高寒地区公路施工机械选型与配套研究

山西农业大学工程技术学院毕业论文1. 概述1.1高寒地区气候1.1.1高寒地区的气候特点高寒地区有着独特的气候条件，具体表现在:大气压力下降、空气密度减少、氧气含量不足、平均气温偏低且昼夜温差大、低温期长、长年冻土地带面积大和风沙大等现象。（1） 海拔变化与大气压、水沸点及含氧量变化大气压p，空气密度与含氧量变化与海拔变化的关系见表1表1 海拔变化与大气压、水沸点及含氧量的对应关系海拔/m010002000300040005000大气压/kPa101.390.079.270.161.654.0水沸点/100.096.693.390.086.94.0含氧量(gm)T=0299.3265.5234.8209.6182.1159.7T=-20323.0280.5253.4233.4196.4172.1（2） 海拔变化与大气、地表温度变化海拔每升高1000m，年平均气温下降57。年低温期长，昼夜温差大，海拔4000m以上年平均气温-4以下。（3） 海拔变化与风沙变化海拔每升高1000米，风压下降9%;沙尘量比低海拔多尘空气含尘密度大5倍以上。图1 p，随海拔高度的变化规律 （4）海拔变化与太阳辐射能辐射最强月是5月，辐射能达71105kJ/（m),海拔每升高1000m约增加10%,3000m以上趋缓。1.2高寒气候对公路施工机械的要求1.2.1公路机械在高寒地区施工时的技术措施为了保证高寒地区施工的工程机械有良好的技术使用性能，应进行以下的一些技术措施。为恢复发动机所损失的功率，针对高寒地区空气稀薄的特点，应保证油气混合比适当，保持发动机功率，节约燃料，未安装空气增压器的发动机需适当的减少供油量。在海拔2500米以上地区作业的机械，还应适当的增大发动机点火（喷油），如在可能条件下，没有增压器的发动机应设法加装增压器。对化油器式发动机，由于海拔高，发动机压缩压力较低，火花塞点火后反应比较慢，在工作过程产中机械的做功功能力就降低。应将点火提前，可延长燃烧时间，增加燃烧完全的程度，因而可弥补因气压降低而降低缺陷。其次，为了使混合气成分正常，可以适当的调稀混合气，调稀混合气虽然会使火焰传播速度降低，发动机功率也随着降低；但是燃油的燃烧比较完全，热效率高，节约燃油消耗。调整稀混合气的方法是：利用主量孔节制燃油的进入，通过加入空气的方法减少燃油以达到调稀的目的。在闭式的冷却系中，亦可增强加水盖蒸气阀弹簧的压力，使阀开启压力增高，提高水的沸点，使其不致过早沸腾而溢出。如有可能应装设冷却系冷凝设备使水不致损失太多。由于冷却水蒸发迅速加添冷却水频繁，冷却系的水垢大大加快。因此，清洗周期应比普通情况下提前一半的时间，蓄电池的电解液也应及时补加蒸馏水。对机械传动和机械操纵部分的保养主要是勤加检查和调整，如制动，转向等。凡采用气力传动或气制动的机械，要注意气压应符合操纵机械应用的气压，以免影响安全施工。在可能范围内尽量不要选用这类机械在高寒地区施工，液压式制动应每天检视气制动总泵内的油面。由于大气压力低，轮胎的充气不可太足。1.2.2高寒地区公路施工机械使用的注意事项在低温寒冷地区雨雪较多，工程机械行驶时的滑溜危险将增加。润滑油的粘度增大，影响机械的安全性和经济性，为此应对下列机构进行必要的保养和处理。（1）传动系统的润滑和保养工程机械进行冬季施工时，应对动力传动系统的变速器，分动箱，减速箱，主传动器等的润滑油液需按地区更换冬季润滑油，轴承应更换用冬季用的低凝点的润滑油脂。其次还必须清洗机油粗，细滤清器，以减少润滑油阻力。有的柴油机在进入冬季运转时应注意将滤清器座上的转换开关，转向“冬季”使用位置。（2）操作系统的保养和处理底盘操纵机构包括制动，转向和行走机构等装置，为了使制动可靠，操纵轻便以减少机械制动时的摩擦，液压制动传动装置要换用低凝固点的制动液。保养时可拆洗空压机的空气滤清器，必要时更换滤芯，以免受低温影响引起冰冻而阻塞通路。对行走机构主要是减震器的油液不可受低温影响而变稠，以免引起悬挂机构的刚度增加。因此应做到轮胎的气压应相等，以减少汽车制动时的侧滑。此外，其它转向装置，如应检查前轮定位接触，以使机械行驶稳定，操纵轻便。为使传动灵活，转向机应经常性润滑，还应勤加检查和清洗其污泥。（3）液压系统在寒冷季节的使用和保养要保证冬季施工时机械液压系统的正常工作，关键在于选择适合低温条件下使用的工作油液，同时也要对系统采取保温措施，这样就使工作油液在寒冷季节，既具有流动性，也具有适当的粘度，以保证系统的传动效率。 图2 液压系统冬季施工外界气温较低，而工作油液在工作时又具有一定的工作温度，所以要注意储油箱，管道内空气冷凝成的水分混入油中而降低工作油液的质量。