我國(guó)擁有世界上最遼闊的高原地域，面積約為270萬(wàn)km2,平均海拔2 000～4 500m。青藏高原是其中最具代表性的，平均海拔4 500m，其獨(dú)特的氣候特點(diǎn)：空氣稀薄、氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、低溫動(dòng)土、紫外線輻射強(qiáng)、風(fēng)沙塵大、降雨少、氣候干燥等。建設(shè)青藏鐵路不緊要解決高原凍土區(qū)的鐵路勘察、設(shè)計(jì)、工程建設(shè)問(wèn)題，也需要解決施工裝備在該地區(qū)的“高原病”。這些問(wèn)題在世界上毫無(wú)先例，需要我們基于當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)水平，解放思想，不斷創(chuàng)新，去攻克施工建設(shè)中的一道道技術(shù)難題。
常林股份有限公司針對(duì)青藏高原特殊的環(huán)境，在2000年就將高原型工程機(jī)械列為技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目（被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委列為2000年度國(guó)家級(jí)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目）。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)查研究、技術(shù)分析與設(shè)計(jì)開發(fā)、高原實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)驗(yàn)證，對(duì)裝載機(jī)的高原適應(yīng)性技術(shù)進(jìn)行了一系列研究。
1 動(dòng)力系統(tǒng)
1.1高原環(huán)境的影響
1)隨著海拔升高、大氣壓降低、空氣密度減少，空氣中的氧分量也減少，這對(duì)以內(nèi)燃機(jī)為的動(dòng)力的工程機(jī)械影響十分突出。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)自然吸氣型內(nèi)燃機(jī)，海拔每上升1 000m，其功率、扭矩下降8％～13％、油耗上升6％～9％、熱強(qiáng)度增加2％～5％；當(dāng)海拔達(dá)到4 000m時(shí)其功率降低45％左右。這是由于缸內(nèi)充氣量減小，散熱性能下降，熱負(fù)荷增加，燃燒不充分等原因所致，因此高原環(huán)境對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能影響十分嚴(yán)重。
2)高原地區(qū)氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、寒冷季節(jié)長(zhǎng)，使內(nèi)燃機(jī)的壓縮壓力和溫度隨海拔升高而降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，海拔每升高1 000m，內(nèi)燃機(jī)壓縮壓力降低17％、溫度下降23％，原機(jī)最低極限啟動(dòng)溫度提高22℃左右，同時(shí)，輔助裝置在高原使用時(shí)凡涉及點(diǎn)火、燃燒、耗氧性能均表現(xiàn)出不同程度的不適應(yīng)性，尤其在低壓缺氧條件下啟動(dòng)困難程度超過(guò)低海拔許多。
3)高原地區(qū)多沙塵，空氣中的含塵量是低海拔地區(qū)的5～15倍，它增加了進(jìn)氣阻力，使濾清效果下降，又由于空氣中含氧量少，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能迅速下降，不僅使功率下降，而且更加速了柴油機(jī)零部件的磨損，縮短了空濾器等部件的使用壽命。
1.2對(duì)策
1)為充分保證裝載機(jī)在高原環(huán)境下使用的可靠性和適應(yīng)性，我們選擇了上柴引進(jìn)Cat3306B技術(shù)生產(chǎn)的C6121高原補(bǔ)償增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，配用進(jìn)口增壓器，在高海拔地區(qū)柴油機(jī)的功率降小于3％、煙度低于3.0，從而克服了高原環(huán)境下功率下降造成動(dòng)力不足的問(wèn)題。
2)采用容量大、免維修的進(jìn)口沃鐵馬固體電平，可在－40～65℃內(nèi)正常工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中增加一套乙醚助燃裝置或作為選購(gòu)件的水套預(yù)熱裝置，使裝載機(jī)在高原地區(qū)－25℃正常啟動(dòng)。
3)采用低吸氣阻力的三級(jí)旋流大容量型空濾器，并在排氣消音器上安裝排氣引射管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排塵，解決了高原地區(qū)風(fēng)沙塵大、易使空濾器堵塞而影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的問(wèn)題。
