工程机械电气系统设计与故障分析
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摘要：随着人们对工程机械的多功能化、智能化要求的提高,工程机械车辆上的电子产品种类在不断增加,电气系统的设计也变得越来越复杂,电气系统的故障点相应增加,这就要求在设计中要更多考虑系统的可靠性、耐久性和安全性等重要性能。
关键词：工程机械；设计方法；电气系统；常见故障
中图分类号： F407 文献标识码： A
一、电气系统组成
工程机械电气系统按照功能,可划分为以下三个部分"
1、电源电路
本文所讨论的电气系统单指液压挖掘机最常见的负极搭铁、单线制直流电气系统。根据工作电压划分,直流电源电路主要分为12V和24V两种,由蓄电池、电锁、电源总开关、保险、发电机、起动机组成。
2、照明系统
照明系统主要作用是为整机工作时提供信号和报警指示,以及在夜间工作时提供照明。常见的照明系统由前组合灯、后组合灯、工作灯、顶棚灯和报警灯组成。
3、仪表和传感器
不同的工程机械设备仪表功能要求不同。比较常见常用的仪表包括:电压表、电流表、冷却液温度表和传感器、油量表和传感器、液压油油温表和传感器、气压表等。某些定位高端的工程机械配有转速表、车速表和相应的传感器，或者数字组合表和空调系统。
二、工程机械电气系统的设计
液压挖掘机作为工程项目建设中常用的工程机械，其电气系统的设计的合理性直接关系到液压挖掘机在使用过程中的操作是否方便，使用是否舒适与安全等。因此，在对液压挖掘机进行设计的时候主要从性能、成本、电器元件型号、线束等方面进行综合考虑设计。
1、液压挖掘机原理图设计
对液压挖掘机原理图的设计，主要是对不同系统功能进行描述，确定系统应具有的功能。在原理图设计中，首先会采用符号的形式对相应的电器元件进行标记，如对线路进行设计的时候，通常会对液压挖掘机线路的一侧按照字母或者是数字的形式，标示出电路相应的线号或线径；其次通过接插件或插件孔位的方式对原理图中的整套线束进行标记，并用相应的符号做区分，以此解决在电气系统的设计过程中出现的电器元件繁多，线路复杂的问题。而对线路做线号的规定，其目的就是方便设计者、生产者和维修者进行区分。而接插件主要是对线束与线束之间或线束与电器元件之间进行连接，并根据截面的大小及可靠性合理的进行选择。
2、成本分析
所谓的成本分析是指利用会计中的成本核算和其他相关资料，对其中的成本构成等进行分析，并找出影响成本变动的因素，从而寻找到降低成本的有效方法或途径。在工程机械电气系统设计中，进行成本分析，是指在原理图设计的基础上，根据电气系统的工作环境和技术要求，选择性价比高的电器元件或系统，并对电气系统进行合理的成本预算。如对液压挖掘机来讲，8吨重的电气系统，其一般的成本控制在4000-5000元之间比较适宜。同时在对电器件的选型中，也必须充分考虑其性价比，以此使得电气系统的成本控制在可预算的范围之内。
3、电器元件的选型
对电器元件进行选型，其目的就是根据总体的电气系统预算，对相关的器件进行选择。其主要遵循以下的原则:首先是充分考虑器件的通用性、兼容性和可靠性；其次充分考虑电器元件的性价比；最后是必须符合电器元件使用的标准，适用于工况环境。如对相关的器件进行选择时，高寒地区的电器元件在标准和质量方面都必须比平常的电器元件的要求高。而电气系统通常包含有几个重要的器件，如蓄电池、仪表、灯具和传感器等。
三、液压挖掘机电气系统设计
1、原理图设计
经过与发动机、变速箱、液压等系统沟通，确定各个系统需求，完成原理图绘制。下面以液压挖掘机为例进行分析，电气系统原理图包含以下内容：(1)电器元件符号和标志原理图须根据相关国家标准采用行业内普便使用和认可的符号和标志来代表相应电器元件，在线路一侧按顺序依次标示出字母和数字，即代表相应电路的线号和线径。(2)由于电气系统电器元件繁多，连接线路更是复杂，原理图中一般也会将整套线束中使用的接插件和各接插件孔位表示出来，并且用序号进行区分。线束与线束之间、线束与电器元件之间是通过接插件来连接的，根据导线的截面积和通过电流的大小，以及可靠性方面合理选择接插件。
