(论文)高原和高寒环境对车辆的影响分析.pdf

3 我国高原和高寒地区面积广阔， 海拔1000m以上的地区占国土面积 的58% ，海拔2000m以上的地区占 国土面积33%以上，有连绵数千公 里的高原和高寒边界线。作为完成 交通运输任务的重要物质手段之 的车辆，其在上述地区运行将面临 严酷气候的挑战。 因此， 研究分析高 原和高寒环境对车辆使用、维修和 发展的影响具有重要意义。 1 高原和高寒环境的特点 高原和高寒地区因地势高而使 其地理环境和自然气候极为特殊、 复杂，并呈现如下特点。 （1） 大气压力低。 不同海拔的大 气压力是由当地单位面积上垂直空 气柱的重力所决定的。 一般情况下， 海拔每升高1000m，大气压力则下 降 9% 。 （2） 大气温度低。 据统计， 同纬 度地区海拔每上升1000m ，大气温 度则下降6. 5。 并且海拔越高， 年 低温期也越长，海拔4000m以上的 地区， 系固定冷区， 年平均气温在 4以下，冷期大于5个月；昼夜温 差越大，日温差可高达30，极端 最低气温低达2745。 （3） 空气稀薄， 空气中的含氧量 低。海拔每升高1000m，空气密度 下降梯度为10% 6% ，含氧量下降 10，在海拔5000m的地方，其空 气中的含氧量仅为海平面的53% 。 （ ） 降水量少， 蒸发量大， 气候 高 原 和 高 寒 环 境 对 车 辆 的 影 响 分 析 李思鼎陈国安 内容提要：本文简要分析了高原和高寒地区的气候、 地理特点， 重点分析高原和高寒环境对车辆性能、 使用、 维修和管理等方面带来的危害及影响， 旨在对车辆做到合理选用、 正确使用和科学管理， 发挥出车辆 的应有的效能。 关键词：高原和高寒车辆影响分析 干燥。 蒸发量一般大于降水量的5倍 左右，气候干燥，年平均相对湿度 不到50% 70% 。 （5）日照时间长，紫外线辐射 强烈。 由于高原地区空气透明度好， 所以日照辐射特别强，年总辐射量 比华北平原、黄土高原高 4. 2 16. 8kj/ m 2；辐射最强月是5月，辐 射量达7. 110. 5kj / m 2，海拔每上 升1000m约增加10% ，3000m以上 趋缓。 （6） 风力、 风速大， 风压小， 沙 尘多。年大风期长，最大风速20 28m / s，年平均风速3m / s ；海拔每 升高1000m ，风压则下降9% ，由于 植被少、 土壤及大气湿度小， 因此沙 尘量大， 沙尘量按地区不同， 是低海 拔多尘空气含尘密度的5倍以上。 （7） 水的沸点低。 海拔越高， 水 的沸点越低，海拔高度达4000m以 上时，水沸点已下降至90以下。 2 高原和高寒环境对车辆的影 响分析 2. 1 发动机动力性和经济性下降 对于压燃式的柴油机来说，在 压缩终了时，其缸内的气体必须达 到设定的压力和温度；另外，柴油 机的燃料特性决定其在气缸内是以 小颗粒和空气混合的，而非汽油等 馏出温度低的燃料和空气呈蒸汽状 混合，这就使得柴油与空气的配比 方面必须有较大的过量空气，以保 证完全燃烧。一般而言，在柴油机 最大扭矩点的过量空气系数应在 1. 5以上。 大气压力和含氧量随海拔 高度增大而减小的程度是明显的； 在海拔4000m的高原，气压仅为海 平面的61. 6% ，这对自然吸气式柴 油机是灾难性的。这就使得柴油机 在高原环境下的气缸充气密度降低， 过量空气系数减小，从而导致燃烧 不充分， 后燃性严重， 工作粗暴， 燃 油消耗量大，排气黑烟严重，废气 有害物排放量大大增加， 功率下降。 2. 2 发动机低温启动困难 在高原环境下，低温期的气温 很低， 极端最低气温低达27 45。由此会导致对车辆完成转移 和交通运输带来很大困难。 首先， 蓄 电池的工作能力下降。一般蓄电池 的标称容量是在30放电10h来确 定的 ； 据资料介绍， 气温每下降1， 蓄电池的容量下降1% 1. 5% ， 在柴 油机启动时，蓄电池放电快，极板 因负荷过大而产生弯曲，造成极板 的早期损坏。并且，随着温度的下 降，蓄电池电解液的粘度增大，电 阻率增高，蓄电池充电和放电时的 化学反应变慢； 因此， 在低气温下， 蓄电池的充电能力也会下降，且温 度越低充电能力越差，导致其总电 量不足；在启动时因电能不足，不 能达到正常启动时的有效工作转速 （约100r/ m i n） 。