2 散熱系統(tǒng)
2.1高原環(huán)境的影響
1)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，由于汽缸內(nèi)空氣減少，過(guò)量空氣系數(shù)下降，燃燒狀況不良，后燃現(xiàn)象嚴(yán)重，使發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷增加；由于空氣重度降低，使冷卻風(fēng)扇質(zhì)量流量減少；由于海拔升高，冷卻水的沸點(diǎn)降低（青藏線水的沸點(diǎn)是78～85℃），這些均導(dǎo)致熱散能力下降，熱負(fù)荷進(jìn)一步增強(qiáng)。
2)對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)而言，由于匹配性能趨于惡化，除不能充分利用和發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率外，還存在傳力不足和低效傳動(dòng)，使部分功率因內(nèi)損而轉(zhuǎn)化為熱能，造成整機(jī)作業(yè)溫度超過(guò)規(guī)定值，影響正常工作。
2.2 對(duì)策
1)采用加大型風(fēng)扇并使風(fēng)扇的線速度在合理范圍內(nèi)；采用加大散熱面積的增加型水箱，保證低氣壓下有足夠的散熱面積。
2)優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配和液壓管路系統(tǒng)布置，采用特殊的散熱系統(tǒng)，使裝載機(jī)具有適合的作業(yè)溫度。
3 橡膠件與密封件
3.1高原環(huán)境的影響
高原地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)、紫外線強(qiáng)烈、晝夜溫差變化大，青藏線地區(qū)年平均氣溫為－27～－45℃，日平均氣溫在0℃以下達(dá)235～330d，這些環(huán)境使液壓膠管加速龜裂，使橡膠件和封閉件加速老化。
3.2對(duì)策
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、工作液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等膠管采用德國(guó)漢莎——福萊克斯公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，可耐低溫－40℃，抗紫外線能力是一般膠管的8倍以上。油缸等關(guān)鍵部件的密封件采用進(jìn)口件，保證低溫環(huán)境使用的可靠性和耐用性。
4 駕駛室與人機(jī)工程
高原地區(qū)缺養(yǎng)環(huán)境使駕駛員所能承受的最大勞動(dòng)強(qiáng)度僅為平原地區(qū)的40%~60%，工作的持續(xù)性和耐久性更差，因?yàn)楣ぷ鳁l件和健康安全措施顯得更加重要，這主要體現(xiàn)在駕駛室的設(shè)計(jì)上。我們采用了密封性能良好、帶冷暖空調(diào)具有防紫外線輻射功能的彩色玻璃，可濾去70%左右的紫外線，同時(shí)配置了吸氧裝置，可保證在2L/min流量下持續(xù)吸氧4h，有效的保障了駕駛員的體力和安全。
5 其它
1)高原環(huán)境氣溫變化大，為防止低溫水汽結(jié)凍而影響制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，在保證整機(jī)具有良好性能價(jià)格比的前提下采取液頂液鉗盤制動(dòng)的行車制動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)鍵部件采用進(jìn)口件，保證低溫下的制動(dòng)性能。
2)普通低壓電氣元件不能有效地適應(yīng)高原低溫環(huán)境，因此采用能滿足－40℃低溫工作要求的開關(guān)、接插件、電線保護(hù)套等元件，并對(duì)電機(jī)和電氣元件適當(dāng)加大容量。
3)合理選用適應(yīng)于高原環(huán)境下的油料，它們具有閃點(diǎn)高、凝點(diǎn)低、粘溫性能變化小，抗氧、抗腐、防銹、抗泡的特點(diǎn)，保證了在低溫條件下具有良好的潤(rùn)滑性能和高溫條件下具有較高的油膜強(qiáng)度；高原增壓柴油機(jī)的潤(rùn)滑機(jī)油應(yīng)兼有良好的低溫分散性能。
常林股份有限公司的ZLM50E——3G高原型裝載機(jī)經(jīng)國(guó)家高原工程機(jī)械權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)——機(jī)械工業(yè)高原工程機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心在青海公路海拔4 200m的西大灘和大坂山試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了型式試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)論：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、熱平衡性能、排放性能、啟動(dòng)性能等各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足海拔4 000~5 000m高原地區(qū)的使用要求。作為首創(chuàng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外高原裝載機(jī)產(chǎn)品的空白，將為青藏鐵和西部大開發(fā)的建設(shè)作出貢獻(xiàn)。
