下，对于露天煤矿工程车辆的整体性能来说造成极大的影响，尤其是对于露天煤矿工程车辆的发动机性能来说，低气温对于发动机的启动性能产生较大影响。一般就拿露天煤矿工程车辆常常配置的柴油发动机来说，此类发动机在高海拔高寒地区的进气启动温度上要比在常温地区的进气温度低30～60℃左右，这也就导致发动机在高海拔高寒地区的启动过程中相应的空气温度达不到发动机所必须的启动温度，同时相应的发动机机油的粘稠度也增大，使得露天煤矿工程车辆的发动机在高海拔高寒地区难以正常启动。

(2)低压少氧环境造成车辆发动机动力不足

在高海拔高寒地区，一般的平均海拔都在4000m以上，并且随着海拔的不断增加，顶部的环境气压和含氧量也越来越少。然而露天煤矿工程车辆在进行机械动作时需要依靠于发动机进行充气，压缩空气进而提供给露天煤矿工程车辆相应的工作动力，但由于露天煤矿工程车辆在高海拔高寒低压少氧的环境中进行工作，使得露天煤矿工程车辆发动机的气缸内部相应的氧气充气量下降，可燃烧的混合气体的浓度变高，进而导致这些气体的燃烧滞后并直接延长到发动机的膨胀过程，发动机的传热损失在这整个过程中逐渐增多，相应的功率和热效率也随之降低，造成露天煤矿工程车辆发动机的动力性能明显不足，使得露天煤矿工程车辆的整车动力输入了新的工作点扭矩及发动机转速下降，它们的共同影响会使匹配性能恶化，造成了露天煤矿工程车辆的动力性、加速性、经济性及生产效率的严重下降。

(3)温差大的环境导致露天煤矿工程车辆蓄电池输出性能下降

在高海拔高寒的环境下，相应的昼夜温差相对较大，一般在20℃左右的昼夜温差。而一般露天煤矿工程车辆的蓄电池最佳的工作温度在20～40℃这样稳定的温度段区间，但在高海拔高寒地区，由于昼夜温差大加之气温低的缘故，导致露天煤矿工程车辆蓄电池的输出性能会随着环境的温度下降而逐渐降低，并且在地区昼夜温差的急剧变化的情况下，更加会使得露天煤矿工程车辆的蓄电池出现破裂的问题，进而影响到露天煤矿工程车辆的整体使用性能。

3.发动机在高海拔高寒地区发生问题的原因分析

（1）低温低压导致发动机启动困难。在高海拔高寒地区由于长期的低温低压的环境状态，所以使得露天煤矿工程车辆的发动机在进行启动过程中无法获取到正常启动环境下所需要的适宜温度条件和压力条件，使得露天煤矿工程车辆的发动机气缸内的压力和气温明显低于所需要的正常压力和气温，故而导致露天煤矿工程车辆发动机启动的困难性。

（2）无法维持发动机蓄电池的最佳工作温度。如表1所列举的目前露天煤矿工程车辆发动机蓄电池在各种不同温度下的放电效率所示，发动机的蓄电池自身的发电输出能力是随着温度的不断下降而变低的。而一般像高海拔高寒地区平均温度在零下30℃左右，也就是在此温度状态下根据表1的数据可见，发动机蓄电池的输出能力在零下30℃时也仅仅只有额定输出的34%左右，发动机蓄电池的输出功效下降进而直接导致露天煤矿工程车辆发动机的启动系统功率表下降，难以达到正常条件下发动机启动所必须的最低转速。

表1 发动机蓄电池不同环境温度下20h的放电效率

（3）低温下发动机机油粘度增大且气缸充氧量不足。露天煤矿工程车辆在高海拔高寒的环境下，由于气温较低并且空气中氧气含量的稀薄，进而导致露天煤矿工程车辆发动机中的润滑机油的粘度性加大，机油粘度性的加大导致发动机内部各机械动力结构之间的摩擦助力变大，进而导致发动机无法保持正常启动所需的最低转速，使得露天煤矿工程车辆的发动机难以启动。此外，高海拔高寒地区氧气含量的稀薄，导致露天煤矿工程车辆发动机气缸内难以充集到一定量的氧气，内部氧气充气量的下降，进而导致发动机的传热损失在这整个过程中逐渐增多，相应的功率和热效率也随之降低，造成露天煤矿工程车辆发动机的动力性能明显不足，甚至在严重少氧的环境下，使得露天煤矿工程车辆的发动机一直无法启动。

4.提升高海拔高寒地区露天煤矿工程车辆启动困难的解决措施

露天煤矿工程车辆在高海拔高寒地区进行使用的过程中，由于处于低温、低压和缺氧的环境下，导致露天煤矿工程车辆存在相应的启动困难的问题。为了能够更好地进行车辆的启动，下述便针对性的提出几种提升高海拔高寒地区露天煤矿工程车辆启动的解决措施。