液压系统中各密封元件主要是橡胶制品，在严寒气温下，容易发脆变质，因此会使其密封性能降低，易发生渗漏，又增加了金属零件的磨损。因此，对液压系统必须加强检查和保养，液压系统的高压软管，大都与机械的运动部件连接，低温条件下，橡胶制品大都变脆，因此冬季施工，要防止高压软管的破损和断裂，必须经常检查。在高寒地区，冬季气候较干旱，特别是风沙较大，所以对液压系统的外部清洁工作也应加强。通过对高寒地区的气候概况的资料分析，针对大气压力下降、空气密度减少、氧气含量不足、平均气温偏低且昼夜温差大、低温期长、长年冻土地带面积大和风沙大等现象提出了课题。这就要求在保证机械稳定、效率的前提下对比了最优的选择。在高寒地区雨雪较多，长期道路处于湿滑状态，为了保证高寒地区施工的工程机械有良好的技术使用性能，所以对公路施工机械提出了相关的技术要求和注意事项。一般要对传动系统、操作系统、液压系统进行定期的检查和保养。比如:到了冬季要加冬季润滑油，液压制动传动装置要换用低凝固点的制动液，通过分析、论证在不同海拔、不同气温两个主导因素影响下各机械生产率降低的一般规律，并从施工机械环境适应性、施工生产能力及施工方案经济性和施工组织管理水平等多个方面对不同种类机械之间进行机械化施工系统施工机群配置，使其在适应高寒地区施工环境的前提下，系统运行相对稳定。西部高寒地区公路施工，无论是高寒地区的施工机械或者普通型施工机械，都要在很大程度上受到高寒环境的影响和制约，具体的影响与制约表现为施工机械生产率有不同程度的降低。如何确定这些因素对施工机械使用性能，也就是生产率的影响；如何根据施工现场的现有的环境与气候条件，合理地选择施工机械和配置机械，使它们协调有序的施工，这也是当前对我们提出的问题。2.高寒地区的公路施工机械选型2.1高寒地区装载机的选用选用装载机时应综合考虑如下因素：（1） 根据工作环境选用装载机类型路面环境决定选用的机械类型，如铲装路面很差（多石渣，稀泥等），或者虽然铲装路面好，但石头较多，往往选用履带式而不选轮胎式装载机；如果工作场地平板拖车无法行进，往往选择轮胎式装载机。（2） 根据工作对象选用装载机型号一般的，装载机的额定载重量越大，其铲装硬土的能力越强，因此如果是铲装松散物料，工期不受限制。往往选用小型装载机比较经济；若铲装硬土，则往往选用中型以上装载机；有时为了赶工期或者充分利用工程机械，往往会先用推土机将硬土推松，然后用装载机实施铲装，此时装载机的选用则会更广泛。（3） 根据自卸车数量和装载机生产率来确定装载机台数一般的，受道路和施工场地的限制，在施工中自卸车的数量和载重量受限。因此，与之配套的台数必须满足下列计算式：式中：X自卸车台数 Y自卸车生产率 Q所选装载机生产率 n装载机台数若自卸式行驶路程和施工场地不受限制，则装载机数量的确定主要根据工期和自卸车的拥有量来确定。2.1.1装载机作业时的总体受力分析（1）受力分析对装载机总体受力分析的目的是确定总体受力最大的施工工况。对于配合搅拌机上料作业的全轮驱动轮胎式装载机，总体受力最大时的工况主要有以下两种典型作业工况。1）铲斗插入料堆工况装载机沿水平面以一定速度前进，铲斗缓缓插入料堆。此时铲斗插入料堆的阻力F为： (1)式中：铲斗F铲斗插入阻力 K被铲掘物料的块度及松散程度影响系数 K物料种类影响系数 K物料高度影响系数 K铲斗形状系数 铲斗插入料堆深度 B铲斗宽度2) 装载机插入料堆后，停止前进，提升动臂。此时作用在装载机的铲起阻力F为:F=22BK (2)式中: F 铲起阻力，N.K 开始提升时物料的剪切应力，Pa.（2）装载机的发动机功率1）装载机行走所需功率PP= (F+F)(1-)/3600 (3)F=fGcos (4)式中：P装载机行走所需功率，kw F最大插入力，N F滚动阻力，N作业速度，一般取=35km/h 额定滑转率，轮胎式一般取0.30.35,履带式一般取0.15传动系统总效率，机械传动一般取0.850.88，液力机械传动一般取0.600.75F 滚动阻力系数G装载机的总重量，N运动表面与水平面的夹角2)油泵所需功率PP= (5)式中：P油泵所需功率，kw; F 油泵输出压力，MPa;Q油泵理论流量，L/min; 油泵机械效率，=0.750.85;3) 发动机附件消耗功率P一般可按发动机额定功率的10%计算。4)装载机的发动机总功率PP=P+P (6)2.1.2高寒气候对装载机铲装作业的影响若不考虑油泵所需功率P和发动机附件消耗功率P，并以“H”代表柴油机标定功率受影响的海拔高度；“0”代表柴油机标定功率不受影响的海拔高度，对非增压柴油机为海拔0300m范围，对增压柴油机为海拔01000m范围。则可得下式: (7)根据装载机的总体受力分析，最不利工况是铲斗插入料堆工况和装载机停止前进，提升动臂时的作业工况。