鉆機在高原高寒地帶難啟動的原因及對策

摘 要：該文分析了全液壓鉆機在高原高海拔高寒地區施工時柴油機啟動困難的原因，提出了相應的應對措施，以及注意事項，并通過在海拔3700 m的祁連山脈施工驗證了上述措施是可行可靠的。

關鍵詞：全液壓鉆機 高原高寒帶 柴油機 啟動困難

中圖分類號：TE28 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0075-02

近幾年國家對地質勘查、能源普查力度的進一步加大，使得易于施工，施工條件比較好的項目都已勘探的差不多了，進而往難施工的地帶（如高原高寒地帶）進軍，這樣的施工條件對鉆機是個嚴重的考驗，尤其是動力系統。我公司銷往核工業213大隊的HQY-500全液壓鉆機就是在甘肅祁連山脈軍馬場地區施工，此地區海拔有3700 m，常年低溫，空氣稀薄，含氧量只有內地的60%，全液壓鉆機所配置的動力久保田柴油機就存在了啟動困難的問題。

1 高原、高寒地區對鉆機使用性能的影響

1.1 高原對鉆機使用性能的影響

高海拔地區由于其特殊的地理環境，空氣稀薄，單位體積中氧氣含量大大低于平原低海拔地區，氣溫低，多風沙，多雷暴，紫外線照射強度高。這些惡劣條件容易造成發動機過熱、啟動困難，積炭嚴重，低速喘震，輸出功率下降，工作效率低，給鉆機使用帶來困難，減少鉆機的使用壽命。

1.2 高寒對鉆機使用性能的影響

（1）發動機：全液壓鉆機的發動機在低溫氣候下使用時，燃油的蒸發性、燃燒性和低溫流動性降低，給柴油機啟動造成一定的困難；同時柴油機的功率消耗較大，機器工作效率降低。

（2）液壓系統：由于低溫使液壓油變得很稠，驅動設備的泵、馬達在冷機時難以形成潤滑油膜，導致磨損加劇；由于液壓油變得很稠，使得泵殼體內的回油不暢，回油壓力增大，導致泵體軸頭油封被沖，被迫停機修理，從而影響施工。

（3）由于低溫因素的影響，導致施工機具設備的機件磨損加劇，燃料消耗量增大，制動可靠性下降，安全性降低。另外，液壓軟管、橡膠密封件及金屬構件易發生冷脆性斷裂。

2 惡劣環境下柴油機難于啟動的原因分析

（1）高原地區冬季極限溫度在-30 ℃左右，柴油機進氣溫度相應地要比常溫下低20～50 ℃，因此，柴油機氣缸內壓縮終了時的空氣溫度達不到啟動時的必需溫度[1]，且氣缸內壓縮空氣的壓力也明顯低于正常啟動時所要求的壓力，故柴油機難以啟動。

（2）蓄電池的最佳工作溫度在20～40 ℃范圍，隨著環境溫度的降低，蓄電池的輸出能力也相應地下降，表一列出不同環境溫度下，蓄電池20 h放電率（%）輸出情況。從表一可看出，隨著環境溫度的降低，蓄電池輸出能力在-25 ℃時，只有額定輸出的40%左右[2]。由于上述原因，導致柴油機啟動系統功率下降，使柴油機啟動轉速低于啟動必需的最低轉速。

（3）低溫時，潤滑機油粘度加大，各摩擦副之間的阻力加大，使柴油機啟動轉速下降。

（4）高原地帶空氣中氧氣的含量隨著海拔高度的升高而降低，海拔高度每升高1000 m，大氣壓力下降9%，空氣密度下降梯度為6%～10%，含氧量下降10%，可見海拔高度越高，空氣含氧量越少，柴油機越難啟動[3]。

（5）低溫條件下，柴油粘度增加，表面張力加大，導致噴油的霧化質量變差，延長著火滯后期。

3 提高柴油機啟動能力的主要措施

（1）采用低溫性能好，結構形式與普通啟動型不同的蓄電池。

（2）對蓄電池進行加熱保溫，保證蓄電池低溫條件下正常充電且具有足夠的電流輸出。

（3）降低柴油機壓縮終了時的混合燃氣的燃點，采用乙醚冷啟動。

在環境溫度很低時，啟動前，在柴油機進氣歧管中噴入一定比例的乙醚，可有效改善啟動性能，這是因為乙醚的燃點低，在3.2 Mpa壓力下乙醚的燃點僅為57 ℃左右，所以柴油機不須達到原最低啟動轉速的要求，就能點火啟動。

（4）選用低溫性能好的潤滑機油。

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。柴油機油牌號的選用主要取決于機械設備使用時氣溫的高低，一般選用標準見如表2。

