鉆機(jī)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(jī)在高原高海拔高寒地區(qū)施工時(shí)柴油機(jī)啟動困難的原因，提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，以及注意事項(xiàng)，并通過在海拔3700 m的祁連山脈施工驗(yàn)證了上述措施是可行可靠的。

關(guān)鍵詞：全液壓鉆機(jī) 高原高寒帶 柴油機(jī) 啟動困難

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

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

1 高原、高寒地區(qū)對鉆機(jī)使用性能的影響

1.1 高原對鉆機(jī)使用性能的影響

高海拔地區(qū)由于其特殊的地理環(huán)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(qū)，氣溫低，多風(fēng)沙，多雷暴，紫外線照射強(qiáng)度高。這些惡劣條件容易造成發(fā)動機(jī)過熱、啟動困難，積炭嚴(yán)重，低速喘震，輸出功率下降，工作效率低，給鉆機(jī)使用帶來困難，減少鉆機(jī)的使用壽命。

1.2 高寒對鉆機(jī)使用性能的影響

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

（2）液壓系統(tǒng)：由于低溫使液壓油變得很稠，驅(qū)動設(shè)備的泵、馬達(dá)在冷機(jī)時(shí)難以形成潤滑油膜，導(dǎo)致磨損加?。挥捎谝簤河妥兊煤艹?，使得泵殼體內(nèi)的回油不暢，回油壓力增大，導(dǎo)致泵體軸頭油封被沖，被迫停機(jī)修理，從而影響施工。

（3）由于低溫因素的影響，導(dǎo)致施工機(jī)具設(shè)備的機(jī)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(gòu)件易發(fā)生冷脆性斷裂。

2 惡劣環(huán)境下柴油機(jī)難于啟動的原因分析

（1）高原地區(qū)冬季極限溫度在-30 ℃左右，柴油機(jī)進(jìn)氣溫度相應(yīng)地要比常溫下低20～50 ℃，因此，柴油機(jī)氣缸內(nèi)壓縮終了時(shí)的空氣溫度達(dá)不到啟動時(shí)的必需溫度[1]，且氣缸內(nèi)壓縮空氣的壓力也明顯低于正常啟動時(shí)所要求的壓力，故柴油機(jī)難以啟動。

（2）蓄電池的最佳工作溫度在20～40 ℃范圍，隨著環(huán)境溫度的降低，蓄電池的輸出能力也相應(yīng)地下降，表一列出不同環(huán)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(huán)境溫度的降低，蓄電池輸出能力在-25 ℃時(shí)，只有額定輸出的40%左右[2]。由于上述原因，導(dǎo)致柴油機(jī)啟動系統(tǒng)功率下降，使柴油機(jī)啟動轉(zhuǎn)速低于啟動必需的最低轉(zhuǎn)速。

（3）低溫時(shí)，潤滑機(jī)油粘度加大，各摩擦副之間的阻力加大，使柴油機(jī)啟動轉(zhuǎn)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(jī)越難啟動[3]。

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

3 提高柴油機(jī)啟動能力的主要措施

（1）采用低溫性能好，結(jié)構(gòu)形式與普通啟動型不同的蓄電池。

（2）對蓄電池進(jìn)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(jī)壓縮終了時(shí)的混合燃?xì)獾娜键c(diǎn)，采用乙醚冷啟動。

在環(huán)境溫度很低時(shí)，啟動前，在柴油機(jī)進(jìn)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?yàn)橐颐训娜键c(diǎn)低，在3.2 Mpa壓力下乙醚的燃點(diǎn)僅為57 ℃左右，所以柴油機(jī)不須達(dá)到原最低啟動轉(zhuǎn)速的要求，就能點(diǎn)火啟動。

（4）選用低溫性能好的潤滑機(jī)油。

這類潤滑機(jī)油低溫時(shí)，粘度小，啟動時(shí)，各摩擦副之間潤滑好，啟動阻力小，利于啟動。柴油機(jī)油牌號的選用主要取決于機(jī)械設(shè)備使用時(shí)氣溫的高低，一般選用標(biāo)準(zhǔn)見如表2。

（5）加熱柴油機(jī)的進(jìn)氣溫度，提高柴油機(jī)在壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體溫度。