因此，高寒环境对装载机主要影响为动力不足，装载机的铲斗不能满载，表现为装载机插入料堆的深度降低，而对装载机速度的影响则忽略不计。在高寒地区，装载机插入料堆的深度降低，使得装载机铲装的斗容降低，斗容的降低直接影响装载机的作业生产率。高寒环境对装载机生产率的影响在沥青混凝土路面施工中，轮胎式装载机配合搅拌设备上料的生产率可按下式计算:Q= (8)式中：Q生产能力，m/hq铲斗容量，mk铲斗系数，取0.8作业效率，取0.60.8T循环时间,s其中 ,T可按下式计算:T=/+/+t (9)式中：料堆至搅拌机配料斗距离，m,前进速度，一般取0.180.22m/s返回速度，一般取0.240.25m/s.t固定时间，即旋转、装斗、翻斗时间，一般取35s .若不考虑装载机在作业中行进速度的变化，则可认为T=T (10)根据公式(8)、公式(9)和公式(10)，高寒地区装载机的生产率与平原地区相比可按下式计算=（） （11）式中: 高寒地区装载机的生产率与平原环境时的比值 。据本上述分析表2和公式(11)，可得装载机油耗增长系数随海拔高度的变化见下表3所示。表2 装载机(非增压柴油机)生产率折减系数海拔/m03005001000150020002500300011.0151.0531.091.1281.1651.203表3 装载机(增压柴油机)油耗增长系数海拔/m01000150020002500300035004000450011.0081.0151.0231.0301.0381.0451.053以上表2，表3即为在不同海拔高度下装载机配合沥青混合料搅拌机上料作业的生产率折减及油耗增长情况。根据表中数值，当搅拌机的生产能力确定时，即可对装载机的数量及施工成本进行分析计算。2.2高寒地区铲运机的选用铲运机主要根据行走方式，卸载方式，行走装置，铲斗容量，操纵方式，装载方式等进行分类。我在这里以行走方式分。按行走方式不同分为拖式和自行式两种图3单轴拖式图4双轴拖式图5单发动机自行式拖式铲运机：通常拖式铲运机由履带式拖拉机牵引，它具有附着能力大和爬坡能力强等优点，在短运距和松软潮湿地带工程中普遍使用。按行走装置可分为履带式和轮胎式两种，其本身具有行走能力。履带式自行铲运机又称铲运机。它的铲斗直接装在两条履带的中间，适用于运距不长，场地狭窄和松软潮湿地带工作。轮胎式自行铲运机按发动机台数又可分为单发动机，双发动机和多发动机三种。轮胎式自行铲运机具有结构紧凑，行驶速度快，机动性好等优点，在中距离的土方转移施工中应用较多。2.2.1高寒地区铲运机的选用原则根据工程施工的自然条件以及铲运机的性能和特点进行合理选型失去的铲运机施工最高经济效益并发挥其最大生产率的关键因素之一。1）按运动距离选用铲运机的经济运距是选用铲运机的基本依据。在1002500范围内，土方工程最佳的装运设备是铲运机。一般情况下，小斗容量（6 m）铲运机的最短运距应大于100米为宜，而最大距离应小于350米。其最经济的运距为200350米；大斗容量（1030 m）铲运机的最短运距为800米。2） 按铲装材料的性质选用铲运机最适宜在含水量为25%以下的松散砂土和粘性土中施工，而不适合在干燥的粉砂土和潮湿的粘性土中施工，更不适合在地下水位高的潮湿地带，沼泽地带以及岩石类地区作业。链板装载式铲运机装载物料的范围较广，除装普通土外，它还可装载砂，砂砾石，级配良好的小石渣以及经良好破碎的石料等混凝土骨料，但不宜用于大的鹅卵石，石渣和潮湿粘土等的施工。3）按机种选用铲运机类型主要根据使用条件选择。双发动机铲运机可提高功率近一倍，并具有加速性能好，牵引力大，运输速度快，爬坡能力强，可在较恶劣地面条件下施工等优点，但其投资大。所以，只有在单发动机式铲运机难以胜任的工程条件下，双发动式铲运机才具有较好的经济效果。提高生产率的措施为改进铲斗结构和形状是提高生产率的重要措施之一，一般采用的改进方法是：用带齿的和其他形状的刀片，松土齿改变切削角等，以降低切削阻力。采用曲面的或可移动的斗底，伸缩式铲斗，双后壁铲斗等，以减少铲装阻力。使用滑板以及带式和链板式支乘装置配合斗门共同工作，以降低斗前堆积土的推移阻力。2.3高寒地区压路机的选用2.3.1高寒地区压路机的受力分析（1）压路机的牵引力与牵引功率压路机施工有两种典型工况，即压实作业工况与运输转移工况。压路机在压实作业时，由于铺层材料松软，需要克服很大的滚动阻力，还要伴随着振动压实，此时使用低速档行驶。压路机在转移工地时，需要克服的仅有较小的滚动阻力，此时可以用高速档行驶，遇有陡坡或难行路段可减速以增大牵引力。压路机依靠其滚轮与地面的相互作用所发出的牵引力来完成其滚动压实作业。