(1)采用低温性能好的发动机蓄电池

普通的露天煤矿工程车辆发动机蓄电池在高海拔高寒地区由于低温的条件环境下存在放电效率低的问题，进而使得露天煤矿工程车辆难以启动。针对于此问题来看，可以采用目前市面上的一些具有抗低温且性能好的发动机蓄电池，此类蓄电池往往不同于普通型蓄电池，其采用了相应的单元螺旋卷绕的技术，使得蓄电池的极板同极板之间的间隙变小，并在内部采用相应的固态酸使得极板的面积大大的高于普通蓄电池极板的铅蓄面积，能够在低温时保证不像普通蓄电池所采用的液态酸一样出现相应的冰冻现象，进而露天煤矿工程车辆采用此类固态酸的低温性能好的蓄电池能够保证其在-40℃的环境下依旧正常工作，并且其相应的冷启动功率、充电速度等指标与在同等条件下的普通蓄电池相比具有明显优势。

故障事例分析：西藏某地区露天煤矿在进行工程开采作业过程中，一辆工程挖掘机械车辆在到达寒冷地带的工程作业指定地点后停车，等待第二天的机动作业，到机动作业时刻时，驾驶员按照寒区操作方法起动车辆，首先起动电动油泵给柴油机排气，发现电动油泵转动，再将起动开关打开，等待预热指示灯亮后，再将起动开关关上后，发现柴油机转速很慢，最终无法起动，等待几分钟后再拨动起动开关仍然无法起动，再次更换备用蓄电池后仍然无法起动，同样现象在其它部分车辆上也出现过。通过测量车上所配蓄电池的电压，电压出现欠压，随机在排除其它因素的情况下采取再用两块12V的固态酸低温蓄电池进行串联后，与原车上的两块蓄电池并联，再次起动车辆，发现车辆正常起动。经过反复排查，发现问题的症结在于该工程机械车辆在寒冷地区放置一夜的情况下，蓄电池未采取有效的保温措施，导致电容量下降，最终无法起动车载。

(2)选用低温性能好的润滑机油

在上述分析所提及在高海拔高寒的环境下，由于低温所导致露天煤矿工程车辆发动机的润滑机油粘稠，进而增大了露天煤矿工程车辆发动机内部各机械构件的摩擦助力，使得发动机的工作转速不能够很好的达到最低启动转速的要求使得发动机无法正常启动。基于此来看，可以在后续实际中选用一些具有低温性能好的润滑机油去代替普通的发动机润滑机油，这类润滑机油低温时，粘度小，启动时，各摩擦副之间润滑好，启动阻力小，利于启动。另外，还可采用加热润滑机油，以降低机油粘度，减小启动阻力方法。

故障事例分析：西藏天矿露天煤矿一辆工程作业车辆机停滞时间长达两天，驾驶人员多次进行启动失败，车辆启动困难，对于后续过往车辆造成严重拥堵。后经交管部门前来协助，并派遣相应的机修人员前往修理后发现，该工程机械车辆由于所使用5w30全合成型号机油，导致在该寒冷地区的作业过程中，由于低温气候的影响，导致该工程机械车辆机油粘稠度增大，使得发动机检测到机油泵没有达到理想的工作状态也就是机油不能被及时正确的输送到固定位置，发动机自动锁死。在对于该事故进行维修时，通过对于车辆进行一定的升温处理后，通过对于该工程机械所使用的5w30全合成型号机油更换为低温性能更好的5w40型号机油，进而使得该露天煤矿工程车辆机械启动正常。

(3)加热发动机冷却介质，提升发动机启动性能

在具体提升高海拔高寒地区的露天煤矿工程车辆启动性能上，还可以采用对于露天煤矿工程车辆发动机冷却介质进行加热的方式去提升发动机的启动性能。主要将相应的柴油机的冷却介质从柴油机体内吸入，经过加热器辐射加热，再将加热器加热后的冷却介质送入柴油机体内，然后再将机体内的冷却介质吸入加热器加热送出，这样不断循环往复，大约20～30min后，发动机机体可被预热到40℃以上。此时气缸、活塞、活塞环以及其它摩擦副之间的机油温度随之升高，机油粘度下降，降低了启动阻力矩，进而有效提升发动机的启动性能。

5.结语

高海拔高寒地区气温较低，平均海拔较高，并且相应的气候干燥，长年降水量少，空气稀薄，风沙大，这对于露天煤矿工程车辆的整体使用性能来说造成较大影响。本文就主要基于此方面对于高海拔高寒地区的气候特点、高海拔高寒环境对露天煤矿工程车辆的主要影响、尤其是相应的高海拔高寒地区工程车辆的发动机在高海拔高寒地区发生问题的原因进行了具体的分析研究，并针对性的从采用低温性能好的发动机蓄电池、选用低温性能好的润滑机油、加热发动机冷却介质，提升发动机启动性能三大方面提出了提升高海拔高寒地区露天煤矿工程车辆启动困难的解决措施，以期能够更好地提升高海拔高寒地区的露天煤矿工程车辆的良好运行性能和露天煤矿采矿工程车辆发动机的使用寿命，提升高海拔高寒地区煤矿开采建设效率和露天煤矿工程车辆的使用效率。