通用裝備高原環境適應性研究

王艷 劉洋 郝晶（中國華陰兵器試驗中心，陜西華陰 714200）

通用裝備高原環境適應性研究

王艷 劉洋 郝晶
（中國華陰兵器試驗中心，陜西華陰 714200）

本文在分析高原氣候環境和地理環境特點的基礎上，分析高原環境對動力系統、液壓系統、電氣系統、高分子材料和儀器儀表各系統產生的影響，分析系統性能下降的具體表現和造成這些影響的主要環境因素，并根據各系統運轉特點提出提高系統高原適用性的應對措施，為提高系統效能、保證高原作業安全高效提供依據。

通用裝備 高原 環境適應性

1　引言

環境適應性是指裝備在其壽命期預計可能遇到的各種環境的作用下，能實現其所有預定功能、性能和（或）不被破壞的能力［1］。各類裝備受到這些環境因素的長期作用和影響下，使用效能會產生變化，惡劣條件下還可能導致失效，影響生產生活。因此，本文就通用裝備在高原嚴酷環境下的適應性進行研究和探討，并提出改進裝備環境適應性的建議措施，對提高裝備效能具有重要意義。

2　裝備高原運用環境

2.1高原氣候環境條件

氣候環境條件是影響裝備性能的主要環境因素，高原氣候環境的主要特點是氣壓低、空氣稀薄、含氧量低、低溫期長、晝夜溫差大、風沙塵大、日照時間長、紫外線強、氣候干燥等。本文主要分析海拔高度、地面氣溫、空氣濕度、風、雨、雪、沙塵、太陽輻射等因素對裝備性能的影響。

2.2高原運用環境

不同的環境嚴酷度對裝備性能造成的影響不同，要對裝備高原環境適應性進行研究，首先需要明確其在高原會遇到的環境因素，表1列舉了高原自然環境參數。

3　高原環境對裝備的影響分析及應對措施

為更好的分析裝備環境適應性，本文按照裝備組成、功能特點、使用場合和受環境影響程度不同，將通用裝備分為動力、氣壓、液壓、調溫、燃燒、電氣、材料、儀器儀表等8個類別，重點分析高原環境對動力、液壓、電氣、高分子材料和儀器儀表各系統產生的影響，并分別提高各系統高原環境適應性的建議。

3.1高原環境對裝備動力系統的影響及應對措施

動力系統是運載和起重作業中經常的部分，動力系統中的啟動部件、動力部件、熱交換部件是最易受外界環境影響的部分，高原環境的惡劣性會造成系統動力性能下降、穩定性降低、維護保養頻率和成本增大。

高原氣候環境對動力系統的影響具體表現在：（1）高原地區空氣含氧量低，導致發動機的進氣率降低，燃油燃燒不充分，然油消耗增加。一般海拔每增加1km，油耗增加8%左右。（2）高原地區大氣壓力低，水的沸點變低，吸熱量變少，造成靠水介質進行冷卻的動力系統熱交換能力降低，發動機內溫升高。（3）高原地區空氣稀薄、密度低，發動機內混合氣的燃燒不充分，發動機功率下降導致發動機需要長時間在高負荷情況下工作，導致熱交換能力降低。相關實驗表明［3］，在普通環境條件下，在海拔2.5km以下情況下，每當海拔升高1km，普通柴油發動機油耗平均增加8%左右，功率、扭矩平均下降10%左右；在海拔2.5km以上情況下，普通柴油發動機油耗平均增加4%左右，功率、扭矩下降7%左右。

高原地理環境對動力系統的影響主要表現在道路、地形等方面。在高原地區，很多地域公路條件差，低等級公路多，經常有沙石路和石階路，而且上坡和彎道較多，坡度大，導致行駛中顛簸嚴重。在低溫季節，還會出現車輛制動能力下降的問題，特別是在車輛輪胎涉水、涉雪以后，極易打滑。

基于上述影響因素，可采取以下措施提高動力系統高原環境適用性：（1）采用增壓中柴油機，提高動力性和扭矩；（2）優化冷卻系統，提高熱交換能力；（3）采用性能較高的密封部件，提高系統內核密閉性；（4）及時保養、更換空氣過濾部件，提高系統空氣過濾能力。這些措施可以在高性價比條件下提高動力系統的動力性能、熱平衡能力和穩定性，保證系統在海拔4.5km以下地區正常工作。

3.2高原環境對裝備液壓系統的影響及應對措施

表1　高原氣候環境

液壓系統是裝卸、搬運和重物起重作業中常見的系統。高原環境對液壓系統的影響可分為直接影響和間接影響兩類。高原環境對液壓系統的直接影響主要表現在沙塵對系統密封性、空氣稀薄對系統熱平衡能力的影響等方面。在既定負荷情況下，液壓系統對發動機產生的負荷是一個定值，不會因海拔高度的增加而發生很大變化［4］，但高原環境對動力系統產生的影響會間接影響液壓系統與發動機之間的配合，導致液壓系統整體性能下降。