压路机在行驶过程中的任何瞬间，其牵引力恒等于所有行驶阻力之和，发动机输出的功率恒等于所消耗的功率之和。根据牵引力和所消耗功率的大小，可以分析压路机的技术性能及选定发动机的额定功率。1） 压路机行驶过程中的阻力压路机在行驶作业时，在机器上作用有以下几种外部阻力：滚动阻力F，坡道 阻 力F，惯性阻力F，辅助工作装置的工作阻力F，迎风阻力F。2）压路机压实作业时的总牵引力和牵引功率从动力学的观点看，压路机在行驶过程中存在着抵抗机器前进的外部阻力和推进机器前进的切线牵引力，在把惯性力也视作外部阻力的情况下，这两者总是相互平衡的。外部阻力与切线牵引力的关系用牵引力平衡方程式表示，此方程式具有以下形式:F=FF F F F (1)式中: F切线牵引力，N。F前面符号上坡取正、下坡取负。F前面符号加速取正、减速取负。此牵引力平衡方程式尚不能反映全部的能量消耗形式，例如未计入驱动轮滑转的能量损失，因此在确定发动机功率和讨论牵引效率时，还应使用牵引功率平衡的概念。驱动轮滑转引起的功率损失P为:P= (2)式中：P驱动轮滑转引起的功率损失，kw行驶速度，km/h驱动轮的滑转率，压路机压实作业时取=0.0 5， 路面行驶时取=O发动机传给驱动轮的总牵引功率P应为:P= (3)P驱动轮的总牵引功率，kw压路机在压实作业时，切线牵引力需克服滚动阻力、坡道阻力及加速惯性阻力，并且伴随有滑转引起的功率损失。（2）压路机发动机功率的计算在研究了压路机的牵引平衡和振动功率计算之后，就为发动机的功率计算创造了条件。但是，发动机功率决不可以是各种最艰难条件所消耗功率的简单叠加，而应按不同的工况条件予以分析计算。发动机的输出动力应能克服压路机的各种行驶阻力和振动阻力，以及供给驱动各辅助系统所需要的动力。压路机在各种不同的工况，将发生不相同的功率消耗因素。因此，在计算压路机的发动机功率时，应按这些不同消耗因素的组合相加，分别计算出各种工况的所需功率。然后，按其中较大的组合功率为依据确定发动机的额定功率。压路机的作业工况分为初步压实(压第1,2遍)和正常压实(压第38遍及以后)，他们的区别在于滚动阻力系数不同和是否使用振动压实。1) 压路机初步压实时的功率计算压路机在进行初压时(第1,2遍压实作业)，铺层材料呈松散状态，地面的滚动阻力系数大，工作速度较低。因此时振动压实效果不大，且易陷住机器，故一般不使用振动。在忽略滑转率的情况下，总功率计算式为:P= G(fcos+sin)+W+P (1)式中：P压路机的总功率，kwG 压路机的总载荷，G=Wg,NW 压路机的工作质量，kg,f初步压实时的滚动阻力系数，压实基础取0.15,压实路面取0.13初压时(第1,2遍压实作业)碾压速度，静力式光面压路机和中型振动压路机取1.53km/h, 轮胎压路机和重型振动压路机取35km/h, 平道压实取大值 ，坡道压实取小值。发动机到驱动轮的总传动效率P转向泵及其他辅助液压系统消耗的功率，kw 压路机的辅助液压系统包括转向泵、冷却泵等，功率消耗应按下式计算:P= (2)式中：F液压泵的工作压力，MPaQ液压泵的理论流量，L/min发动机到液压泵的传动效率。2) 压路机正常压实时的功率计算压路机在进行第38遍压实作业时，振动压路机要作振动压实，高频率振动压路机的行走速度可以稍高些，但地面的滚动阻力系数却随压实遍数的增多而下降，并在行走加速时不振动，而振动压实时不加速。此时振动压路机的总功率计算式为:P=G(fcos+sin)+P+ P (3)式中：P压路机的总功率，kwf压实第38遍时的滚动阻力系数，取0.10第38遍的碾压速度，路面振动压实取46km/h。 平道压实取大值，坡道压实取小值。P计入传动效率的振动压路机振动功率折算值,kw3)压路机最终压实时的功率计算压路机第8遍以后的压实直到压实终了，滚动阻力系数大大减小。在平原环境下，压路机的总功率消耗较第38遍压实时有所下降。在高寒环境下，压路机的功率下降很多，应对压路机发动机的功率进行计算。在忽略滑转率时，压路机的总功率计算式为:P=G(fcos+sin)+W+ P (4)式中：P压路机的总功率，kwf最终压实时的滚动阻力系数，约0.07第8遍以后的碾压速度，km/h发动机到驱动轮的总传动效率。 2.3.2高寒环境对压路机性能的影响（1）高寒环境对压路机压实沥青混凝土路面作业的影响在高寒地区沥青混凝土路面施工中，为了达到路面压实所需要的振幅和频率，保证路面压实质量，振动压路机的振幅和频率不能改变，振动功率不变，这样只降低行走系统的功率，即通过降低压路机的工作速度来保证压路机在高寒地区的压实要求。