其次，启动阻力增 大。气温越低，柴油机润滑油的粘 度则越大。因此，各运动副因得不 到有效润滑而使柴油机的启动摩擦 技术与研究 42009-2 4 阻力明显增大。第三，柴油机难以 正常做功。在平原环境下，柴油机 在压缩终了时的气缸内气体压力和 温度均达到较高的程度 （如6135柴 油机在压缩终了时，其气缸内气体 的压力可达35mpa ，温度可达 450650，这个温度远远超出柴 油约300的自燃温度） ， 在这个压 力和温度下喷入雾化柴油即可正常 做功。但在高原环境下，由于大气 压力和温度均低，柴油机压缩终了 时的气体压力和温度均低于正常值， 着火延迟期增长；再加上刚开始启 动时曲轴的转速很慢， 气缸爆发、 做 功则更加困难。 综合这几方面的问题，柴油机 低温启动是很困难的。若不采取有 效措施而强行启动，则造成柴油机 缸内冷态磨损加剧，蓄电池放电强 度大、使用寿命降低，正常保养已 不能满足要求，启动电机低温超负 荷运转，会使启动电机的故障率大 大提高。 2. 3 散热冷却性能变差 冷却系统向大气散热的能力主 要取决于冷却液和大气的温度差。 海拔越高，水的沸点越低，冷却器 进、出口的温差缩小，势必影响冷 却器的散热效果。另外，由于高原 空气密度降低，使得冷却风扇的风 量减小， 多余的热量不能及时散发。 因此，柴油机、传动系统和液压系 统等容易过热。柴油机正常工作 时冷却系统防冻液的温度应该在 8595之间；液压油的温度控制 在50左右比较好；液力传动油的 温度一般控制在90左右，最高不 得超过120 ； 否则冷却系统就不能 保证车辆的正常工作。 2. 4 热负荷增大 由于缺氧， 气缸内充气量减少， 过量空气系数下降，可燃混合气过 浓， 柴油燃烧不易充分， 后燃严重， 造成气缸内积碳增多，进而增大了 发动机过热的可能性。各种油品的 粘度变化，不管是变得太小，还是 变得过高，都将因增加内泄漏或增 加流动阻力，而产生更多热能。 2. 5 匹配发生变化 2. 5. 1 涡轮增压器与柴油机的匹配 发生变化 由于高原空气稀薄、大气压力 低，柴油机增压后空气量和增压压 力会发生相应的变化。随着海拔高 度的增大，废气涡轮增压器与柴油 机的联合工作运行曲线向增压器高 转速、高压比方向移动，并逐渐向 喘振线靠拢，低速大负荷状态穿过 喘振线的可能性增加，导致增压器 压气轮出现喘振、废气涡轮出现阻 塞以及柴油机排气温度过高等问题， 并进一步影响到增压器与发动机的 正常工作。 2. 5. 2 柴油机与变矩器的匹配发生 变化 车辆在高原和高寒环境下使用 时，由于柴油机的实际输出功率下 降，外特性曲线发生变化，最大扭 矩转速增大，从而改变其与变矩器 的匹配。 （1）柴油机在高原寒环境下的 额定功率会下降，变矩器吸收的功 率减少，从而影响其输出特性，表 现为车辆驱动力不足，行驶速度下 降，牵引力和运行效率降低。 （2）高原条件下，柴油机的最 大扭矩点向高速段漂移，速度系数 减小，造成变矩器的失速点可能落 在最大扭矩点的后面，即变矩器零 速时柴油机的转速（对应变矩器的 传动比等于0） 小于高原条件下柴油 机的最大扭矩转速，从而导致车辆 在最大牵引运行工况时柴油机转速 急剧下降甚至熄火，这是动力匹配 中必须避免的。 （3）系统平衡温度向高温段移 动。这主要是因为：一是高原地区 空气重力风速降低，散热器冷却效 率降低，热平衡温度提高；二是由 于柴油机在相同的供油条件下，柴 油机的热效率降低造成散热量增加。 2. 6对材料性能的影响 由于高原日照充足、紫外线辐 射强烈及昼夜温差大，会产生老化 反应和物理化学反应，使外露橡胶 件易于老化、绝缘损坏、电器性能 改变， 失效速度加快； 油漆易起包、 脱落。低温使暴露在空气中的无热 源到达的金属和非金属零部件易产 生冷脆现象，车辆在大负荷及撞击 情况下，其结构件易因材料的低温 脆性而损坏， 影响工作的可靠性 ； 另 外车辆的各零部件在维修时因为分 拆、 连接、 紧固而发生脆性破坏。 低 温使各种油料 （如润滑油、 润滑脂、 液压油、 液力变矩器油和柴油等） 粘 度普遍增大。 2. 