常用辦法是采用火焰進(jìn)氣預(yù)熱方法（如圖1）。該方法是在啟動前，接通預(yù)熱塞（燃燒器），十幾秒鐘后，預(yù)熱塞熾熱，絲溫達(dá)到 900 ℃左右（該溫度足以點(diǎn)燃柴油），啟動柴油機(jī)時(shí)，由輸油泵泵出柴油，經(jīng)控制電磁閥進(jìn)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(jìn)氣管內(nèi)，形成對進(jìn)氣的預(yù)熱[4]。

（6）加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的密封性，縮短其清洗周期。

由于高海拔地區(qū)氣壓低，水的沸點(diǎn)在82 ℃以下時(shí)節(jié)溫器不能全部打開，水箱蓋則因水箱內(nèi)蒸氣壓力升高而開啟，影響冷卻水的循環(huán)，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)、液壓系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的溫度升高，影響設(shè)備的正常工作。為加大冷卻水在冷卻系統(tǒng)中的壓力，減少冷卻水的蒸發(fā)和沸騰外溢，要加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的密封性。

4 注意事項(xiàng)

（1）為達(dá)到最佳啟動效果，前述幾種方式往往同時(shí)使用。但是，乙醚與進(jìn)氣火焰預(yù)熱、乙醚與進(jìn)氣電阻加熱不能同時(shí)使用，否則，火焰將點(diǎn)燃啟動液混合氣而發(fā)生爆炸，引起嚴(yán)重后果。

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

（3）用乙醚啟動液，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)噴射，效果最佳，啟動液容器應(yīng)遠(yuǎn)離高溫?zé)嵩?，安裝于陰涼通風(fēng)處，禁止明火靠近，以防爆炸傷人。

（4）對蓄電池保溫加熱時(shí)，蓄電池技術(shù)狀態(tài)要完好，且蓄電池電解液面高度，應(yīng)控制在規(guī)定范圍，過低會造成加熱失控。endprint

（5）采用進(jìn)氣火焰預(yù)熱系統(tǒng)時(shí)，預(yù)熱時(shí)間也不能太長，以免損壞預(yù)熱塞。

（6）嚴(yán)冬季節(jié)為防止柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)中冷卻水結(jié)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(shí)，應(yīng)及時(shí)放盡冷卻水，將水放出后須再啟動柴油機(jī)并以低速運(yùn)轉(zhuǎn)2～3 min，使冷卻系統(tǒng)內(nèi)的水完全排出或蒸發(fā)掉[5]。放完水后，放水開關(guān)和散熱器蓋應(yīng)處于開放位置。

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

5 現(xiàn)場應(yīng)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(jī)進(jìn)行施工，該施工地點(diǎn)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(yīng)強(qiáng)烈。開始施工后，用戶反應(yīng)柴油機(jī)啟動很困難，每天要花費(fèi)一兩小時(shí)的時(shí)間才能把柴油機(jī)啟動，并且使用了不到兩天，兩個(gè)蓄電池竟然沒電了。

經(jīng)過我公司售后技術(shù)人員在現(xiàn)場講解，鉆機(jī)操作工才明白，并按上述方法對設(shè)備進(jìn)行了高原適應(yīng)性改造后，隨后按本文敘述的方法進(jìn)行啟動，次次都很順利，蓄電池也再沒有出現(xiàn)過虧耗。在不到20 d的時(shí)間里，該用戶成功進(jìn)行了兩個(gè)斜孔的施工，累計(jì)進(jìn)尺400多 m，順利完成該地區(qū)的今年施工任務(wù)，并產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

至此經(jīng)過柴油機(jī)啟動理論研究及實(shí)際使用，進(jìn)一次證實(shí)了在高原高寒地區(qū)施工，必須按照高原地區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行勘探設(shè)備的維護(hù)，必須摒棄原有的經(jīng)驗(yàn)，重新學(xué)習(xí)，逐步掌握新設(shè)備在新地區(qū)施工特點(diǎn)，特別是動力系統(tǒng)的啟動要領(lǐng)，就能達(dá)到事倍功半的效果；同時(shí)再一次證實(shí)了該鉆機(jī)可以在高海拔高寒地區(qū)施工，可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境及工況的施工。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 關(guān)文煜，郭宏恩.柴油機(jī)啟動困難的原因分析與解決辦法[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2008（3）：107+109.

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

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

[5] 久保田發(fā)動機(jī)（上海）有限公司服務(wù)部.發(fā)動機(jī)故障診斷·分析手冊[M].上海，2012.endprint