（2）高寒环境对碾压速度及油耗率的影响1）高寒环境对压路机碾压速度的影响压路机碾压速度在高寒地区和平原地区相比可按下式计算：= （1）式中：不同海拔高度，压路机碾压速度的折减系数2）高寒环境对压路机油耗率的影响压路机是以柴油机作为其动力装置，因此其油耗率的增加也就是柴油机油耗率的增加，即u= (2)式中：u不同海拔高度，压路机油耗率的增长系数g压路机的油耗率2.4高寒地区公路施工机械选型中应注意的问题西部高原地区的高寒环境特点与普通地区气候特点有极大不同，在进行公路施工机械选型中，应根据具体的环境特点具体选择机械设备。提出了公路施工机械选型中应注意的几个问题：（1） 抗滑性能要好 抗滑性能是指车辆轮胎受到制动时沿表面滑移所产生的力。通常，抗滑性能被看作是路面的表面特性，并用轮胎与路面间的摩阻系数来表示。高寒地区平均气温低，常年冻土带面积大。因此，公路施工机械在选型过程中，应注意其抗滑性能，抗滑性能的好坏直接关系到公路工程施工质量。公路施工机械应采用抗滑性系数较高的材料，以增大机械设备与冻土层之间的摩擦力。或者采用增大轮胎与地面接触面积的方法来提高机械的抗滑性能。有时，也可利用抗滑试验机来检测机械设备的抗滑性能指数。总之，抗滑性能越好，机械设备在高寒地区施工中越有利。在进行公路施工机械选型中，抗滑性是首先需要考虑的因素。（2） 启动性能要好公路施工机械在高寒地带使用时，由于缺氧等特殊的气候条件的影响，存在着启动困难的问题。为了启动机械，人们通常采用火烤油底壳和进气管、给发动机灌热水以及推车、拖车、溜坡等落后方法，这些方法不仅费力费时、费燃料，而且一旦操作不当，极易发生火灾，很不安全。因此，在高寒地区进行公路施工机械选型过程中，应选择启动性能好的机械。此外，还可采用以下方法提高机械的启动性能。（3）应装有冻土开挖机构在西部高寒地区，若要进行公路机械化施工，则线路位于多年冻土区地段，且穿越冻土区边缘的冻土地带及融区。该地区多年冻土的退化和融蚀，季节融化层的冻结和融化，不良冻土物理地质现象等均对公路工程建设产生非常大的危害，使得在高寒地区的机械选型有别于一般地区。高寒地区冻土面积广大，在进行公路机械化施工中，机械设备应带有冻土开挖的机构，才能正常进行施工作业。冻土开挖时，最好采用推土机，推土机较适于冻土开挖，另外，还可在装载机，平地机，压路机等机械设备上装上冻土犁，冻土锯，冻土钻，冻土铲，松土器等，将其改装成适合高寒地区使用的特使机械。这样才能保证在进行冻土开挖，填筑，碾压等作业时，机械施工能达到规定的技术要求。在高寒地区公路施工机械的选型过程中，除尽量选用装有冻土开挖机构的机械外，还应在施工中采取有效技术措施，消除冻土危害，力争使机械设备在施工中发挥字大效能。 图6 挖掘机松土器（4）制动性要好机械在高寒地区行驶，制动频繁，特别是长下坡时，制动蹄摩擦片持续高温，摩擦加剧，常有破裂现象。气压制动的机械，因高寒空气稀薄，空压机供气压力不足，而且制动频繁，增大了用气量，常常不能保证机械安全制动。在高寒地区使用醇型制动液的机械，制动管路常发生气阻现象，使制动失灵。可采用发动机排气制动进行辅助，利用关闭发动机的排气通道来牵阻发动机的转速，以达到控制车速的目的。带真空助力器的刹车系统，因真空度下降，制动效果变差，应引起注意。使用机械时，可采取适当减小油门，降低档位，减少工作装置工作力度等措施来确保机械的运行正常。高寒地区空气稀薄，而此地区机械制动频繁，用气量增大，因此，在进行高寒地区的公路施工机械选型时，应选择制动性能好的机械，还应经常检查制动系统的安全性。此外，最好选取综合性能优良的高原型专用设备，以避免高寒机械故障，保证设备的完好率。总之，公路施工机械的制动性是机械选型中应考虑的一个重要问题。只有具有良好的制动性，机械设备在高寒地区的施工过程中才能正常进行施工作业。 (5) 散热效果好高寒环境大气压低，水的沸点降低。柴油机经过长期运行后，在气缸体、气缸盖的水套中以及散热器、机油冷却器和水道等内表面形成水垢，严重影响柴油机的冷却效果，使柴油机过热。该平地机冷却风扇、散热水箱与发动机之间被柴油箱与液压油箱隔断，发动机无法被风扇直接吹风冷却，完全依靠水箱散热和机体自身散热，故水箱散热效果至关重要。在同样匹配功率下，在高寒地区工作，散热水箱应比常规增大散热面积15%。由于该车采用的是冷却风扇水箱液压油散热器的排列方式，故液压油散热器的温度直接影响水箱散热效果。因此，在进行高寒地区的公路施工机械选型中，应选择散热效果好的机械。通过查找相关的数据资料结合西部高原地区高寒环境特点，分析了高寒环境对工程机械使用性能的影响，介绍了公路施工机械在高寒地区施工时的技术措施和提高高寒地区公路施工机械性能的方法。又了解了高寒地区的公路施工机械，主要有装载机，铲运机，压路机等。再根据具体情况最佳的选择机械，就能更好的发挥机械的作用以及延长机械的使用寿命。