7对液压系统的影响 液压系统与发动机匹配发生变 化，各液压缸、液压马达等执行元 件的动作随海拔高度的增加而变得 趋于迟缓；在海拔3000m以上，在 重载条件下， 不能有效举升或行走。 受高原气压的影响，液压油箱内压 力不足，加上起动时液压油的粘度 大，液压油泵（特别是柱塞泵）的 吸油性能则会变差，也就是常说的 吸空。高原环境中的沙和尘埃进入 液压系统， 不仅加速各元件的磨损， 尤为严重的是它们进入到节流缝隙 和小孔，很可能会引起堵塞，从而 导致液压系统出现功能障碍，严重 影响车辆的使用可靠性。 2. 8 对保养、维修工作的影响 高原环境的特殊性，对车辆使 用可靠性的影响是比较大的，故障 率相对平原地区明显提高 ； 例如， 气 温低，柴油机燃料易冻结、车辆不 易启动， 起动机及起动线路易损坏， 冷却系统元件也易于冻坏；燃料燃 烧不充分， 气缸、 活塞积炭增多， 喷 油嘴孔易堵塞、缸套磨损加剧；风 技术与研究 442009-2 5 沙大，润滑油脂易遭污染，加速各 摩擦副的磨损；等等。因此，车辆 的保养、维修工作量明显增大，保 养、维修的要求明显提高。 2. 9 对车辆整机的影响 高原和高寒地区的道路状况很 差， 路面窄， 路况差， 弯多且急， 许 多地段仅能单车通行，还有的地方 是砾石路和石阶路。一到冬季大雪 封山，多数路段无法通行；夏季洪 水多、且翻浆和过水路面较多，这 对车辆的通行产生了很大的阻碍， 在组织交通运输任务时，不仅车辆 运行困难，而且损耗大，机动灵活 性差，有时根本无法运行或行驶。 2. 10 对车辆使用人员的影响 随着海拔高度的增大，大气压 力和氧分压都会逐渐降低。在我国 的西北和西南，有许多高原地区的 海拔高度都在3000m以上，空气稀 薄， 氧分压远低于海平面氧分压， 对 于在高原和高寒地区进行车辆操作 使用和维护保养的人员，会引起智 能和体能的下降， 出现呼吸困难、 头 痛、 头昏、 恶心、 厌食、 呕吐、 乏力、 易疲劳、 嗜睡等高原反应， 产生高原 缺氧综合症。 因此， 他们往往只能维 持一些轻微的体力劳动。再加上受 高原地区寒冷、 大风、 干燥、 太阳辐 射、 紫外线和电离辐射等的影响， 将 随着我国城市机动车拥有量的 快速增长, 城市交通问题现已普遍 受到关注。我国的国情决定了解决 城市交通问题的出路在于优先发展 城市公共交通。 到2010 年, 我国城 镇化水平将达45%左右, 城镇化水 平每提高1 个百分点, 城镇人口新 增1000 万人。 届时， 我国城市客车 的保有量将达35万40万辆, 年运 送旅客将达500亿人次, 城市公共交 通在特大城市交通总出行比例将达 30%以上, 在大中城市将达到20% 以上，基本确立公共交通在城市交 ck 6100g 3系 列 城 市 客 车 的 开 发 与 设 计 林 敏刘 丹 内容提要：本文简要介绍了ck 6100g 3城市客车的研发过程、结构特点及技术参数 关键词：城市客车设计性能参数 通的主体地位。在大型客车中增长 最多的是公交客车，占46. 39% ，其 中以1011m系列车型的增量为最 高，占了58. 4% ，说明在大型公交 车中还是以1011m系列车型为 主。 湖南株州南车时代电动汽车股 份公司根据市场发展的需求, 成功 研制了10. 5m级ck 6100g 3 系列城 市客车。 该车采用方基调时尚外观， 内饰简洁舒适,选用钢板弹簧悬架， 多种发动机可供选择, 可满足各种 城市客车的需求。外形如图1、图2 所示。 1 开发目的和原则 根据市场调查和城市客车的发 展趋势, 结合长株潭地区国家“两 型”社会试验区目标市场和潜在市 场对车辆配置要求, 确定了项目开 发的总体目标。主要技术参数及性 图 1 ck 6100g3城市客车 能要求、车厢布置、车厢装备服务 设施以及乘务电子化的要求应满足 cj /t 162- 2002城市客车分等 级技术要求与配置 。 为了达到提高 生产效率和产品质量, 降低产品成 本, 尽力做到产品系列化、 标准化、 模块化等目标，该城市客车配置有 多种国发动机 ,压缩天然气 (cn g ) 、液化石油气(lpg ) 、串并 联电动均可，可以安装gps、多媒 体移动电视、can总线、空调、暖 风设备、abs、缓速器、集中润滑 系统，可满足不同城市不同用户的 需求