常林股份有限公司針對(duì)青藏高原特殊的環(huán)境，在2000年就將高原型工程機(jī)械列為技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目（被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委列為2000年度國(guó)家級(jí)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目）。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)查研究、技術(shù)分析與設(shè)計(jì)開發(fā)、高原實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)驗(yàn)證，對(duì)裝載機(jī)的高原適應(yīng)性技術(shù)進(jìn)行了一系列研究。
1 動(dòng)力系統(tǒng)
1.1高原環(huán)境的影響
1)隨著海拔升高、大氣壓降低、空氣密度減少，空氣中的氧分量也減少，這對(duì)以內(nèi)燃機(jī)為的動(dòng)力的工程機(jī)械影響十分突出。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)自然吸氣型內(nèi)燃機(jī)，海拔每上升1 000m，其功率、扭矩下降8％～13％、油耗上升6％～9％、熱強(qiáng)度增加2％～5％；當(dāng)海拔達(dá)到4 000m時(shí)其功率降低45％左右。這是由于缸內(nèi)充氣量減小，散熱性能下降，熱負(fù)荷增加，燃燒不充分等原因所致，因此高原環(huán)境對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能影響十分嚴(yán)重。
2)高原地區(qū)氣壓低、含氧量少、晝夜溫差大、寒冷季節(jié)長(zhǎng)，使內(nèi)燃機(jī)的壓縮壓力和溫度隨海拔升高而降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，海拔每升高1 000m，內(nèi)燃機(jī)壓縮壓力降低17％、溫度下降23％，原機(jī)最低極限啟動(dòng)溫度提高22℃左右，同時(shí)，輔助裝置在高原使用時(shí)凡涉及點(diǎn)火、燃燒、耗氧性能均表現(xiàn)出不同程度的不適應(yīng)性，尤其在低壓缺氧條件下啟動(dòng)困難程度超過(guò)低海拔許多。
3)高原地區(qū)多沙塵，空氣中的含塵量是低海拔地區(qū)的5～15倍，它增加了進(jìn)氣阻力，使濾清效果下降，又由于空氣中含氧量少，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能迅速下降，不僅使功率下降，而且更加速了柴油機(jī)零部件的磨損，縮短了空濾器等部件的使用壽命。
1.2對(duì)策
1)為充分保證裝載機(jī)在高原環(huán)境下使用的可靠性和適應(yīng)性，我們選擇了上柴引進(jìn)Cat3306B技術(shù)生產(chǎn)的C6121高原補(bǔ)償增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，配用進(jìn)口增壓器，在高海拔地區(qū)柴油機(jī)的功率降小于3％、煙度低于3.0，從而克服了高原環(huán)境下功率下降造成動(dòng)力不足的問(wèn)題。
2)采用容量大、免維修的進(jìn)口沃鐵馬固體電平，可在－40～65℃內(nèi)正常工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中增加一套乙醚助燃裝置或作為選購(gòu)件的水套預(yù)熱裝置，使裝載機(jī)在高原地區(qū)－25℃正常啟動(dòng)。
3)采用低吸氣阻力的三級(jí)旋流大容量型空濾器，并在排氣消音器上安裝排氣引射管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排塵，解決了高原地區(qū)風(fēng)沙塵大、易使空濾器堵塞而影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的問(wèn)題。
2 散熱系統(tǒng)
2.1高原環(huán)境的影響
1)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，由于汽缸內(nèi)空氣減少，過(guò)量空氣系數(shù)下降，燃燒狀況不良，后燃現(xiàn)象嚴(yán)重，使發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷增加；由于空氣重度降低，使冷卻風(fēng)扇質(zhì)量流量減少；由于海拔升高，冷卻水的沸點(diǎn)降低（青藏線水的沸點(diǎn)是78～85℃），這些均導(dǎo)致熱散能力下降，熱負(fù)荷進(jìn)一步增強(qiáng)。
