推土机低温适应性研究及应用

郑中建，丁 永，刘倩倩，张建波

ZHENG Zhong-jian,DING Yong,LIU Qian-qian,ZHANG Jian-bo

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073）

在我国北方地区和西部高原地区，冬季由于环境温度较低，导致推土机启动困难，传动、液压、电气系统故障率高，推土机无法正常工作。推土机的低温适应能力直接影响推土机在上述地区的工作可靠性和工作效率。

1 低温环境对推土机性能的影响

推土机主要由动力系统、传动系统、行走系统、液压系统、电气系统、驾乘系统、工作装置等部分组成。低温环境主要影响动力系统，传动系统，液压系统的正常启动，传动和液压系统密封性能以及电气系统蓄电池性能。

1.1 低温对动力系统的影响

推土机常采用柴油发动机作为动力源。柴油发动机具有可靠性高，经济性好，功率大的优点。但柴油发动机低温启动水平较差，一般保持在-20℃左右。而我国北方地区和西部高原地区冬季最低气温都在-30℃以下，个别地区甚至达到-40℃。柴油发动机低温启动性能差，直接影响推土机在低温环境下的使用，主要表现在以下几个方面。

1）随着环境温度降低，发动机机油粘度增加，甚至会出现机油凝结。机油粘度增加会增加发动机曲轴旋转阻力矩，使发动机启动转速降低，导致气缸内压缩空气压力和温度达不到启动必须的压力和温度要求。

2）随着外界温度降低，柴油粘度和密度增加，柴油容易析蜡，甚至凝固，影响供油状态的稳定。柴油流动性变差，雾化不良，直接影响可燃混合气体的形成，使启动初期着火不稳定，出现不规律的断续着火现象。

3）发动机低温启动时，工质接触件的温度低，向外散热量大。另外在冷车状态，活塞与气缸的间隙较大，漏气比较严重，导致压缩终了时压力和温度比正常工作时低，达不到燃烧要求。

4）推土机冷却液的主要成分为水，如环境温度低于冷却液的最低使用温度使，冷却液凝固体积膨胀，会使发动机机体缸盖、散热器发生破裂，导致车辆损坏。

1.2 低温对传动和液压系统的影响

1）液压油在传动和液压系统中起能量传递、抗磨、润滑、冷却等作用，低温环境会使液压油粘度变高，导致液压油泵自吸能力下降，系统压力损失和功率损失增加。一般认为，粘度＞1000mm2/s 时，液压系统不能正常工作，粘度＞2000mm2/s 时，液压系统不能正常启动。而推土机正常工作时传动和液压系统温度较高，液压油粘度低会加速液压泵的磨损。因此，液压油要有良好的低温性能和粘温性。

2）推土机传动和液压系统密封件材料一般为丁腈橡胶，丁腈橡胶许用温度为-40～120℃。推土机在正常作业时，传动和液压系统温度较高，特别是传动系统温度可达110℃以上，接近定睛橡胶的最大需用温度。低温环境虽然不影响丁腈橡胶的使用性能，但高低温交变循环、高温老化会造成丁腈胶橡胶材质低温性能下降，影响其密封性。

1.3 低温对电气系统的影响

推土机一般采用铅酸蓄电池作为启动电源。铅酸蓄电池最佳工作温度为10～400℃。随着外界温度降低，铅酸蓄电池低温条件下容量下降明显，蓄电池的输出能力降低。而推土机发动机启动时要求蓄电池大电流放电，低温环境下蓄电池端电压和容量下降明显，导致发动机最低启动转速低，造成点火困难。

2 提升推土机低温性能措施

2.1 采用低温性能好的发动机润滑机油

低温性能好的润滑机油一般为多级润滑机油。这类机油，低温时粘度小，低温状态润滑好，启动阻力小，利于启动，一般可选择粘度等级SAE0W-50 或SAE5W-50 的润滑机油。