在建设中机械的选型的意义与重要性现代化施工建设是当今公路建设的发展主流，而机械化施工是公路施工建设的重要措施与手段，使公路建设发展的必然趋势。大的建设项目特点是工程量浩大，工程质量要求高，施工技术工艺复杂，建设周期短，施工难度日趋复杂。而在今天的社会企业更加注重施工的质量与经济效益。在工程建设中，机械化程度愈高，工程施工中机械完成的实际工作量占总工程量的比例就愈大。机械化施工程度的高低，在一定程度上反映出工程施工快慢，施工质量的高低，施工效益的好坏。要提高机械化施工水平，我个人认为必须从以下几方面入手：首先，提高机械化装备水平。在机械化施工中，没有机械，就无从谈论机械化施工；没有良好的机械化施工设备，就无从谈起较高的施工机械化程度。对能够采用机械化施工作业的，应该尽可能采用机械化施工，这样就可以替代或者减轻繁重的体力劳动，加快施工进度；同时使用机械化施工更缓解了人力资源的不足。其次，选择最适宜的施工机型与机种。根据不同的施工对象与要求，选择不同的施工机械，使机型与机种更加适宜工程施工的要求；并合理组合各种机型与机种，充分发挥各种机械的效能，保证工程质最终获得更高的经济效益。再者，合理的工程施工应该是有组织计划的。公路工程施工不仅受各种自然因素的影响很大，而且工程量大，战线长，机械设备数量多，种类复杂。结合实际的施工条件，用先进的机械化施工设备装备施工队伍；加强施工设备的使用和维护，维修等管理，是提高机械化施工水平的一种途径。3.高寒地区路面机群配套研究3.1概述3.1.1公路施工机械的使用性能施工机械的施工对象是各种公路工程项目，当今公路工程施工系统，实际上是由众多的，不同种类和型号的施工机械所组成的机械化施工系统。各种施工机械都有着其独特的技术性能，为了正确的使用施工机械，取得良好的实物成果和经济成果，了解施工机械的使用性能是非常重要的。施工机械的使用性能主要有牵引特性，动力特性，机动性，稳定性和经济性等。牵引特性是反映施工机械牵引性能和燃料经济性最基本的指标。牵引特性以牵引特性图解曲线形式表示，它反映在一定的地面条件下，在水平地段以全油门作等速运动时，机械各档速度下的牵引功率，实际速度，牵引效率，发动机油耗量，发动机功率等。它直接影响着机械的作业性能与作业效率。牵引特性曲线是施工机械的基本技术指标，无论在机械设计中还是机械的使用中都是十分重要的。在使用过程中，牵引特性有助于合理的使用机械，有效的发挥它们的生产能力，在组织机械化施工时，牵引特性也常常是解决各种合理配合的基本依据。机动性是反映施工机械在直线行驶时的稳定性和在狭窄地点转向和通过的能力。机动性与操纵性有很大关系。操纵性是以最小转弯半径来评价的。机动性影响施工机械的适用程度。稳定性是表明施工机械在作业过程中燃料消耗是否经济合理。它通常用两个指标来评价；一个是发动机油耗率，即每千瓦小时所消耗的燃料的克数，这一指标可以用来比较相同机种不同型号机械经济性的好坏；另一个指标是发动机油耗量，即发动机每小时所消耗的燃料的千克数，这一指标可以用来核算作业成本。3.1.2提高高寒地区公路施工机械性能的方法工程机械在寒冷季节使用时，由于气温过低而影响到燃油蒸发，并使发动机热量损失增加，传动机构和行走装置内的润滑有的粘度增大，轮胎与地面的附着情况不良，以及蓄电池的工作能力降低等，结果导致发动机起动困难，机件磨损急增，燃料消耗量增大，以及安全性降低等现象发生，为了保证工程机械在寒冷季节和地区安全而经济的使用，提高高寒地区公路施工机械的性能，则必须采取必要的措施。（1）发动机保温与防冻发动机保温的目的是尽量减少传给周围冷空气的热量，保证发动机工作的正常温度，发动机冷却水的正常温度，应保持在80100之间，发动机罩下面的空气温度为3040，此时发动机可发挥全部功率，燃料消耗最近经济，磨损也不大，如温度降低，则发动机工作条件变坏。例如当冷却水的温度降低至4050时，燃油进入发动机进气歧管时的蒸汽率降低（汽油机），混和气形成变坏，结果使燃料消耗量增加8%10%，成液滴状的燃油进入气缸后会冲洗气缸壁上的油膜，并渗入曲轴箱内冲淡了润滑脂，使零件的磨损量增加6080%。为了使发动机在工作中保持正常的温度，且停机后易于起动，必须采取必要的保温和防冻措施。在冬季施工时，首先必须确保发动机的清洁，特别是冷却系统中的起动加温装置（如利用起动发动机的排气余热加热主发动机的进气管等）和节温器，散热器的百叶窗和起动保温帘应完好，发动机罩应完好，发动机罩应完好无缺，并在发动机罩和散热器罩上加装保温套。机械在较长时间停止运转时，为了防止发动机冰冻，冷却系应及时放水（必须打开所有的排水阀）或加注防冻液。冬季发动机停车后，发动机的温度降至5060时，方可放出冷却系统内的水。