基于上述影響因素，可采取以下措施提高動力系統高原環境適用性：（1）因為高原環境易導致液壓系統負荷大、效率低，系統內部持續高溫，應視情增加散熱裝置，提高系統散熱性。（2）液壓系統中液壓油是很重要的部分，在高原環境中，應當選用稠化液壓油，并且盡量保持使用同一品牌型號的液壓油，以保持系統的穩定性。（3）加強維護保養，對液壓油油質狀態經常進行檢查，對液壓油箱外部和冷卻器進行定期清潔，保持散熱性能。（4）對液壓膠管裝配保護措施，采用對紫外線和高溫、低溫有較好抵抗性的材料作保護套，防止管線爆裂。

3.3高原環境對裝備電子系統的影響及應對措施

電子設備中電器元件多，系統復雜，性能易受高原環境影響。電子設備中有很多絕緣材料，是保證系統正常運行的基礎，高原環境中低大氣壓和低空氣密度會造成絕緣材料的外表強度降低，一般海拔高度每升高1km，絕緣材料外表強度會降低10%左右，由此引發電子器件容易產生放電現象，影響器件間的絕緣距離。另外高原地區的空氣流動性差會造成系統散熱性能降低，有數據顯示，在海波5km

············

的使用環境下，同等設備的散熱能力會下降20%左右，會造成電子器件內部和周邊溫度過高，影響系統穩定性。高原環境對不間斷電源的輸出功率影響也很大。以供電系統為例，額定輸出功率為6000伏安的不間斷供電系統在海拔4000米的地區功率下降15%左右，最終額定輸出功率只有5000伏安左右，按照實際使用時系統最高功率低于額定輸出功率80%的要求，最終有效輸出功率為4000伏安左右，在設計系統的時候，要充分考慮設備額定輸出功率和有效輸出功率的差額。

基于上述影響因素，可采取以下措施提高動力系統高原環境適用性：（1）采用可靠性更高的絕緣介質；（2）采用耐高溫、耐低溫、耐紫外線、散熱性能好的開關、插件等部件，并適當提高電傳輸介質的容量，提高部件的耐受能力；（3）采用防塵性、密封性能好的部件，抵抗高原多沙塵的環境。

3.4高原環境對高分子材料的影響及應對措施

橡膠和塑料屬高分子材料，是常用的、受高原環境影響較大的材料。高原環境中的強紫外線照射和溫差大會導致高分子材料內部化學鍵結構發生斷裂，造成橡膠和塑料變脆、強度降低、柔韌性降低、老化加速。

基于上述影響因素，可采取以下措施提高動力系統高原環境適用性：采用工業型耐嚴酷環境能力強的高分子材料，要特別關注材料在抗太陽輻射、抗熱性、抗寒性等方面的性能。盡量不要采用熱塑性材料，而選用熱固性的材料，因為其內部分子呈網狀結構，密度大，受輻射的影響較小，滿足高原環境極端條件下正常工作的要求。

3.5高原環境對裝備儀器儀表的影響及應對措施

儀器儀表是集成度較高的集合體，內部通常包含許多精密的電子元器件，受高原環境的影響程度與電子設備類相當。高原環境中對儀器儀表造成影響的主要有低壓、高溫、低溫、溫差、沙塵和太陽輻射等環境因素，會造成儀器儀表此量精度降低甚至失效。這些影響是很難從根源進行消除了，只能盡量降低影響程度，采用測量精度較高、材料特性好、密閉性能好的設備，提高設備穩定性。

4　結語

高原地區的自然氣候和地理環境對通用裝備的影響不容忽視，在高原作業時，要充分考慮這些影響給裝備效能發揮、作業安全帶來變化，在裝備采購、運輸、使用、存儲和維護保養的全過程中，提早謀劃，提高裝備的高原環境適應性，確保生產作業安全、高效。

［1］于衍華.武器裝備環境適應性論證［M］.北京：兵器工業出版社，2007：149-173.

［2］胥澤奇，張世艷，宣衛芳.裝備環境適應性評價［J］.裝備環境工程，2012，9（1）：54—59.

［3］劉瑞林.柴油機高原環境適應性研究［M］.北京：北京理工大學出版社，2013：70—77.

［4］趙徐成，馬俊偉，朱逸天，馬勝勇.保障裝備高原環境適應性研究［J］.裝備環境工程，2015，10（1）：27—31.

［5］許翔，張眾杰，鄭智，等.叉車液壓系統高原舉升性能模擬試驗研究［J］.軍事交通學院學，2012，14（3）：45—48.