2.2 采用凝点低、流动性好的柴油

柴油标号是根据温度来划分的，一般采用凝点表示，如在0℃凝固的柴油为0 号柴油。但是在凝点以上的柴油不一定都可以使用，还应考虑柴油的冷滤点。当柴油温度低于冷滤点时，柴油虽然是液体但会凝结出很多小晶粒，晶粒无法通过柴油滤清器，造成供油系统堵塞。一般柴油的冷滤点比凝点温度高4～6℃。因此需根据推土机实际使用环境温度选择合适的柴油。如-50 号柴油适用于最低气温在-44℃以上的地区使用，-35号柴油适用于最低气温在-29℃以上的地区使用，-20 号柴油适用于最低气温在-14℃以上的地区使用。

2.3 增加发动机预热系统

将燃油加热器连接在空调暖风系统内，通过燃油加热器水泵将发动机冷却系统内冷却液抽出，经过燃油加热器加热后在循环进发动机冷却系统内。使发动机机体得以加热，同时实现发动机润滑机油加热，降低机油粘度，改善发动机低温环境下润滑状况，提升发动机在低温寒冷条件下的启动性能。

通过选择合适功率的燃油加热器，可实现加热30min 左右，发动机机体温度升高到40～50℃。图1 为预热系统工作原理图。在发动机启动前，冷却液流动方向为：发动机-燃油加热器-空调蒸发箱-发动机；在发动机启动后，需关闭燃油加热器，此时冷却液流动方向为：发动机-单向阀-空调蒸发箱-发动机。

图1 预热系统工作原理

2.4 提高发动机启动电机转速

发动机转速越高，压缩过程中工质接触件散热的时间越短，热量的损失也越少，气缸的漏气损失也减少。启动转速升高，相应压缩终了时压力和温度相应增高。

2.5 选用冬季专用冷却液

推土机在寒冷冬季使用时应选用冬季专用冷却液，保证冷却液的凝固温度低于最低环境温度5℃，防止冷却液凝固损坏动力系统。

2.6 采用低温液压油

推土机用低温液压油要具有良好的低温性能和粘温性。在低温时粘度不太大，具有良好的低温启动性，在高温时，粘度不喝变的很小，不会因为液压油过热导致液压泵磨损。如L-HV 低温液压油，使用温度-30℃以上，L-HS 低温液压油，使用温度-30℃以下，两种液压油均有良好的低温性能和优良的粘温性。

2.7 采用耐低温密封件

可选用硅橡胶密封件，硅橡胶具有优异的低温性能，使用温度可达-50℃以下，同时又有良好的高温稳定性，可用于200℃以上的高温环境。

2.8 采用耐低温专用蓄电池

耐低温铅酸蓄电池一般采用螺旋状极板，极板反应面积比普通蓄电池增大近一倍。采用胶体状电解液粘附在纤维材料网型隔板上，在-40℃环境下不会出现结冰现象。低温启动电流更高，启动性能更好。另外推土机应设计有外接电源接口，必要时可跨接外部电源起到。当天气特别寒冷时，建议将蓄电池拆下，放到屋内等保暖环境下，下次使用时在装上。

3 推土机低温试验

为了验证推土机低温性能，对公司某型号推土机按以上提升推土机低温性能措施进行优化。为验证该推土机低温性能，对其进行了低温环境模拟实验。

试验采用GJB 150.4A-2009 中试验方法进行。试验在低温环境舱进行，试验过程中将环境温度降至-41℃，保温12h 后进行试验。推土机启动前检查，机油、液压油粘度较好，柴油无析蜡现象，冷却液状态良好。开启燃油加热器，工作25min，系统显示发动机温度46℃，电气系统电压正常。推土机一次启动成功，推土机工作装置动作正常，仪表、工作灯工作正常，各系统工作正常，外观质量良好，未见渗漏。环境复温后，推土机再次启动，工作装置动作正常，仪表、工作灯工作正常，各系统工作正常，外观质量良好，未见渗漏。

试验结果证明了提升推土机低温性能措施的有效性，推土机可以在低温环境下的正常使用。