（2）发动机在低温起动时的调整发动机在低温时起动较困难，又加冬季蓄电池放电较快，功率下降，因此，在起动前应首先检查好蓄电池，低温时蓄电池电解液的比重过低，会造成蓄电池冻结，所以在冬季时，为了克服蓄电池放电较多，可以适当的提高发动机的充电压，调节发电机的调节器，使节压器早充电电路上的电压较夏季高0.6伏。其次对发动机燃料系，点火系进行必要的调整，特别是化油器式发动机，在化油器方面可适当升高浮子室平面高度与加速油泵行程，使混和气的混和比适应低温需要。点火系为便于低温起动，应适当增加断电器触点，触点间隙可调整为0.30.4毫米，以增强点火花的强度。3.2高寒地区机械设备配套3.2.1机械配套的目的 公路工程机械化施工，是由多种机械协同作业的，如何发挥统一工程中多种作业机械的最大效率和良好的经济效益，是机务管理人员的重要研究课题之一。尤其高等级公路机械化施工机械的配套，不但要考虑到工程数量，施工方案，施工工期，同时还要考虑到当地的水位地质情况，工程质量标准及本单位现有机械设备等，在品种及数量上是否能满足配套的要求。不同的机械施工工艺，还要有与之相适应的机械配套的要求。不同的机械施工工艺，还要有与之相适应的机械配套方法，以满足施工中各工序的需要，包括工程进度及施工质量的要求等。因此，机械施工中的重要一环，就是根据施工条件，对施工机械进行优先选择和配套组合，使其发挥最佳效能,并取得良好的经济效益。3.2.2机械配套的基本原则（1）各配套机械必须满足的基本条件。1）各机械的技术规格必须满足既定工程的技术标准要求；2）在条件允许的条件下，尽可能采用重型机械，并保证为其安排足够的工程量；3）机械必须具有良好的性能。（2） 机械配套的基本原则。1）选好既定工程的主导机械，其他机械必须围绕主导机械进行配套。所谓主导机械，系指在成套机械中起主要作用的机械。一套机群中的主导机械，决定着施工方式，方法，工程的施工质量和进度，并且在很大程度上决定着整套机械生产效率的发挥，这是因为主导机械承担着施工过程主要工序的施工任务。2）尽量减少配套机械的数量。配套机械的数量越多，整套机械的工作效率就越低。如A,B两台机械的工作效率分别为0.9。把这两台机械配套使用，则配套后的工作效率就成为0.90.9=0.81。如果配套机械中有一台发生故障，则整个工程就可能停工，而配套机械的数量越多，则停工的可能性就越大。因此，配套机械的数量，在满足工程正常施工的前提下，应尽可能的减少。3）各配套机械的工作能力必须相匹配。在流水作业中，使用组合机械时，应使各机械的工作能力保持平衡。如工作能力互不匹配时，某一作业机械就无法充分发挥其工作能力。如挖土，运输作业中要使翻斗车的搬运能力与挖掘机的挖土能力相适应，从而才能使两者高效率的作业。4）采用合理的施工组织方案。如果只有一台机械在工作，而另一台机械就派不上用场了。因此，在组合机械化施工时，最好分成几个系的机械组合，同时并列施工，这样可以减少当组合中某一台机械发生故障时，造成全面停工的现象。5）同一作业应尽量使用同一型号的机械，以便于维修和管理。6）选用最经济的机械优化组合方式在机械配套的组合中，注意选用经济性好的组合方式是很重要的。例如，在基槽开挖工程中，需采用挖掘机和翻斗车，二者相互配合方能完成挖槽任务。在这种情况下，这些相关机械之间的数量搭配有多种组合方式，在组合方式中，客观上存在着最经济的组合方式，即优化组合。优化组合法是通过计算和分析，确定工序最经济的组合方式。（3）机械配套中应注意的问题。1) 必须按作业的工程，工序进行配套。这样，上下工序都有相应机械去完成。2) 应注意机械的系列化，是大小配套，以发挥不同规格机械的效率。3) 在机械组合配套中，应根据机械的技术特性选用机械，既要防止“大马拉小车”，不能发挥机械效率，又要防止“超负荷”的蛮干。4)单机作业装置要配套。有些机械具有多种作业功能，那么它的各种作业装置应配备齐全，以适应不同的工程中使用。5)保修工作的配置。为保证机械正常运转，使整套机械能更好的发挥作用，必要的保修人员和设备也必须配套。3.3高寒环境与普通环境下机械设备配套的比较3.3.1高寒气候对公路施工机械性能的影响（1） 对动力系统的影响 1）气缸内充气量减少，过量空气系数下降，可燃混合气过浓，燃烧状况恶化，后燃现象严重。柴油机动力性能和经济性能变差，热负荷增加。冷却风扇质量流量减少，冷却水沸点降低，导致散热能力下降，热负荷进一步增加。2）压缩终点压力与温度下降，机油粘度增大，起动阻力矩增大，蓄电池容量降低，致使柴油机低温起动困难。4) 空气滤清器效率下降，进气阻力上升快，储尘能力降低，使用寿命缩短。5) 燃烧室积碳严重，柴油机早期磨损，可靠性和寿命降低。（2）对整机性能的影响发动机调速特性受高寒气候影响相对较小，最高车速变化相对较小，机械表现为无力、发热、油耗增大、排放恶化。