1青藏铁路的施工环境
青藏铁路是世界上独一无二的海拔最高、冻土区最长、条件最为严酷的铁路，为我国工程施工装备提供了一个特殊的市场和机遇，同时也带来了极大的挑战，它将推动我国工程机械产品质量的全面提高，有利于进入WTO后的国际竞争。青藏铁路由青海省的西宁市到西藏自治区的拉萨市，一期工程西宁市至格尔木市长约845km已于1984年建成通车，这次开工主要是修建从格尔木至拉萨市。该段的施工环境如下：
（1）高原环境——它独特的气候特点为：海拔每升高1000m，大气压力下降9%，空气密度下降梯度为10%～6%，含氧量下降10%；年低温期长，昼夜温差大，海拔4000m以上系固定冷区，年平均气温-4以下，冷期大于5个月，最高气温25，极端最低气温-40（局部区域）；风速大，风压小，年大风期长，植被少、土壤及大气湿度小，海拔每升高1000m，风压下降9%，分地区不同大于低海拔多尘空气含尘密度的5倍以上；辐射最强月是5月，辐射量达71～105kCal/Cm2M，每千米约增加10%，3000km以上趋缓；青藏高原的年降水量由南向北逐渐减少，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%。
（2）冻土环境——青藏铁路将穿越高原多年冻土150万km2。冻土的产生是大气痊与岩石圈温度交换的结果，冻土长期持续的温度交换和流变过程造成地层产生强大的应力，并大面积膨胀、位移直至崩裂，对工程设施具有极大的破坏性。冻土随温度变化多具有的粘滞性、冷脆性和坚硬性，对工程机电设备作业中的负载参数带来复杂不利的影响，对铲土、桩工、钻孔（探）等机械提出新的课题。
2沿线环境对工程机电装备的影响
（1） 对产品及材料影响的种类：
a内燃机及以内燃机为动力的机械——内燃机及燃气轮机、铲土机械、载重运输车辆、挖掘机械、压实、桩工、路面机械、矿山机械、工程起重机械、凿岩及气动机械和发电机组等；
b电工产品——各类电气设备、电控开关、继电器、铅蓄电池、绝缘材料、高压电器和通讯电缆等；
c以空气为介质的其它机械——风机类、空压机和锅炉类；
d金属材料及防护，非金属材料及橡胶件、密封件、高压软管抗老化性，润滑及传动油料和粘温性等。
（2） 对动力系统的影响
a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；
b冷却风扇重量流量减少，冷却水沸点降低，导致散热能力下降，热负荷进一步增加；
c压缩终点压力与温度下降，机油年度增大，启动阻力力矩增加，蓄电池容量降低，致使内燃机低温启动困难；
d空气滤清器效率下降，进气阻力上升快，除尘能力降低，使用寿命缩短；
e废气中碳烟、未燃烃（HC）、CO、醛类等有害物排放量大大增加，NOX含量略有下降，排气烟度增大；
f燃烧室积碳严重，柴油机早期磨损严重，可靠性和寿命降低；
g增压柴油机增压器与内燃机匹配运行线发生变化，压气机效率降低，增压器出现超速，低速喘振的趋势增加，扭矩特性变差；
h风冷发动机由于进气量和冷却风量均受空气密度下降的影响，功率下降，热负荷升高的情况更加突出。
下面给出非增压柴油机、增压柴油机性能参数变化值：
海拔每升高1000ｍ非增压柴油机性能参数变化值
环境温度功率扭矩油耗率
大气压力大气温度
-9%-65℃-（8～13）%+（6～9）%
冷却水的沸点热强度冷却水套的散热量
-8.8℃ +（2～5）%-（8～10）%
海拔每升高1000ｍ增压柴油机性能参数变化值
功率扭矩油耗率 增压器转速 空燃比
-(1～8)%+(1～6)% +(6～8)% +(6～7)%
涡轮前排温 热强度 冷却沸温
+(30～40)℃ +(2～4)℃ -(7～9)℃
从上面表中可以看出，非增压柴油机工作特性的变化：海拔1000ｍ以上，供油量不变的条件下，柴油机功率、扭矩几乎与大气压成正比例下降，在低速范围内下降趋势略高于高速范围；特性最大扭矩点、最低油耗点转速随海拔增加向高速移动，柴油机的后备扭矩、扭矩适应性系数及速度系数均减小，柴油机稳定工作转速范围变窄，低速区油耗率上升较快；随海拔高度的增加，过量空气系数减小，燃烧过程发生变化，压缩终点压力、油温均下降，最佳喷油提前角增大，后燃气燃烧量增加，放出的热量不能有效利用，耗油率、热负荷增加，当海拔高度接近3000ｍ时，过量空气系数小于1，动力的发挥受冒烟极限和热负荷的限制，功率、扭矩与大气压力呈非线性关系下降，海拔愈高，下降幅度愈大，柴油机工作性能愈差，以致很难维持正常工作；冷却水沸点降低，冷却水套散热量减小，冷却系沸腾空气温度下降，柴油机散热能力下降。增压柴油机工作特性的变化：动力性、经济性下降规律为2500ｍ以内每千米下降１～２％，2500ｍ以上每千米下降３～８％；随海拔高度增加，柴油机与增压器匹配运行线向增压器高转速、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，排气温度和增压器转速增加；最大扭矩点转速与最低比油耗点转速向高速方向移动，且变化程度较非增压柴油机明显，低速不稳定性增大，扭矩适应性变差；但海拔接近3000m时，由于散热能力下降，排气温度和热负荷升高，使冷却器负荷与散热能力严重不适应，涡轮进口温度超温，增压器超速的程度增加，尤其不带中冷器的柴油机更为严重，对于增压柴油机而言，热负荷增高和增压器超速是限制高原最大功率发挥的主要因素；在中、低速范围内，扭矩下降速度比非增压柴油机快，扭矩特性显著恶化，稳定工作范围变窄，低转速区油耗率迅速上升，烟度增加。