2)對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)而言，由于匹配性能趨于惡化，除不能充分利用和發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率外，還存在傳力不足和低效傳動(dòng)，使部分功率因內(nèi)損而轉(zhuǎn)化為熱能，造成整機(jī)作業(yè)溫度超過(guò)規(guī)定值，影響正常工作。
2.2 對(duì)策
1)采用加大型風(fēng)扇并使風(fēng)扇的線速度在合理范圍內(nèi)；采用加大散熱面積的增加型水箱，保證低氣壓下有足夠的散熱面積。
2)優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配和液壓管路系統(tǒng)布置，采用特殊的散熱系統(tǒng)，使裝載機(jī)具有適合的作業(yè)溫度。
3 橡膠件與密封件
3.1高原環(huán)境的影響
高原地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)、紫外線強(qiáng)烈、晝夜溫差變化大，青藏線地區(qū)年平均氣溫為－27～－45℃，日平均氣溫在0℃以下達(dá)235～330d，這些環(huán)境使液壓膠管加速龜裂，使橡膠件和封閉件加速老化。
3.2對(duì)策
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、工作液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等膠管采用德國(guó)漢莎——福萊克斯公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，可耐低溫－40℃，抗紫外線能力是一般膠管的8倍以上。油缸等關(guān)鍵部件的密封件采用進(jìn)口件，保證低溫環(huán)境使用的可靠性和耐用性。
4 駕駛室與人機(jī)工程
高原地區(qū)缺養(yǎng)環(huán)境使駕駛員所能承受的最大勞動(dòng)強(qiáng)度僅為平原地區(qū)的40%~60%，工作的持續(xù)性和耐久性更差，因?yàn)楣ぷ鳁l件和健康安全措施顯得更加重要，這主要體現(xiàn)在駕駛室的設(shè)計(jì)上。我們采用了密封性能良好、帶冷暖空調(diào)具有防紫外線輻射功能的彩色玻璃，可濾去70%左右的紫外線，同時(shí)配置了吸氧裝置，可保證在2L/min流量下持續(xù)吸氧4h，有效的保障了駕駛員的體力和安全。
5 其它
1)高原環(huán)境氣溫變化大，為防止低溫水汽結(jié)凍而影響制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，在保證整機(jī)具有良好性能價(jià)格比的前提下采取液頂液鉗盤制動(dòng)的行車制動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)鍵部件采用進(jìn)口件，保證低溫下的制動(dòng)性能。
2)普通低壓電氣元件不能有效地適應(yīng)高原低溫環(huán)境，因此采用能滿足－40℃低溫工作要求的開關(guān)、接插件、電線保護(hù)套等元件，并對(duì)電機(jī)和電氣元件適當(dāng)加大容量。
3)合理選用適應(yīng)于高原環(huán)境下的油料，它們具有閃點(diǎn)高、凝點(diǎn)低、粘溫性能變化小，抗氧、抗腐、防銹、抗泡的特點(diǎn)，保證了在低溫條件下具有良好的潤(rùn)滑性能和高溫條件下具有較高的油膜強(qiáng)度；高原增壓柴油機(jī)的潤(rùn)滑機(jī)油應(yīng)兼有良好的低溫分散性能。
常林股份有限公司的ZLM50E——3G高原型裝載機(jī)經(jīng)國(guó)家高原工程機(jī)械權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)——機(jī)械工業(yè)高原工程機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心在青海公路海拔4 200m的西大灘和大坂山試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了型式試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)論：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、熱平衡性能、排放性能、啟動(dòng)性能等各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足海拔4 000~5 000m高原地區(qū)的使用要求。作為首創(chuàng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外高原裝載機(jī)產(chǎn)品的空白，將為青藏鐵和西部大開發(fā)的建設(shè)作出貢獻(xiàn)。