（5）加熱柴油機的進氣溫度，提高柴油機在壓縮終了時氣缸內的氣體溫度。

常用辦法是采用火焰進氣預熱方法（如圖1）。該方法是在啟動前，接通預熱塞（燃燒器），十幾秒鐘后，預熱塞熾熱，絲溫達到 900 ℃左右（該溫度足以點燃柴油），啟動柴油機時，由輸油泵泵出柴油，經控制電磁閥進入噴頭霧化，霧狀柴油與空氣混合后，形成易燃混合氣，易燃混合氣與熾熱塞接觸，立即燃燒，在進氣管內，形成對進氣的預熱[4]。

（6）加強冷卻系統的密封性，縮短其清洗周期。

由于高海拔地區氣壓低，水的沸點在82 ℃以下時節溫器不能全部打開，水箱蓋則因水箱內蒸氣壓力升高而開啟，影響冷卻水的循環，從而導致發動機、液壓系統和傳動系統的溫度升高，影響設備的正常工作。為加大冷卻水在冷卻系統中的壓力，減少冷卻水的蒸發和沸騰外溢，要加強冷卻系統的密封性。

4 注意事項

（1）為達到最佳啟動效果，前述幾種方式往往同時使用。但是，乙醚與進氣火焰預熱、乙醚與進氣電阻加熱不能同時使用，否則，火焰將點燃啟動液混合氣而發生爆炸，引起嚴重后果。

（2）高寒地區，采用進氣火焰預熱方式效果很好；高原缺氧地區，采用進氣火焰預熱要消耗一定量的氧氣，這樣一來，會剝分柴油機爆燃時所需氧的含量。因此，建議海拔較高的高原地區不要采用進氣火焰預熱方式。

（3）用乙醚啟動液，在柴油機轉動時噴射，效果最佳，啟動液容器應遠離高溫熱源，安裝于陰涼通風處，禁止明火靠近，以防爆炸傷人。

（4）對蓄電池保溫加熱時，蓄電池技術狀態要完好，且蓄電池電解液面高度，應控制在規定范圍，過低會造成加熱失控。endprint

（5）采用進氣火焰預熱系統時，預熱時間也不能太長，以免損壞預熱塞。

（6）嚴冬季節為防止柴油機冷卻系統中冷卻水結凍而造成散熱器、氣缸蓋和氣缸體的損壞，每日使用完畢停車時，應及時放盡冷卻水，將水放出后須再啟動柴油機并以低速運轉2～3 min，使冷卻系統內的水完全排出或蒸發掉[5]。放完水后，放水開關和散熱器蓋應處于開放位置。

（7）冬季外界氣溫較低，而液壓油在工作時又具有一定的溫度，所以要防止儲油箱和管道內空氣冷凝后產生的水分混入油中而降低液壓油的質量。應注意選擇適合低溫條件下使用的工作油液，同時也要對系統采取保溫措施，以保證系統的傳動效率。

5 現場應用及效果

2013年10月中旬，用戶在甘肅張掖山丹軍馬場采用HQY-500/600（A）全液壓鉆機進行施工，該施工地點海拔在3700 m以上，空氣稀薄，晚上最低溫度零下十幾度，高原反應強烈。開始施工后，用戶反應柴油機啟動很困難，每天要花費一兩小時的時間才能把柴油機啟動，并且使用了不到兩天，兩個蓄電池竟然沒電了。

經過我公司售后技術人員在現場講解，鉆機操作工才明白，并按上述方法對設備進行了高原適應性改造后，隨后按本文敘述的方法進行啟動，次次都很順利，蓄電池也再沒有出現過虧耗。在不到20 d的時間里，該用戶成功進行了兩個斜孔的施工，累計進尺400多 m，順利完成該地區的今年施工任務，并產生了很大的經濟效益。

至此經過柴油機啟動理論研究及實際使用，進一次證實了在高原高寒地區施工，必須按照高原地區特點進行勘探設備的維護，必須摒棄原有的經驗，重新學習，逐步掌握新設備在新地區施工特點，特別是動力系統的啟動要領，就能達到事倍功半的效果；同時再一次證實了該鉆機可以在高海拔高寒地區施工，可以適應復雜環境及工況的施工。

參考文獻

[1] 查放，馮秀娟.極地工況下工程機械適應性因素探討[J].工程機械，2010（4）：63-65+100.

[2] 關文煜，郭宏恩.柴油機啟動困難的原因分析與解決辦法[J].拖拉機與農用運輸車，2008（3）：107+109.

[3] 任世剛，張傳凡，曹培林.高原工程機械適應性技術研究[J].工程機械文摘，2005（3）：8-10.

[4] 羅詩偉，張聯庫.HQY-500全液壓鉆機的研制[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2011.38（3）：46-49.

[5] 久保田發動機（上海）有限公司服務部.發動機故障診斷·分析手冊[M].上海，2012.endprint