(3)对整机性能的影响
a高原条件下，整机动力输入的不足造成了整机动力性、速度性、经济性及生产率的严重下降。有两种情况：液力传动型——发动机外特性下降、匹配失准，引起牵引性能变化复杂、剧烈，表现为无力、发热和油量消耗增大；机械传动型——只是发动机功率下降，性能与其下降值成正比，为满足重载工作负荷而将发动机工作点向低速大扭矩方向移动，导致同等运载条件下运行速度的严重下降和排放极度恶化。无论哪种机型，发动机外特性变化较大，调速性所受影响较小，因此整机牵引性下降严重，而空载最高车速变化相对较小。
b对于液力传动型机械由于匹配性能变化，除不能充分利用发动机最大功率外，有相当一部分功率内损转化为热量，而高原地区散热条件恶劣，形成恶性循环。因此液力散热系统必须进行重点改造，使其具有较宽的环境温度适应范围（-30℃～40℃）和海拔高度适应范围。
c发动机在高原上启动是在低温缺氧条件下进行的，气压的下降导致充气量Ge减少，使得压缩终点压力PC和压缩终点温度TC降低、发动机着火延迟期增长。例如，在海拔4000m、-25℃条件下的低温启动难度相当于低海拔地区-40℃时的启动情况。同时，蓄电池高原工作能力的下降（如容量、充放电能力均比低海拔地区有较大的下降）也影响了启动性能。另外，环境温度对油液粘度的影响使得传动系统各泵和变矩器泵轮的负荷也大为增加，强行启动将引起发动机缸盖内冷态磨损加剧、蓄电池放电强度增大和使用寿命降低、起动机在低温超负荷运行情况下零件强度破坏率升高。
d在高原上工作的工程机械处在多风沙的恶劣环境中，含尘密度在无风情况下仍可达到低海拔地区多尘天气的30倍。由于高原作业环境大气粉尘比低海拔大，进气阻力上升快，一方面增加了发动机的充气阻力，使发动机功率进一步降低；另一方面也增加了保养频度和难度，缩短了空滤器使用寿命，滤清效率降低导致发动机早期磨损和大修期缩短。
从以上分析可以看出，工程机电设备高原环境适应性的关键技术为：功率恢复型的增压技术、热平衡技术、高原低温启动和空滤器等技术。
3企业在产品适应性技术实施中应重点进行的工作
(1) 优选、配套经过4000m实地检测的性能优、可靠性好的功率恢复型增压柴油机，内燃机企业应对机器配置相应的供高原环境使用的高效空滤器及可靠性好的启动马达；
(2) 对水、油冷却系统的冷却能力进行调整；
(3) 配置优良的低温启动装置和低温电瓶，并对电瓶进行保温防护；
(4) 解决好驾驶室的保温、采暖、除霜、紫外线防护及新鲜空气交换性能；
(5) 有条件的产品应考虑对外露的橡胶管件进行紫外线防护，并提高耐压等级；
(6) 合理规范的使用各种润滑油、燃油、油脂及防冻和启动液；
(7) 机械设备的各系统要尽可能提高免维护率，降低保养维修难度。
4工程机电设备及内燃机械高原环境适应性研究现状
为支持青藏铁路建设，1999年开始，内燃机械及工程机械行业积极响应高原特殊大气环境适应性实验研究，在上海柴油机厂的率先参与与带动下，国内八家名牌柴油机生产厂先后提供品牌内燃机共8个机型、12个品种进行了4000m高原环境适应性的试验研究、匹配调整和优化，取得了可喜的成果：高原功率恢复在保持排温、油耗率及各项参数基本不变的情况下，经过对增压方案的优化和调整，多种机型在保持正常排温、燃油消耗率和增压器转速的情况下，功率在4000m实地总下降之控制到了3%之内，这是以往从未获取的结果，其原因一方面是近年来我国内燃机械基础质量大幅提高，另一方面增压匹配优化方案调整试验获得最佳。其中重庆康明斯NT855系列经过约半年的试验优化，其动力性、经济性、热平衡性、排放性和低温启动性能各指标均达到原机水平，满足海拔4000m地区工程机械的配套要求。截至2001目前，又有8个品种、16种功率的机型投入4000m优化匹配试验，给工程机械为青藏铁路提供优良的施工装备配套创造了必要条件。
1999年以来，有柳工、常林、上海彭浦、黄工、成工、鞍山一工等企业积极参与了高海拔特种工程机械的研究和试制，目前已经有多项市场应用量大、面广的高原特种机型试制完成，并在4200m以上青藏铁路沿线进行实地行驶试验，取得的数据表现出机械较强的高原适应性。
青藏铁路的建设给工程机电行业带来了良好的机遇（不含站场建设，青藏铁路主要工程量为路基土方6480m、石方761万m、冻土方190万m、桥长工24793m、隧道10355m），同时受到了行业内各企业的积极响应。事实证明，经过努力，为青藏铁路二期工程及其它高原地区重点工程提供性能优良、环境适应性很强的高海拔特种成套工程机电设备的目标正在成为现实。
冯辉生：机械工业环境技术研究中心（METRC）副主任；西宁高原工程机械研究所副所长、总工；METRC高原、沙漠机械装备研究
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