液力传动型机械受发动机外特性高原下降和匹配失准的双重影响，其牵引力性能变化比较复杂、剧烈。机械传动型机械受发动机功率下降单一影响，机械功率与发动机功率下降成正比关系。3.3.2高寒地区机械设备配套应注意的问题由于高寒缺氧的不利环境，内燃种类的机械最好是不选的，应该尽量采用电动机械。但目前土石方施工的挖，装，用到的碾压机械只有内燃型的，这类在选型时应用带涡轮装置的机型，并配有足够的机械储备能力。高寒地区机械设备配套应注意的问题有以下几种：（1） 电力系统良好在高寒地区，无电网电源可用，全部采用自发电形式，所以发电机为关键设备之一，在配置和布置上须认真研究和解决。只有公路施工机械配置了较好的电力系统，才能解决高寒地区公路施工机械中的具体问题。（2） 配置高效空气滤清器高寒地区风沙大，为减少进气阻力及防沙尘，公路施工机械应配置大流量，低阻力，自动排尘的高效高原性空气滤清器，以避免缸套，活塞等零件的早期磨损。利用离心分离原理，将进入空气滤清器旋流管中的灰尘在高速旋转的离心力作用下甩向旋流管座外，使含尘空气中大部分灰尘被滤除并自动排出，能有效的滤除粒径为1011m以上的灰尘，大大延长了精滤芯的保养周期和使用寿命；精滤部分采用纸质滤芯，确保滤清器总成的滤清效率高于99.6%。专门设计的消声器和橡胶鸭嘴自动排尘装置，提高了废气排尘能力。（3） 强化冷却系统考虑到高寒地区机械设备散热能力差和发动机增压产生的热负荷等因素，在公路机械化施工过程中，应对冷却系统进行了综合优化配置，措施有：1)加大了风扇的扇风量：增大风扇的直径和叶片数，改变风扇的叶片安装角，并适当提高风扇转速。2)加快了冷却液的循环速度：适当调整水泵容量提高水泵转速，使水泵的流量加大。3)结构设计与材料选择：为了进一步提高散热器的散热性能，除了加大其散热面积外，在结构和材料方面还做了重大改进。4)采用加压水箱，并加注沸点较高的防冻液，可有效地防止发动机的低压开锅问题。（4）动力系统良好在高寒气候下，柴油机功率下降，整机匹配失准，牵引动力性能下降严重，表现为无力、发热、油耗大。此外，增压柴油机的增压器发生变化，气压机效率降低，低速喘振的趋势增加，扭矩特性变差。柴油机的低温启动性能及整机各系统部件的启动随动性能较差。这是必须解决的问题，应当做到：1）功率恢复型增压技术的高原型柴油机，解决了整机匹配失准问题。2）采用低温启动技术，有效地解决了轮式装载机在高寒地区低温缺氧环境下启动困难的问题。3）液压和电气系统的控制技术和适应性技术的应用，确保了整机的先进性、舒适性和可靠性。上述技术的应用，加上性能良好的低温油料，足以确保高寒地区的公路施工机械能适应零下的摄氏温度和海拔40005000米的高寒地区的使用要求。总之，在高寒地区的公路施工中，应选择配置动力系统良好的机械设备。4.结论与意见因为我国国土面积广大，高原地区仍占很大一部分，故高原地区的高寒气候对施工机械有着重要的意义与影响。这就说明，本次课题研究有着极其现实的价值。通过了解高寒气候下的公路施工机械选型及配套技术，可以指导我们在高寒地区的施工活动，提高施工机械的效率与寿命，使施工机械在高寒气候下发挥其最大效能。（1）本次研究结合西部高原地区高寒环境特点，重点分析了高寒环境对工程机械使用性能的影响，给出了增压式、非增压式机械设备在不同海拔高度中的功率折减系数和油耗率增加系数，总结出公路施工机械在高寒地区施工时的技术措施和提高高寒地区公路施工机械性能的方法。（2）通过对西部高原地区下的高寒环境特点进行分析，指出了在该类环境中，公路施工机械所需的特殊性能，就能了解高寒地区公路施工机械的选型与配套要点，这样，就能了解提高高寒地区公路施工机械效率及寿命的方法。（3）着重对装载机，铲运机，压路机进行了选着分析，压实机械在高寒环境下工作能力的折减规律，提出了不同海拔高度下，非增压压实机械及增压压实机械的工作能力折减系数。通过上述研究得出结论：针对高寒气候风沙大，缺氧，散热性差的特点，采用高效空气滤清器，配置废气涡轮增压器，定时清洗液压系统等方法，可以有效的提到公路施工机械的工作效率，并且根据气候特点使用和保养机械，可以提高机械的使用寿命。总结毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会。通过这次对高寒地区公路施工机械选型与配套研究的完整设计，我摆脱了单纯的理论学习状态，提高了查阅文献资料，设计手册的能力，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，各项能力都得到了提高，这就是毕业设计的目的所在。顺利如期地完成本次毕业设计给了我很大的信心