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

通用裝備 高原 環(huán)境適應性

1　引言

環(huán)境適應性是指裝備在其壽命期預計可能遇到的各種環(huán)境的作用下，能實現(xiàn)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(huán)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(huán)境下的適應性進行研究和探討，并提出改進裝備環(huán)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(huán)境

2.1高原氣候環(huán)境條件

氣候環(huán)境條件是影響裝備性能的主要環(huán)境因素，高原氣候環(huán)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(huán)境

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

3　高原環(huán)境對裝備的影響分析及應對措施

為更好的分析裝備環(huán)境適應性，本文按照裝備組成、功能特點、使用場合和受環(huán)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(huán)境對動力、液壓、電氣、高分子材料和儀器儀表各系統(tǒng)產生的影響，并分別提高各系統(tǒng)高原環(huán)境適應性的建議。

3.1高原環(huán)境對裝備動力系統(tǒng)的影響及應對措施

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

高原氣候環(huán)境對動力系統(tǒng)的影響具體表現(xiàn)在：（1）高原地區(qū)空氣含氧量低，導致發(fā)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(qū)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(tǒng)熱交換能力降低，發(fā)動機內溫升高。（3）高原地區(qū)空氣稀薄、密度低，發(fā)動機內混合氣的燃燒不充分，發(fā)動機功率下降導致發(fā)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(huán)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(fā)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(fā)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(huán)境對動力系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在道路、地形等方面。在高原地區(qū)，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(jié)，還會出現(xiàn)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(tǒng)高原環(huán)境適用性：（1）采用增壓中柴油機，提高動力性和扭矩；（2）優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，提高熱交換能力；（3）采用性能較高的密封部件，提高系統(tǒng)內核密閉性；（4）及時保養(yǎng)、更換空氣過濾部件，提高系統(tǒng)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(tǒng)的動力性能、熱平衡能力和穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)在海拔4.5km以下地區(qū)正常工作。

3.2高原環(huán)境對裝備液壓系統(tǒng)的影響及應對措施

表1　高原氣候環(huán)境

液壓系統(tǒng)是裝卸、搬運和重物起重作業(yè)中常見的系統(tǒng)。高原環(huán)境對液壓系統(tǒng)的影響可分為直接影響和間接影響兩類。高原環(huán)境對液壓系統(tǒng)的直接影響主要表現(xiàn)在沙塵對系統(tǒng)密封性、空氣稀薄對系統(tǒng)熱平衡能力的影響等方面。在既定負荷情況下，液壓系統(tǒng)對發(fā)動機產生的負荷是一個定值，不會因海拔高度的增加而發(fā)生很大變化［4］，但高原環(huán)境對動力系統(tǒng)產生的影響會間接影響液壓系統(tǒng)與發(fā)動機之間的配合，導致液壓系統(tǒng)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(tǒng)高原環(huán)境適用性：（1）因為高原環(huán)境易導致液壓系統(tǒng)負荷大、效率低，系統(tǒng)內部持續(xù)高溫，應視情增加散熱裝置，提高系統(tǒng)散熱性。（2）液壓系統(tǒng)中液壓油是很重要的部分，在高原環(huán)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(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）加強維護保養(yǎng)，對液壓油油質狀態(tài)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(huán)境對裝備電子系統(tǒng)的影響及應對措施

電子設備中電器元件多，系統(tǒng)復雜，性能易受高原環(huán)境影響。電子設備中有很多絕緣材料，是保證系統(tǒng)正常運行的基礎，高原環(huán)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(fā)電子器件容易產生放電現(xiàn)象，影響器件間的絕緣距離。另外高原地區(qū)的空氣流動性差會造成系統(tǒng)散熱性能降低，有數(shù)據(jù)顯示，在海波5km

············

的使用環(huán)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(tǒng)穩(wěn)定性。高原環(huán)境對不間斷電源的輸出功率影響也很大。以供電系統(tǒng)為例，額定輸出功率為6000伏安的不間斷供電系統(tǒng)在海拔4000米的地區(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)高原環(huán)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(huán)境。

3.4高原環(huán)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(huán)境影響較大的材料。高原環(huán)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(fā)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(tǒng)高原環(huán)境適用性：采用工業(yè)型耐嚴酷環(huán)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(huán)境極端條件下正常工作的要求。

3.5高原環(huán)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(huán)境的影響程度與電子設備類相當。高原環(huán)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(huán)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(wěn)定性。

4　結語

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

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

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

［3］劉瑞林.柴油機高原環(huán)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(huán)境適應性研究［J］.裝備環(huán)境工程，2015，10（1）：27—31.

［5］許翔，張眾杰，鄭智，等.叉車液壓系統(tǒng)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.