2、成本分析
按照电气系统在整机所占比重，充分考虑每个电器件的性价比，在整体预算范围内，综合整机的工作环境和电气系统技术要求，选择性价比较高的电器件。以8吨液压挖掘机为例，电气系统整体成本基本应控制在4000元以内。
3、电器元件选型
根据前期的成本分析所确定的电气系统目标成本，在选型过程中应充分考虑电器元件的通用性。所选择的电器元件，不仅要符合国家相关标准，还要满足目标市场使用要求。涉及到出口产品时，还应关注出口国家相关特殊法律法规和标准要求。液压挖掘机的电气系统中有几个关键电器元件，如仪表、蓄电池、灯具、传感器等。
4、线束及插接件
线束图纸上应包含所有与生产线束有关的信息，包括采用导线的线型、线径、颜色，线束护套(及端子)型号，包扎方式要求，过孔密封与保护，固定卡扣的型号及其他设计与工艺等技术要求。特别需要注意的是，一般对电源导线颜色没有特别规定，但地线要求须是黑色。
四、工程机械电气系统常见故障分析
工程机械电气系统因电器元件多、电路复杂、同时装配过程中出现的装配不当以及工况环境恶劣等因素给工程机械电气系统带来很多的故障。结合实际的工作经验，我们常见的工程机械电气系统故障主要包括以下三类:
1、为传感器的故障
传感器的作用是把非电信号转变为点信号，如果传感器出现故障，会导致相应的电气控制系统出现异常现象，例如发动机冷却液过热的故障。导致产生该问题的原因主要与温度传感器故障有着很大的关系。而通常的冷却液温度传感器采用的是负温度系数的热敏电阻。其原理是温度过高，其电阻降低，输出信号变小;温度过低，电阻变大，输出信号变大。而通常温度传感器的故障可分为电阻失准、断路和内部短路、工作特性发生变化等，如在温度传感器中出现的补偿导线与热偶极性之间出现接反、两者之间的不配套等问题，都可能导致温度传感器显示的温度与实际出现很大的偏差的故障，该问题可能因短路造成，因此通常需要拆下温度传感器，通过测量两端引脚的电阻的方式，如测量值为零，则说明温度传感器出现短路，需对传感器进行更换，以此保持电气系统的正常运行。当若出现温度传感器读数显示不稳定，则可能是外界干扰或者是热偶点即将断但未断，因此解决该类问题首先排除外部干扰，或查看热偶并对其进行更换。
2、充电报警灯闪亮
这主要是因为发电机自身不发电，解决该问题的办法是启动发动机并维持其转速在中速，对其B+端进行检测，其电压值在28v左右，同时对其输出端N端对地的电压进行检测，正常值在14V左右，如过低或者没有电压，则表示发电机出现故障;其次是保险丝出现故障。该故障通常对保险丝进行检查，查看其是否有熔断;再次是线束出现断路的情况，这需要对其报警灯电路进行检测，来判断电路是否存在断路的情况；最后再判断报警灯是否出现问题。
3、机油压力报警灯发生闪亮的情况
该问题的发生主要是因为机油压力过低，压力开关出现故障以及线束短路等情况。解决上述问题通常是首先对其查看机油的压力，然后对其进行维修。而针对压力开关的故障通常对开关进行检测和更换。而对于线束出现短路的情况则采用电阻表对其进行检测，电阻为零则电路出现问题。
结束语
工程机械是我国制造行业的重要组成部分，是我国制造业中发展最快、经济效益和产品市场前景较好，并已形成与国外产品有较强竞争力。而电气系统作为工程机械的神经网络,在控制整机的工作装置、传动、制动和提高操作舒适性等方面发挥了巨大的作用。因此,电气系统的设计在工程机械的整体设计中就显得尤为重要。
参考文献
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